合金材料及熔煉：第四章 鑄造合金的熔煉

1、1第四章 鑄造合金的熔煉 2優(yōu)質鑄件獲得的基本條件 合格成分 高質量的鑄型 優(yōu)質的合金液 嚴格的檢驗3鑄造合金的冶煉方法選擇依據(jù)：質量,效率,成本金屬名稱熔煉方式及設備鑄鐵沖天爐、電爐(工頻,中頻,電弧爐)鑄鋼電弧爐、中頻電爐鋁合金電爐(工頻,中頻,電阻爐)、油爐、焦炭爐銅合金電爐(工頻,中頻,電阻爐)、油爐、焦炭爐4優(yōu)點:成本低(為電爐1/3),效率高(最大100t/h)缺點:溫度及成分不可調(diào),增硫夾雜物增多用于鑄鐵(灰鐵、球鐵、蠕鐵等)4.1 沖天爐熔煉5沖天爐熔煉爐料燃料焦炭鐵料生鐵、回爐料、廢鋼、硅鐵、錳鐵輔料石灰石6沖天爐熔煉過程主要包括燃燒過程、熱交換過程和冶金反應過程 74.1.

2、1 沖天爐的燃燒過程(1) 焦炭的燃燒反應 焦炭由兩部分組成：底焦爐底以上(12)m厚的焦炭層，層焦它與金屬爐料及熔劑分批分層加入爐內(nèi)。 開始送風后，空氣經(jīng)風口進入爐內(nèi)只與底焦層中的焦炭發(fā)生燃燒反應，而層焦只處于預熱、干燥及揮發(fā)物排出過程，而未發(fā)生燃燒反應。層焦與底焦層接觸后，一方面補充底焦，另一方面也開始發(fā)生燃燒反應。 8氧化帶的燃燒反應 氧氣較少：不完全燃燒產(chǎn)物與O2反應：9還原帶的燃燒反應：10(2) 焦炭燃燒特點及其影響因素鑄造焦：一般鑄造焦的固定碳含量80%，灰分7%14%，硫分0.8%，揮發(fā)分2%，以及水分。冶金焦高爐煉鐵焦炭配制的煤、隔絕空氣，1300、20h煉制。11 影響沖天

3、爐內(nèi)焦炭燃燒過程的因素，主要是送入爐內(nèi)空氣的數(shù)量和質量(即溫度，含氧量等)，焦炭的質量(即灰分、塊度等) 焦炭質量的影響 焦炭灰分含量、灰分組成(固定碳及發(fā)熱量、燃燒速度，最高溫度和溫度、氣體的分布曲線，爐渣、焦耗)焦炭的塊度 (反應面積，反應區(qū)間大小、燃燒溫度，塊度增加、氧化帶擴大、燃燒溫度增高)焦炭的強度 (破碎、影響塊度)反應能力 (焦炭與CO2進行還原反應能力的高低)氣孔率及氣孔形態(tài)特征 12 空氣對燃燒過程的影響 送風強度(送風量大小，m3/m2min )空氣溫度 空氣中的含氧量 空氣濕度(最佳濕度5-7g/m3) 衡量沖天爐熔煉效果的主要技術指標是鐵水溫度和小時熔化率調(diào)節(jié)：焦炭消耗

4、量和送風強度13(3) 爐氣燃燒比 燃燒比越小，燃料的利用率越低，化學熱損失占全部發(fā)熱量的份額也就越大。沖天爐的燃燒比一般在v=40%-80%?？筛鶕?jù)燃燒比計算沖天爐的空氣需求量，選配風機。14(4) 沖天爐的底焦高度變化規(guī)律 在沖天爐正常穩(wěn)定熔煉時，每熔化一批金屬爐料底焦高度因燃燒而降低(h)，當這批料熔化完畢時，批料上的層焦則補充到底焦頂面。若層焦的厚度正好為(h)時，底焦頂面又回復到原來的高度，這樣不斷的反復保持了沖天爐穩(wěn)定正常的連續(xù)熔煉。因此，正常熔煉的底焦高度始終在層焦厚度(h)范圍內(nèi)波動，其平均底焦高度穩(wěn)定不變。 當沖天爐送風量或焦耗變化時，則底焦高度必然變化，進而使熔煉過程相應變

