中頻爐爐底吹氬精煉凈化金屬液的實際數據及方法技術
發布時間：2021-06-03 08:06:06|瀏覽次數：1677次
中頻感應爐精煉技術，在冶煉合金鋼、特殊要求鋼時，可使中頻感應爐由“化鋼”轉變為煉鋼，使其質量指標達到目前的LF，VD，AOD精煉爐、真空脫氣爐的質量水平，是適用于中小爐型冶煉及鑄造企業提高質量，減少廢品的一個重要途徑，是一種投資少、見效快、成本低、質量高的生產工藝，是一種節能降耗的環保型生產工藝。本技術是根據不同的鋼種、不同的要求、不同的氣體通過中頻感應爐精煉供氣系統的控制氣體流量，達到去除夾雜物及O、N、H含量，或特種要求所需脫碳及含氮鋼時吸入氮氣增氮。。
中頻爐吹氬精煉的原理：感應爐底吹氬精煉過程是在鋼液預脫氧完成，取樣分析補加合金后，將高純度氬氣通過安裝在爐底的氣體擴散器導入鋼液（只會透氣不會滲漏鋼液），當氬氣通過氣體擴散器，分散度較高，具有較大上升速度的氣泡流。無數的氣泡通過鋼液將會把O、N、H及夾雜物帶出鋼液，從而達到精煉的作用。
鋼液內部每個氬氣泡就是一個小的“真空室”，在氬氣氣泡里不含O、N、H的氣體，也就是說氬氣泡里面的這些氣體分壓力等于零，當氬氣泡穿過鋼液時，呈溶解狀態存在的O、N、H和非溶解狀態存在的CO等均會自動的進入氬氣泡內，非金屬夾雜物被吸附在氬氣泡表面，并隨氣泡的上升溢出，或到金屬液表面，通過精煉劑打渣，從而達到脫氣、去除非金屬夾雜物的目的。
中頻爐吹氬精煉后金屬液的質量純凈度大大提高，精煉前后的夾雜物對比明顯降低，氣體含量大大減少，具體對比如下;
1.吹氬精煉去除鉛（pb)的效果
|
鋼種 |
吹Ar min |
精煉前（%） |
精煉后（%） |
降低率（%） |
|
40 |
45 |
0.0087 |
0.0016 |
80.4 |
|
AISI430 |
40 |
0.0300 |
0.008 |
78.2 |
2.吹氬精煉去氫（h）的效果
|
鋼種 |
吹Ar min |
(H)含量的變化/10-6 |
降低率（%） |
|
精煉前（%） |
精煉后（%） |
|
40 |
55 |
12.0 |
2.8 |
75.9 |
|
AISI430 |
45 |
9.3 |
4.51 |
52.1 |
|
2GMN13 |
35 |
7.9 |
4.15 |
50.0 |
3. 夾雜物：鋼中非金屬夾雜物顯微評定方法GB10561-2005
|
項目 |
A |
B |
C |
D |
|
硫化物 |
氧化物 |
硅酸鹽 |
球狀氧化物 |
|
精煉前平均 |
1.8級 |
1.7級 |
1.5級 |
2.1級 |
|
精煉后平均 |
0.55級 |
0.64級 |
0.5級 |
0.67級 |
|
平均降低% |
69 |
62 |
67 |
68 |
現實測標準完全滿足技術要求：
4. 氫含量小于1.0PPM，滿足模具鋼要求≤2.5PPM,其他鋼種≤3.0PPM
5. 氧含量小于0.005%
6. 對鋼錠加工后，進行超聲波檢測均達到（GB/T133515-1991)二級標準
7. 對304等不銹鋼精煉與不銹鋼的機械性能對比：（GB/T328-2002)
1) 拉升強度：精煉鋼前的549.53Mpa，精煉后606.82Mpa，提高57.29Mpa
2) 屈服強度：精煉鋼前的270Mpa，精煉后339.52Mpa，提高69.52Mpa
3) 最大力：精煉鋼前的38.46Mpa，精煉后49.10Mpa，提高10.64Mpa
本技術適用與感應爐和工頻爐，噸座為0.5T-20T爐體。
適用于：
1）堿性MgO砂爐襯
2）弱堿性MgO+AI2O3爐襯
3）中性剛玉AI2O3爐襯
