摘要：介紹了一種在冶金鑄造行業已廣泛應用的通過惰性氣體對熔體進行除氣、除夾雜的方法，可有效解決目前中頻爐缺少精煉功能的缺陷，提升鑄件品質。
關鍵詞： 底吹氬；精密鑄造；中頻爐；精煉
1.熔體吹氬的基本背景
熔體吹氬作為一門專業的技術在冶金鑄造行業已廣泛應用。它去除熔體中非金屬夾雜物和有害氣體具有良好的效果,對均勻熔體化學成分和溫度也有一定作用，而且惰性氣體在鋼水中無殘留，是一種綠色的最理想的凈化手段；熔體吹氬處理的效果無論從冶金原理上和實際應用中均被證實和不斷報道：均勻化、除氣 、吸附雜質、凈化鋼水。
2.熔體吹氬技術在鑄造行業的應用
2.1 鋼包吹氬技術
熔體吹氬在鑄造行業開始僅使用在鋼包。鋼包吹氬是鋼包精煉必要的手段，包內吹氬可以起到熔體凈化的作用，這一點多年來已被大家所認可。由于包內溫度下降快的因素，有效吹氣時間受限制，一般小于3分鐘，在如此短的時間，對熔體的凈化是不徹底地。目前國內包內吹氬的透氣磚屬于夾縫式，吹出的是大氣泡，不利于吸附夾雜和氣體。
由于鋼包吹氬的有效性以及局限性，能否在無芯感應爐通過安全可靠的方法直接吹氬？是近些年鑄造行業比較感興趣的問題。
2.2 中頻爐吹氬技術
針對以上設想，近年來中頻爐內吹氬有了新的發展，市場上已出現較成熟的爐內吹氬技術，主要分為兩類：
（1）傳統式：爐內與熔體直接接觸式吹氬。傳統的爐底吹氬方法使用多孔型透氣磚，置于爐底平面，與爐內熔體接觸，熔體易堵塞氣道且易從透氣磚間隙滲透漏爐。而且氣體流量大，沖刷爐襯，爐襯壽命降低。大氣泡也不利于氣泡吸附。
（2）新技術：埋入式爐底吹氬方法。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。該方法使用的透氣設備—氣體擴散器，區別于傳統的透氣磚，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。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
2.3埋入式爐底吹氬技術在中頻爐應用特點
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
2.4 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：氣體通過氣體擴散器時經過氣體擴散器的調配，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。
2.5 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。
3、中頻爐及澆包內金屬液吹氬精煉凈化技系統
一種中頻爐底吹氬裝置，通過在成型模具底部設置有氬氣進氣口與氣源裝置相連接，使氬氣能充分得排盡模具內的空氣，使鑄件鑄造時表面不易被氧氣氧化形成雜質，且在氬氣進氣口上設置有導氣磚，導氣磚的出氣口上設置有通氣網，通氣網上設有若干只允許氣體通過的微孔，使氬氣能夠進入模具內，而不會產生鋼水倒灌的問題。
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。
3-1湘潭和鑫盛新材料有限公司中頻爐金屬液精煉凈化系統示意圖：
3-2 吹氬智控系統（專利)：
本系統經智能控制實現：a、隨著電爐內金屬液增加或減少、系統智能調節，吹入氣體流量恒定，現場無需專業人員調節；b、系統有自動檢測、自動控制防堵塞、疏通氣道功能；c、系統有少氣過壓警報功能。
3-3 氣體擴散器（專利）：
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）相比傳統擴散器更具有低導熱，不導磁。
4、吹氬精煉進化后效果
4-1不同金屬液吹氬去氫的效果數據表：
鋼種 |
吹氬時間
/min |
【H】含量的變化/10-6 |
脫氫率（%） |
|
吹氬前 |
吹氬后 |
|
10鋼 |
40 |
5.2 |
1.0 |
80.8 |
|
20鋼 |
40 |
6.5 |
1.2 |
81.5 |
|
45鋼 |
40 |
12.0 |
1.9 |
84.2 |
|
AISI430 Cr 16%~18% |
50 |
7.8 |
1.8 |
76.9 |
4-2不同鋼種覆蓋精煉劑后吹氬除雜質的效果數據表：
|
鋼種 |
吹氬時間
/ min |
雜質元素
|
雜質在鋼液中含量（%） |
去除率（%） |
|
吹氬前 |
吹氬后 |
10鋼 |
40 |
Pb
As
Sn
S |
0.0086
0.0210
0.0270
0.039 |
0.0017
0.0050
0.0260
0.006 |
80.2
76.1
-
84.6 |
|
AISI430 |
40 |
Pb |
0.0400 |
0.0082 |
79.5 |
4-3中頻爐內吹氬隨時間延長，金屬在顯微鏡下的結果不同：
夾雜較多 夾雜較少 夾雜極少
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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