目 錄
一、 精煉爐的發(fā)展概況
二、 我國鑄造行業(yè)在中頻爐內(nèi)、澆包內(nèi)精煉凈化金屬液的現(xiàn)況
三、 精煉凈化金屬液的原理和對優(yōu)質(zhì)鑄造的作用
四、 中頻爐改造成精煉爐的三個要素
五、 鑄造行業(yè)為什么會缺少精煉凈化金屬液的技術和工藝
六、 中頻爐內(nèi)、澆包內(nèi)精煉凈化金屬液的實施方法
七、 中頻爐內(nèi)吹氬和澆包內(nèi)吹氬精煉凈化的特點
八、 部分鑄造廠應用中頻爐內(nèi)、澆包內(nèi)精煉凈化金屬液的有益效果
作者單位：湘潭和鑫盛新材料有限公司
作者姓名：張君
聯(lián)系電話：15898550578
一、金屬液優(yōu)質(zhì)化的工藝發(fā)展概況
過去，將生鐵和廢鋼熔化成金屬液即制成型材，于1968年，有發(fā)現(xiàn)金屬液經(jīng)吹氬處理，還原精煉效果顯著，1971年日本大同特殊鋼廠第一臺LF精煉爐投入使用，1973年日本新日鐵LF/VD精煉爐投入使用，到1996年寶鋼集團上海浦鋼公司建成了第一臺國產(chǎn)100噸LF/VD精煉爐，之后，精煉技術在我國各大鋼廠開始普及，通過精煉，金屬液的潔凈度得到提高，金屬制品的品質(zhì)大幅提升。
目前，世界各國冶金鑄造工業(yè)都努力通過“精煉凈化技術”，降低金屬液中的雜質(zhì)，我國“精煉凈化技術”的發(fā)展和推廣要晚于歐美日等工業(yè)發(fā)達國家，近二十多年來，我國冶金行業(yè)從學習到掌握，現(xiàn)在已基本與工業(yè)發(fā)達國家處于同水平，我國鑄造行業(yè)為了優(yōu)質(zhì)化和提高核心競爭力，“精煉凈化技術”也需要早日推廣應用。
金屬液經(jīng)吹氬精煉能脫硫，硫?qū)饘僦破沸阅墚a(chǎn)生的有害影響：
1、影響橫向及徑向的韌性、塑性；
2、FeS、MnS等夾雜是基體點腐蝕的發(fā)源地；
3、氫脆現(xiàn)象與硫化物夾雜有著密切關系；
4、易產(chǎn)生“熱裂紋”和“熱脆”現(xiàn)象；
國內(nèi)部分鋼件的硫含量：
為避免產(chǎn)生內(nèi)部裂紋和提高表面質(zhì)量，基礎鋼要求S≤0.02%；為減少結(jié)構鋼的各向異性，結(jié)構鋼要求S≤0.01%；高沖擊韌性的輸油氣管用鋼、海上采油平臺用鋼、厚船板鋼、航空用鋼，及有良好深沖性能的薄板鋼，有良好磁性的硅鋼，要求S≤0.005%；高壓容器等超低硫鋼，要求S含量控制在0.0005%-0.001%
金屬液經(jīng)吹氬精煉能降磷，磷對金屬制品性能產(chǎn)生的有害影響：
磷在金屬制品中是一種易偏析元素，能顯著降低金屬制品的低溫沖擊韌性、損害金屬制品的塑性，使金屬制品發(fā)生冷脆，金屬制品中碳含量越高，磷引起的脆性越大；
磷還會惡化金屬制品的焊接性能，對于焊接性能要求嚴格的，需要P≤0.04%；低溫環(huán)境用的高等級管線鋼，要求P≤0.015%；對于某些牌號的不銹鋼，為防止產(chǎn)生應力腐蝕裂紋，要求P≤0.005%；
金屬液經(jīng)吹氬精煉能脫氫氧，氫對金屬制品性能產(chǎn)生的有害影響：
1、降低金屬制品的韌性和塑性；