4）偏酸性中性AI2O3+SiO2爐襯
本技術不會增加冶煉時間，因為精煉是在金屬熔化過程中進行精煉，因而不會延長冶煉時間，也不會增加電耗。
因金屬液經過精煉，使金屬制品質量明顯提高。而成本有所增加，每噸金屬制品同步增加10.8元。但金屬制品質量的提高、廢品的減少、爐襯使用次數增加、總的來講成本還是降低的。
五噸中頻感應爐爐底吹氬精煉總結：
一、2020年8月12日采用湘潭和鑫盛吹氬專用中性干打料打制，同天下午6點烤爐，第二天上午8點取樣，前兩爐按工藝沒有吹氬精煉，第三爐按工藝開始吹氬精煉。
二、至8月21日以生產21爐，取其中有代表的三爐鋼錠。爐號110483，鋼種42CrMo做吹氬前、吹氬后、成品取樣進行對比夾雜物含量。對比結果見下表，通過對比硫化物、氧化鋁、硅酸鹽、球狀氧化物，夾雜物明顯減少，能達到預期效果，其中化學成分見下表。
三、吹氬精煉時間為40-55分鐘，壓力為0.5Mpa。優質鋼為40分鐘，特殊要求及特殊用途為55分鐘，平均三爐鋼使用一瓶氬氣，成本為15元/噸鋼。
四、吹氬后熔煉時間能縮短，爐底吹氬能加速金屬液的攪拌，均衡爐內溫度，促進合金反應，同以前未采用吹氬精煉比較，能節約冶煉時間。
五、爐襯壽命有明顯提高，現在正煉48爐，爐體情況無明顯變化，未進行修補，以往未吹氬工況已修補一次，此爐預計可達到100-120爐次以上，比未吹氬精煉提高20爐次以上。
甲公司精煉前后金相分析夾雜物數據對比（2020年8月）
|
爐號 |
鋼種 |
取樣時間 |
A
硫化物 |
B
氧化鋁 |
C
硅酸鹽 |
D
球狀氧化物 |
|
110427 |
30Cr1Mo1v |
精煉前 |
2.5級 |
2.5級 |
1.4級 |
2.5級 |
|
精煉后 |
0.5級 |
0.3級 |
0.0級 |
1.5級 |
|
110480 |
42CrMo |
精煉前 |
2.5級 |
2.5級 |
1.9級 |
2.5級 |
|
精煉后 |
0.5級 |
0.5級 |
1.0級 |
0.5級 |
|
110483 |
42CrMo |
精煉前 |
2.0級 |
1.5級 |
1.9級 |
2.5級 |
|
精煉后 |
1.0級 |
0.5級 |
1.0級 |
0.5級 |
|
110490 |
42CrMo |
精煉前 |
1.5級 |
1.4級 |
1.8級 |
2.0級 |
|
精煉后 |
0.5級 |
0.5級 |
0.5級 |
0.5級 |
|
110496 |
42CrMo |
精煉前 |
1.5級 |
1.0級 |
1.5級 |
1.5級 |
|
精煉后 |
0.5級 |
0.7級 |
0.5級 |
0.5級 |
|
110544 |
III3 |
精煉前 |
0.7級 |
1.0級 |
0.5級 |
1.2級 |
|
精煉后 |
0.5級 |
1.0級 |
0.5級 |
0.5級 |
|
110521 |
304 |
精煉前 |
2.0級 |
2.5級 |
2.0級 |
2.5級 |
|
精煉后 |
0.5級 |
1.0級 |
0.5級 |
0.5級 |
|
110524 |
9Cr2Mo |
精煉前 |
2.2級 |
1.5級 |
2.0級 |
2.5級 |
|
精煉后 |
0.5級 |
0.6級 |
0.9級 |
1.0級 |
|
110541 |
Cr12 |
精煉前 |
1.0級 |
1.3級 |
0.5級 |
1.5級 |
|
精煉后 |
0.5級 |
1.0級 |
0.0級 |
0.5級 |
|
110533 |
42CrMo |
精煉前 |
|
|
|
|
|
精煉后 |
0.6級 |