5、化。15 若風量不變、層焦用量增加時(即焦耗增大)，原來熔化一批金屬爐料消耗的底焦少于補充的層焦，使底焦高度上升，但這樣并不會造成底焦高度無限升高，經(jīng)過35批料后，底焦高度會在一個新的高度上穩(wěn)定下來。 當層焦量減少時，底焦高度會逐漸下降，經(jīng)過35批料后，底焦高度也會在某個較低的高度上穩(wěn)定下來。所以通過改變層焦加入量可以調(diào)整底焦高度，并控制和調(diào)整熔煉過程。16沖天爐焦耗不變時，當送風量增加時，燃燒速度加快，熔化一批料所消耗的底焦量增多，若層焦量不變時，必然造成底焦高度會逐漸下降，通過35批料的過渡以后，增加送風量所燃燒的焦炭量與補充的層焦量相等，底焦高度就會重新在某個較低的高度上穩(wěn)定下來。 當送

6、風量減少時，由于消耗的底焦量少于層焦補充量，底焦高度就會逐漸升高，通過35批料過渡后，底焦便在某個較高的高度上穩(wěn)定下來。174.1.2 沖天爐的熱交換過程(1) 預熱區(qū)的熱交換 爐氣給熱以對流傳熱為主Q爐料吸收的熱量；k對流換熱系數(shù)，A料塊表面積，爐料在預熱帶中的停留時間t氣，t料分別是爐氣溫度和爐料溫度。18(2) 熔化區(qū)的熱交換 熔化區(qū)的熱交換：塊狀固體與1300左右的爐氣進行的熱交換仍然是在料塊表面進行，并以對流換熱方式為主。其影響因素和預熱區(qū)相同，只是料塊溫度始終保持不變，料塊在熔化帶停留的時間較短(612分鐘)。 為了盡可能減少因爐料的熔點差異造成熔化帶范圍太大，造成鐵水成分波動帶來

7、的不利影響，在操作工藝上對不同爐料塊度分別作了限制(如廢鋼塊度比回爐料塊度要小)，在加料順序上也作了規(guī)定(如先加廢鋼后加回爐料)。19(3) 過熱區(qū)的熱交換A換熱面積；換熱時間，與實際底焦高度有關；t溫度差，即熱源(爐氣或焦炭表面)與液滴之間的溫度差；k1、k2、k3、k4分別為爐氣對流、爐氣輻射、焦炭輻射和接觸換熱方式的換熱系數(shù)。 2021(3) 匯集區(qū)的熱交換 當液滴通過過熱區(qū)后，即進入爐缸區(qū) (下排風口平面至爐底面區(qū)域)，由于該區(qū)沒有燃燒反應所必須的空氣和CO，因此不可能進行氧化反應和還原反應，焦炭既不放熱也不吸熱。但進入?yún)R集貯存區(qū)的鐵水溫度將因爐壁和爐底耐火材料吸熱而降低。通常鐵水在爐

8、缸、過橋和前爐內(nèi)降溫約 (60100) ，對于貯存時間較長或小型沖天爐的降溫更為嚴重。 22 從以上分析可知：過熱區(qū)是沖天爐熱交換最薄弱的環(huán)節(jié)。沖天爐的總熱效率為35%左右，其中預熱帶熱效率為50%60%，熔化帶為50%左右，但過熱帶的熱效率僅為6%8%。因此，幾乎所有沖天爐的強化措施，無論是從工藝或結構還是其它方面的措施，都是圍繞著提高過熱區(qū)熱效率進行的。雖然如此，如果預熱區(qū)和熔化區(qū)的熱交換過于薄弱，使塊料預熱不充分，熔化位置低于正常高度，導致過熱高度縮短也會影響總過熱效率，故對這兩個區(qū)域也都應重視。 234.1.3 沖天爐的冶金反應(1) 沖天爐各個區(qū)域的冶金反應 預熱區(qū) 金屬爐料與爐氣中