2、使金屬制品的氣孔率增加；
3、引發(fā)金屬制品的細小裂紋；
金屬制品中的氫，是導致白點和發(fā)裂的主要原因，通常潔凈鋼中要求H≤0.0002%，國內(nèi)各大鋼廠通過長時間吹氬攪拌精煉，氫含量可控在H≤0.00015%。
以上數(shù)據(jù)及國內(nèi)二十多年冶金行業(yè)的精煉發(fā)展事實，表明生產(chǎn)優(yōu)特鋼，經(jīng)精煉凈化脫硫降磷去氫氧除雜質(zhì)，潔凈金屬液，金屬制品的品質(zhì)得到提升，比單純往金屬液里大量添加各種貴重合金，如鉻、錳、鎢、鎳、鉬、釩、鈦等，多了一條具有成本和質(zhì)量優(yōu)勢的可行之路！
二、我國鑄造行業(yè)在中頻爐、澆包內(nèi)精煉凈化金屬液的現(xiàn)況
我國冶金行業(yè)生產(chǎn)優(yōu)特鋼等鋼材，是通過LF、VD、AOD、真空爐等精煉爐精煉凈化鋼液后，鋼材品質(zhì)才會有保障，這也是我國冶金行業(yè)把中頻爐熔化廢鋼鐵澆注成型，其中因沒有精煉凈化工藝，而歸類成“地條鋼”不許生產(chǎn)的原因之一。
鑄造行業(yè)關系到國家制造的水平，我國部分鑄造廠在重視自己的產(chǎn)品外觀、光潔度和尺寸精準的同時，忽略了鑄件的源頭——金屬液的內(nèi)在品質(zhì)，鑄造行業(yè)中的沖天爐、中頻爐、電弧爐，僅起熔化作用，在生產(chǎn)中熔化完生鐵、廢鋼、合金等，即澆注成鑄件，熔化—>澆注，整個工藝流程缺少金屬液精煉凈化，從而局限了鑄件的內(nèi)在品質(zhì)。
只有一爐一包精煉凈化過的金屬液，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鑄件才能有保障！該技術的推廣應用，是我國鑄造行業(yè)實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)鑄的必行之路。
慶幸的是，國內(nèi)越來越多的鑄造廠開始重視鑄件的內(nèi)在質(zhì)量和自身品牌，以質(zhì)量求發(fā)展，優(yōu)勝劣汰。
三、精煉凈化金屬液的原理和對優(yōu)質(zhì)鑄造的作用
精煉是依據(jù)冶金熱力學、動力學、傳輸原理去除金屬液內(nèi)部有害元素及夾雜物，從而凈化提高金屬液質(zhì)量，向金屬液中噴吹惰性氣體，已成為現(xiàn)代冶金鑄造的重要工藝，其所起的作用是強化冶金過程，促進冶金反應的進行，縮短冶煉時間，均勻金屬液溫度和成分，減少金屬液中非金屬夾雜，潔凈金屬液和提高質(zhì)量，其發(fā)展趨勢是應用到現(xiàn)代冶金鑄造的全部工藝過程。
在中頻爐、澆包內(nèi)吹氬精煉凈化，是通過在爐內(nèi)、澆包內(nèi)吹入無數(shù)微小氬氣泡，氬氣泡上浮過程中通過表面張力和體積膨脹，維持負壓“真空室”，吸附分散在金屬液中的氫氧氮硫磷和SiO2、AL2O3、MgO、MnS等諸多有害雜質(zhì)到金屬液表面，揮發(fā)或通過精煉劑成渣去除；
中頻爐內(nèi)、澆包內(nèi)吹氬能加速金屬液與合金等反應，有助中頻爐內(nèi)、澆包內(nèi)金屬液整體溫度均衡，縮短合金化的熔煉時間，更益于金屬液的均化結(jié)晶；