0.5級 |
0.5級 |
0.7級 |
|
110519 |
35Cr24Ni7si2NRe |
精煉前 |
|
|
|
|
|
精煉后 |
0.5級 |
0.5級 |
0.0級 |
0.7級 |
|
11533 |
GCr15 |
精煉前 |
0.8級 |
1.0級 |
0.5級 |
1.0級 |
|
精煉后 |
0.5級 |
0.65級 |
0.0級 |
0.5級 |
|
110661 |
Cr13 |
精煉前 |
0.7級 |
0.8級 |
0.7級 |
1.0級 |
|
精煉后 |
0.5級 |
0.5級 |
0.6級 |
0.5級 |
|
110652 |
III3 |
精煉前 |
0.5級 |
0.6級 |
0.8級 |
1.0級 |
|
精煉后 |
0.5級 |
0.4級 |
0.6級 |
0.5級 |
|
110563 |
P91 |
精煉前 |
0.7級 |
0.6級 |
0.5級 |
1.0級 |
|
精煉后 |
0.5級 |
0.5級 |
0.5級 |
0.5級 |
|
精煉前后夾雜物對比 |
降低% |
44% |
44% |
36% |
56% |
乙公司抽樣精煉鋼錠金相分析夾雜物（2021年2月8日）
|
鋼種 |
精煉后取樣 |
A
硫化物 |
B
氧化鋁 |
C
硅酸鹽 |
D
球狀氧化物 |
|
35Cr2Mo |
|
2.5級 |
2.5級 |
1.7級 |
2.5級 |
|
42Cr2Mo |
|
1.5級 |
1.3級 |
1.5級 |
2.0級 |
|
20CrMn2Mo |
|
1.5級 |
1.5級 |
1.57級 |
2.33級 |
|
平均 |
|
1.8級 |
1.76級 |
1.57級 |
2.33級 |
|
甲公司 |
精煉后 |
0.5級 |
0.51級 |
0.54級 |
0.54級 |
|
甲公司與乙公司相比低的級數 |
低1.3級 |
低1.25級 |
低1.03級 |
低1.79級 |
丙公司抽樣精煉鋼錠金相分析夾雜物
|
鋼種 |
精煉后取樣 |
A
硫化物 |
B
氧化鋁 |
C
硅酸鹽 |
D
球狀氧化物 |
|
H13 |
精煉 |
0.5級 |
1.0級 |
1.0級 |
1.5級 |
|
H13 |
電渣錠 |
0.5級 |
0.5級 |
0.6級 |
1.0級 |
|
平均 |
|
0.5級 |
0.75級 |
0.8級 |
1.25級 |
|
甲公司 |
|
平均0.5級 |
平均0.51級 |
平均0.54級 |
平均0.54級 |
|
甲公司與丙公司相比低的級數 |
低0級 |
低0.24級 |
低0.26級 |
低0.71級 |
甲公司（304）1.6噸鑄件精煉前后抗拉強度及屈服度對比
|
|
最大力KN |
抗拉強度Mpa |
屈服強度Mpa |
|
未精煉 |
38.46 |
489.69 |
270 |
|
精煉后 |
49.1 |
606.82 |
339.37 |
|
對比增加 |
10.64 |
117.13 |
69.37 |
中頻爐底部吹氬精煉凈化技術施工方式
2020年浙江施工記錄：
1、準備鑄爐：
2、氣體擴散器：
1）預埋式，氣體擴散器上施工湘潭和鑫盛專用透氣料，氣體擴散器不與熔體直接接觸，安全性非常高；2）所產生的氣泡極微小，吸附能力強。3）氣體擴散器可重復使用，減少更換頻次，提高生產效率。4）湘潭和鑫盛專利—中頻爐用無金屬氣體擴散器，相比傳統的有金屬擴散器，具有低導熱、不導磁、性能穩定的優勢。
3、安裝好氣體擴散器，鋪紙
4、開始打底，氣體擴散器上填充專用透氣料
5、開始放坩堝，打爐
6、打完爐口，整體完成打爐