9、的CO2、CO、SO2等氣體接觸，在料塊表面發(fā)生如下反應： 若金屬爐料質量很差(如比表面積大的輕薄料、切屑等的用量大)，上述反應則不能忽視，特別是鐵的氧化和增硫反應。24 熔化區(qū) 塊料逐層熔化，其表面與熾熱爐氣接觸，冶金反應強烈。 這些反應造成金屬的化學成分發(fā)生變化。尤其是當?shù)捉垢叨冗^低時，爐氣中的CO2含量較高，上述反應更為劇烈，使金屬嚴重氧化。 25 過熱區(qū)在與熾熱的焦炭表面接觸時發(fā)生下列傳質過程： 當金屬液滴通過過熱區(qū)時，一方面是表面積大、液滴內(nèi)外擴散及對流容易進行。因而成分易于均勻；另一方面液滴不僅與爐氣及熾熱的焦塊表面接觸，而且與爐渣滴接觸。因此，除與CO2發(fā)生反應外，在氧化帶還發(fā)生

10、下列冶金反應：26 當液滴與滬渣滴接觸時，爐渣中的FeO與液滴中的組分發(fā)生下列反應： 這兩種反應對于Si、Mn而言是氧化反應而對Fe而言則是還原反應。由于Si、Mn元素含量少，對鑄鐵的性能影響大，價格高，故在實際生產(chǎn)中還是將上述反應歸為氧化反應之列。 27 爐缸內(nèi) 該區(qū)沒有氣體流動和燃燒反應，爐氣中幾乎沒有O2和CO2，只有CO和N2存在，故液滴和鐵水只與焦炭、爐渣和爐氣中的CO接觸。此時除焦炭、爐渣的氧化和溶解外，沒有CO2，O2的氧化反應。但當溫度等因素合適時可能發(fā)生下列還原反應： 沖天爐熔煉過程的主要反應是Fe、Si、Mn與CO、CO2、O2、FeO及C之間的氧化還原反應、其它反應都處于

11、次要地位。 28(2) 沖天爐熔煉過程中合金元素的變化規(guī)律 爐渣 沖天爐內(nèi)爐渣來源于爐襯的侵蝕、焦炭的灰分、爐料帶入的雜質、金屬元素燒損所形成的氧化物以及加入爐內(nèi)的熔劑(CaCO3)。石灰石(CaCO3)在高溫下分解而得到石灰(CaO)，CaO和其它夾雜物反應而形成低熔點的復雜化合物，即爐渣。沖天爐內(nèi)的渣量一般占金屬料質量的610%。29酸性：SiO2、P2O5堿性：CaO、MgO、MnO、FeO中性：Al2O3、Fe2O330 含碳量的變化鐵水的增碳鐵滴和焦炭接觸界面上。C + O2 CO2 +QC +CO2 2CO QFeO + C Fe + CO -Q鐵水的脫碳爐氣對鐵水的直接脫碳和爐氣

12、通過FeO對鐵水的間接脫碳。31 在沖天爐熔煉過程中，由于爐料含碳量通常低于鑄鐵的共晶碳量，因此一般總是增碳的。 凡是有利于提高鐵液溫度，增加鐵液與焦炭接觸的時間和面積，減弱爐氣氧化性的措施，都將有利于增碳。 沖天爐內(nèi)鐵液的增碳起因于鐵液與焦炭的直接接觸。 當采用煤粉化鐵和天然氣化鐵等鐵液不接觸焦炭的熔煉方法時，往往非但不增碳，甚至反而會減碳。因此，采用煤粉化鐵是變增碳為減碳的一條重要途徑。32 含硅量和含錳量的變化 在沖天爐熔煉中，硅和錳的正常燒損認為是不可避免的。但應掌握它們的燒損規(guī)律。 在正常熔煉條件下： 酸性沖天爐硅的燒損率為1015%，錳的燒損率為1520%。 堿性沖天爐硅的燒損率為

13、2025%，錳的燒損率為1015%。33 含硫量的變化 鐵液中硫的來源有兩個途徑，一是爐料中固有的硫，再就是鐵液從焦炭中吸收的硫分。 酸性沖天爐熔煉條件下不具有脫硫的能力。 堿性沖天爐，特別是預熱送風堿性沖天爐熔煉，能有效地脫硫。所以，在一般的酸性沖天爐中，鑄鐵經(jīng)熔煉后，含硫量往往是增加的。34 含磷量的變化沖天爐熔煉中，磷的變化不大。既不滲磷，也不能去磷。 在一般酸性沖天爐內(nèi)，這些元素的變化趨向是：碳、硫增加，硅、錳燒損，含磷不變。這些元素變化的大小，取決于爐料、焦炭、爐氣與爐渣的狀況，以及它們在具體操作條件下的相互作用。值得注意的是，鐵液溫度對鐵液成分的變化具有決定性影響，高溫是控制碳量、