中頻爐內(nèi)吹氬精煉，用戶反映爐壁光潔少粘渣、爐襯使用壽命有延長、爐齡有提高。
氬氣比重比空氣大，在吹氬過程中，爐內(nèi)加入精煉劑，金屬液表面會覆蓋有氬氣和精煉劑，形成“亞真空”保護，使金屬液與空氣幾乎隔絕，避免金屬液受污染，并且精煉劑吸附反應金屬液中的硫化物、磷化物和氧化物，成渣去除，潔凈金屬液，基本達到LF、VD 、AOD、真空爐的精煉效果。
四、中頻爐改造成精煉爐的幾個要素：
LF等精煉爐，是通過專業(yè)控制，在爐底長時間吹氬驅(qū)動有害元素和氣體上浮、在金屬液表面覆蓋埋弧渣吸附夾雜和隔離空氣、并插入電極加熱防止吹氬冷鋼，達到精煉凈化。
精煉爐的三個要素：大于40分鐘的長時間吹氬、加熱攪拌、精煉劑覆蓋，在中頻爐內(nèi)是能實現(xiàn)的。
中頻爐可以改造成精煉爐：
1、通過智能控制吹氬設備，智能管控中頻爐底長時間吹氬，驅(qū)動夾雜物和氫氧氣體上浮；
2、通過在金屬液表面覆蓋精煉劑，吸附、同化上浮的夾雜物和氣體，達到脫硫降磷除雜目的，且覆蓋金屬液隔離空氣；
3、通過中頻爐的電磁攪拌和加熱功能，促使金屬液與精煉劑反應完全，控制金屬液溫度。
中頻爐內(nèi)吹氬，金屬液表面覆蓋精煉劑：
中頻爐內(nèi)吹氬，國外“某精煉劑”覆蓋金屬液
吸附反應上浮的夾雜和隔離空氣
中頻爐內(nèi)吹氬，“湘潭和鑫盛精煉劑”覆蓋金屬液
吸附反應上浮的夾雜和隔離空氣
五、鑄造行業(yè)為什么會缺少中頻爐、澆包內(nèi)精煉凈化金屬液技術和工藝
原因1：精煉爐投資大、運行成本高：過去投資一套LF、 VD、 AOD、真空爐等精煉設備，動輒需要百萬元以上的資金，且啟爐、停爐及噸鋼成本的生產(chǎn)費用高，中小鑄造企業(yè)難以承受。
原因2：缺少相關技術和工藝：過去鑄造行業(yè)缺少小精煉爐的相關技術和工藝， 特別是中頻爐、澆包內(nèi)的精煉凈化，冶金行業(yè)大鋼廠的精煉凈化技術和工藝與中小鑄造企業(yè)的實際應用不相匹配。
原因3：有的不說、沒有的不知：國內(nèi)少數(shù)鑄造廠有中頻爐內(nèi)、澆包內(nèi)精煉凈化金屬液的生產(chǎn)工藝，通過精煉凈化提升了鑄件的質(zhì)量和優(yōu)品率，在同行業(yè)中擁有競爭優(yōu)勢，他們就把此工藝作為自己的生產(chǎn)技術保密，故很多鑄造廠不了解、不熟悉精煉凈化金屬液的相關技術和工藝。
現(xiàn)在，中頻爐內(nèi)吹氬氣體保護和精煉凈化金屬液系統(tǒng)，有LF、 VD、 AOD、真空爐等精煉爐效果，是鑄造行業(yè)精煉凈化的卓越解決方案，此系統(tǒng)資金投入少——僅需幾萬元/套，運行成本低——僅需幾十元/噸鋼，是為鑄造行業(yè)量身定制的“精煉爐”，能大幅提高金屬制品的內(nèi)在品質(zhì)和優(yōu)品率。
六、中頻爐內(nèi)精煉凈化的實施方法
中頻爐內(nèi)精煉凈化金屬液系統(tǒng)，不需要改變鑄造廠熔煉設備的部件，簡介如下：
1、安裝和鑫盛產(chǎn)“中頻爐內(nèi)吹氬氣體保護和精煉凈化金屬液智能控制設備”；
2、在中頻爐底的中心位置，鉆一個ø35mm的通孔；
3、安裝和鑫盛產(chǎn)“中頻爐用無金屬氣體擴散器”，下部連接氣管，外接 “智能控制設備”，通過氣管與氬氣源連接；