7、吹氬管連接湘潭和鑫盛專利——氣體保護和精煉凈化金屬液智能系統
8、通過和鑫盛產“氣體保護和精煉凈化金屬液智能系統”本系統經智能控制實現：a、隨著電爐內金屬液增加和減少，系統智能監控調節，吹入氣體流量穩定，現場無需專業人員調節；b、系統有自動控制防堵塞、疏通氣道功能，維持吹氬長效；c、系統有氣源凈化、少氣過壓報警功能，保障現場安全。
9、烘爐
10、開始通過和鑫盛吹氬智控系統吹氬，金屬液表面工況
11、使用”和鑫盛精煉劑”吸附浮上來的夾雜物（脫硫降磷）、隔離空氣（減少O、N再污染）
中頻爐吹氬精煉凈化技術總結：
埋入式中頻爐底吹氬方法：透氣設備預埋在特殊爐襯材料底下，氬氣透過特殊爐襯料均勻進入到熔體中。該方法使用的智能控制設備和無金屬氣體擴散器，區別于傳統的有金屬透氣磚，由耐火材料以液壓式高溫烘燒成型，而其粒密度設計為使氣流最佳化并具有抗金屬穿透性，氣體通過它可以產生均勻的微小氣泡，不導磁、低導熱。其結構如圖1所示。特點包括：1、預埋式，不與熔體直接接觸，安全性非常高；2、所產生的氣泡微小，吸附能力強。3、氣體擴散器可重復使用，減少更換頻次，提高生產效率。
圖1埋入式爐底吹氬
埋入式爐底吹氬的程序及產生的效果如圖2所示：
圖2 埋入式爐底吹氬效果圖
目前，在世界范圍內已有上千家鑄造廠使用埋入式爐底吹氬技術，每個使用者都從以下幾方面得到實惠:
（1） 減少廢品率
（2） 改善鑄件質量
（3） 減少針孔
（4） 去除夾雜
（5） 減少氣體含量
（6） 溫度均勻化
（7） 合金元素及脫氧劑的均勻化
（8） 提高爐襯壽命
埋入式爐底吹氬需具備的條件
為保證透氣效果，埋入式爐底吹氬要求對于使用環境有一定的要求：氣體通過無金屬氣體擴散器時，經過無金屬氣體擴散器的調配，具有非常細小的具有穿透性的氣泡；爐底材料除了具有卓越的耐火性能外，同時具有良好的透氣性能；此外，需要整體澆注爐底以及線圈保護料，形成密室，避免氣體從爐底、線圈，或者從爐底與線圈結合處溢出。
結論
（1）、埋入式爐底吹氬技術相較于傳統的接觸式吹氬，在透氣效果、安全性、耐用性等各方面有明顯優勢。
（2）、中頻感應爐熔煉采用無金屬氣體擴散器進行底部吹氬，可有效降低熔體中的有害氣體及氧化物夾雜含量，改善熔體質量，提高鑄件等級。
和鑫盛中頻爐及澆包內金屬液吹氬精煉凈化技系統
中頻爐或澆包底吹氬氣體保護和精煉凈化金屬液智能系統，是通過在中頻爐或澆包底部設置有氬氣進氣口與氣體擴散器相連接，使氬氣能充分得排盡中頻爐或澆包內的空氣，使鑄件鑄造時表面不易被氧氣氧化形成雜質，且氣體擴散器的出氣口上設置有高性能透氣料，高性能透氣料有只允許氣體通過的微孔，使氬氣能夠進入中頻爐或澆包內，而不會產生鋼水倒灌的穿底事故。
通過在爐內、澆包內吹入無數微小氬氣泡，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、FeS等諸多有害雜質到金屬液表面，揮發或通過精煉劑造渣去除；
中頻爐內、澆包內吹氬能加速金屬液與合金等反應，有助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晶；
氬氣比重比空氣大，在吹氬過程中，爐內加入精煉劑，金屬液表面會覆蓋有氬氣和精煉劑，使金屬液與空氣幾乎隔絕，避免金屬液受污染，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。
項目聯系：袁18173231009
公司名稱：湘潭和鑫盛新材料有限公司
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