14、減少硫量、降低燒損的基本條件。所以，從實際情況出發(fā)，正確處理降低焦耗與減少熔耗的矛盾，是完成沖天爐熔煉任務必須解決的根本問題之一。354.1.4沖天爐強化熔煉的主要措施(1) 預熱送風 預熱送風是強化沖天爐熔煉的有效措施之一。熱風能夠強化底焦燃燒，提高爐溫，從而提高鐵液溫度。36 采用熱風使爐溫提高，不僅可以減少硅、錳等合金元家的氧化燒損，而且可以提高增碳率，降低增硫率，特別是高溫熱風時效果尤為顯著，因此，采用高溫熱風可以增加爐料中廢鋼的比例，甚至可以用100%的廢鋼，還可以用鋼鐵屑等低質材料作為爐料，其配入量可達50%以上。37 預熱送風系統(tǒng)中最基本的部分是熱交換器。利用廢氣余熱的熱風沖天爐

15、的熱交換器一般是裝在沖滅爐內(nèi)，故稱為內(nèi)熱式。而利用廢氣燃燒的熱風沖天爐的熱交換器一般是裝在沖天爐外，故稱為外熱式。38 富氧送風是在送風過程個加入一定比例的氧氣，以提高送風中氧的濃度來強化沖爐熔煉的方法。加入質量分數(shù)3%的氧即能起到相當于400熱風的作用。提高沖天爐的熔化速率，能相應降低焦鐵比，適當減小送風量，從而節(jié)約燃料費用和動力費用由于提高了爐溫，使得鐵液中的硅、錳燒損率減小。 富氧送風除了提高鐵液過熱溫度外，還具有下述良好作用：(2) 富氧送風39富氧送風方法有三種方式40(3) 除濕送風H2O + C CO + H2H2O H2 +1/2O2吸熱反應水的危害：增加鐵液的含氫量，惡化鐵液

16、質量，石墨化因難41 沖天爐除濕送風方法很多，有吸附除濕、吸收除濕和冷凍除濕等方法。424.2 電弧爐熔煉4.2.1 電弧爐煉鋼的特點煉鋼的目的和要求包括4個方面：將爐料熔化成鋼液，并提高其過熱溫度，保證澆注的需要。將鋼液中的硅、錳和碳(冶煉合金鋼時，還包括有合金元素)的含量，控制在規(guī)格范圍以內(nèi)。降低鋼液中的有害元素磷和硫，使其含量降低到規(guī)定限度以下。清除鋼液中的非金屬夾雜物和氣體，使鋼液純凈。4344高溫電弧加熱，故容易控制爐氣的氣氛為氧化性或還原性。爐渣的溫度很高、化學性質活潑，使鋼渣之間的化學反應能夠進行。電弧爐依照所采用的爐襯耐火材料的性質而分為堿性電弧爐和酸性電弧爐。堿性電弧爐具有較

17、高的脫磷和脫硫能力，對爐料的適應能力強。電弧爐作為煉鋼設備的最大優(yōu)點是熱效率高，特別是在熔化爐料方面，其熱效率高達75%。電弧爐煉鋼的缺點是鋼液容易吸收氫氣。在電弧的高溫作用下，空氣中的水分子離解為離子氫和離子氧，在爐渣覆蓋不嚴密的條件下，氫易侵入鋼液而使鋼液增氫。電弧爐煉鋼的特點45 爐料熔化后要加入礦石或吹入氧氣，使鋼液產(chǎn)生劇烈的氧化沸騰，其目的是脫碳、脫磷、除氣和去除非金屬夾雜物。這種方法對爐料要求不十分苛刻，料源很廣。氧化法適用于冶煉大多數(shù)碳素結構鋼、合金結構鋼和某些特殊鋼種，如不銹鋼。氧化法煉鋼 在熔煉過程中無氧化期，不加入氧化劑，不發(fā)生劇烈沸騰，熔煉時間短。合金元素燒損少。對于純潔