4、在“中頻爐用無金屬氣體擴散器”周圍打結(jié)“專用中頻爐襯”，擴散器上部位置空間須預留，打結(jié)“高性能透氣料”，之后平整底部；
5、放入坩堝，打結(jié)爐壁襯，烘烤后投入使用即可；
上述實施的優(yōu)點在于，湘潭和鑫盛專利“氣體保護和精煉凈化金屬液智能系統(tǒng)”智能監(jiān)測調(diào)節(jié)，智控防氣道堵塞，保障全系統(tǒng)穩(wěn)定安全；湘潭和鑫盛專利“中頻爐用無金屬氣體擴散器”，不導磁、低導熱，與金屬液不接觸，穩(wěn)定長效可循環(huán)；“高性能透氣料”充當工作層接觸金屬液，與“專用中頻爐襯”使用壽命同步，保障了精煉凈化生產(chǎn)的連續(xù)性。
七、中頻爐內(nèi)吹氬與澆包內(nèi)吹氬精煉凈化的特點：
1、中頻爐內(nèi)吹氬，特點是長時間、小流量吹；澆包內(nèi)吹氬，特點是短時間、大流量吹。
2、中頻爐有電磁加熱功能，長時間爐內(nèi)吹氬金屬液不會產(chǎn)生溫降；澆包內(nèi)吹氬，時間稍長，易產(chǎn)生冷鋼凍鋼現(xiàn)象。
3、金屬液在中頻爐內(nèi)受電磁力攪拌運動，爐內(nèi)吹氬更助于加速攪拌，能精煉凈化爐內(nèi)的全部金屬液；澆包內(nèi)金屬液是靜態(tài)的，包內(nèi)吹氬氣泡基本上呈直線上浮狀態(tài)，周邊的靜態(tài)金屬液沒有氬氣泡精煉作用。
以上特點，中頻爐內(nèi)吹氬比澆包內(nèi)吹氬精煉凈化效果更完全、更徹底，但中頻爐傾倒金屬液到澆包內(nèi)的澆注過程，金屬液會受到不同程度的污染，所以澆包內(nèi)短時間吹氬，能均衡包內(nèi)金屬液的溫度和少許的精煉，也是有意義的。
模擬澆包內(nèi)吹氬顯示精煉凈化效果不完全
八、 部分鑄造廠應用中頻爐內(nèi)、澆包內(nèi)精煉凈化金屬液的有益效果
鑄造行業(yè)的極少數(shù)鑄造廠有中頻爐內(nèi)、澆包內(nèi)精煉凈化金屬液的工藝，通過精煉凈化提升了鑄件的質(zhì)量和優(yōu)品率；
1、下圖是鑄造廠在中頻爐內(nèi)吹氬精煉凈化金屬液工況：
2、下圖是鑄造廠在澆包內(nèi)吹氬精煉凈化金屬液工況：
3、中頻爐內(nèi)吹氬隨時間變化，金屬在顯微鏡下的結(jié)果不同：
不吹氬，夾雜較多
吹氬20分鐘，夾雜較少
吹氬40分鐘，夾雜很少
4、下圖是鑄造廠吹氬精煉凈化金屬液前后的鑄件對比：
無吹氬的部分鑄件，有氣孔、渣孔后焊補 吹氬精煉凈化后的部分鑄件，無氣孔渣孔
5、不同鋼種吹氬氣和加入精煉提質(zhì)劑的除雜質(zhì)效果數(shù)據(jù)表
6、不同鋼種吹氬氣和加入精煉提質(zhì)劑的脫氫氧效果數(shù)據(jù)表：
結(jié)論:
中頻爐內(nèi)、澆包內(nèi)吹氬精煉凈化金屬液工藝，能氣體保護金屬液，能脫氫氧、去雜質(zhì)、鑄件各元素吸收反應更好、金相結(jié)構更均勻，大幅度提高了鑄件的優(yōu)品率和機械性能。
作者單位：湘潭和鑫盛新材料有限公司
作者姓名：張君
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