18、的爐料，或含有大量合金元素時，最好采用這種熔煉方法。不氧化法熔煉4.2.2 堿性電弧爐煉鋼46(1) 氧化法煉鋼 氧化法煉鋼的工藝過程包括補爐、裝料、熔化期、氧化期、還原期和出鋼。 補爐 修補被浸蝕和被碰壞的爐底和爐壁(爐溫高、操作快、補層薄) 裝料 往料罐中裝料時需要合理地布置爐料。裝料以前先在爐底上鋪一層重量約為爐料重量1%的石灰，其作用是在熔化爐料過程中造渣脫磷，并減小裝料對爐底的沖擊。 47 熔化期 熔化期的任務是將爐料熔化成鋼液，并脫去鋼中部分磷。 在通電后的高溫電弧作用下，電極下面的爐料先行熔化。熔化期應采用最大的功率送電。 爐料在熔化過程中，鐵、硅、錳、磷等元素被爐氣中的氧所氧化

19、，生成FeO、SiO2、MnO及P2O5氧化物，這些氧化物又與石灰(主要成分為CaO)化合成爐渣，覆蓋在鋼液表面。 為了脫磷，在熔化末期分批加入裝料量的12%小塊鐵礦石。爐料熔化以后，熔化期就結束。此時，應扒去富磷爐渣，然后加入石灰、螢石等造渣材料，另造新渣。 48 氧化期的任務是將鋼液中的含磷量降低到規(guī)定的范圍，去除鋼液中的氣體和非金屬夾雜物，并提高鋼液的溫度。 氧化期 為使脫磷效果更好，在氧化期內(nèi)還要加入新鮮石灰(CaO)造渣并加入螢石(CaF2)調(diào)整爐渣的粘度。2Fe2P + 5(FeO) + 4(CaO)(CaO)4P2O5 + 9Fe 脫磷的有利條件是高堿度和強氧化性的、粘度小的爐渣

20、，較大的渣量和較低溫度。49礦石脫碳法 吹氧脫碳法 二者聯(lián)用 在氧化期進行過程中，提高鋼液溫度進行氧化脫碳沸騰精煉，以去除鋼液中的氣體和夾雜物50 還原期 還原期的任務是脫氧、脫硫和調(diào)整鋼液溫度及化學成分。白渣的造渣方法如下：先加入造渣材料石灰、氟石和炭粉。 白渣的脫氧脫硫能力隨時間延長而減弱，需要補充造渣材料，包括石灰和硅鐵粉，硅鐵粉起脫氧作用： 51電石渣的造渣方法如下：先加入造渣材料石灰、氟石和炭粉電石渣中的碳起脫氧作用，石灰起脫硫作用，電石則既起脫氧作用，又起脫硫作用：隨著還原過程的進行，爐渣逐漸失去脫氧和脫硫的能力，需要分批加入造渣材料。電石渣增碳，適宜C0.35%，電石渣粘度大，出

21、鋼時不易與鋼液分離，易生成夾雜物。電石渣白渣。52 出鋼 鋼液化學成分調(diào)整好后，即可用鋁進行終脫氧。終脫氧的加鋁量與鋼爐和鑄型狀況有關，一般為鋼液重的0.100.15%。用鋁終脫氧的方法有兩種，插鋁法和沖鋁法。 終脫氧后，升起電極，傾爐出鋼。出鋼時鋼流要大，且要鋼、渣齊出。這樣，爐渣可起到保護作用，減小鋼液的氧化、吸氣和冷卻。 此外，由于鋼、渣同時注入包內(nèi)，得到充分攪拌和接觸，可起到進一步脫硫作用。對于少數(shù)含有易氧化元素的鋼種，為了提高元素的收得率和穩(wěn)定鋼液的化學成分，則采用先出鋼后出渣的出鋼方法。 53(2) 不氧化法煉鋼 不氧化法熔煉實質上是廢鋼重熔，故又名返回法。它是近代熔煉合金鋼、特別

22、是高合金鋼的主要方法。該法的優(yōu)點是可以采用100%的廢鋼。 54 在熔化期，應經(jīng)常向爐內(nèi)加入已經(jīng)烤過的石灰石或新燒的石灰，其加入量為爐料重量的24%。石灰石的使用對不氧化法冶煉特別重要，因為它能使爐渣活潑，促使爐溫上升和清除鋼液中的氣體。在熔化期，爐料中約有30%的磷與堿性爐渣中的CaO結合。除磷所必需的FeO，一部分是爐料的氧化鐵帶入，另一部分是來自爐氣對鋼液的氧化。因為爐料的含磷量低，F(xiàn)eO少，所以脫磷不明顯。 熔化期55 由于鋼液中的FeO少，加入的鐵合金不多和脫硫量也不多，所以還原期比氧化法縮短(2030)min。還原操作與氧化法相同。 與氧化法比較，不氧化法煉鋼縮短冶煉時間1h左右，

23、提高爐子生產(chǎn)率1921%，減少電能消耗1215%。 還原 56(3) 合金鋼冶煉要點 合金元素的適宜加入時間。不易氧化的合金元素在氧化脫碳之前加入；容易氧化的合金元素則應在還原期加入。 合金元素的收得率。冶煉合金鋼時，為了準確地控制鋼的化學成分，應該掌握各種合金元素的收得率。 鐵合金的處理。鐵合金在使用前應破碎成適宜的塊度。 加合金操作要點。在加合金操作時，應該根據(jù)合金的特點采取相應的措施。57584.2.3 酸性電弧爐煉鋼(1) 酸性電弧爐煉鋼的特點爐襯壽命較長。SiO2的熱穩(wěn)定性較MgO好。冶煉時間較短 由于酸性煉鋼中不脫硫和脫磷，因而使得煉鋼時間比堿性電爐煉鋼短。鋼液中的氣體相夾雜物較少

24、。酸性爐煉鋼的主要缺點是不能脫磷和脫硫，因此必須使用低磷和低硫的爐料。酸性爐可用來冶煉碳鋼、低合金鋼和某些高合金鋼(如含硅的高合金鋼、合格的高合金鋼等)，但不適于冶煉高錳鋼(因為MnO是堿性氧化物，會侵蝕酸性爐襯)。59(2) 酸性電弧爐氧化法煉鋼的工藝要點 配料 由于酸性爐煉鋼法不能有效地去除磷和硫，因此對爐料的含磷量相含硫量必須嚴加控制。生鐵和回爐廢鐵中含磷、硫高。一般限制其使用量在10%以下。補爐 補爐材料用硅砂，用26%的水玻璃作粘結劑。熔化期 熔化期中加入酸性造渣材料(硅砂、適量的石灰和碎燒土磚塊)，加入量約占鋼液質量的2%。氧化期 氧化期的任務是借助氧化脫碳所造成的鋼液沸騰來清除氣

25、體和非金屬夾雜物。脫碳可以采用砍氧法或礦石法。氧化期終了時，應扒除全部或大部分爐渣，另造新渣。60還原期 還原朗的任務是脫氧和調(diào)整成分。其工藝過程如下：首先造渣覆蓋鋼液表面。造渣材料為：硅砂/石灰3/2(質量比)，造渣材料加入量大約為鋼液質量的3%。然后加入錳鐵預脫氧。再加入混合脫氧材料進行還原。脫氧材料包括：炭粉、碎電極塊和硅鐵粉。脫氧材料應分批加入，還原的總時間大約1530min。當鋼液脫氧良好，而且鋼液溫度達到出鋼溫度要求時，即可進行鋼液化學成分的調(diào)整?；瘜W成分調(diào)整好以后，用鋁進行終脫氧。出鋼 停電，升起電極，傾爐出鋼。鋼液在鋼液包中鎮(zhèn)靜5min以上的時間后開始澆注。614.3 感應電爐

26、熔煉4.3.1 感應電爐的基本工作原理(1) 工作原理：電能熱能 當感應圈內(nèi)通過交流電時，坩堝內(nèi)的金屬爐料或鐵水就會在交變磁場的作用下產(chǎn)生感應電流，因爐料本身具有電阻而發(fā)熱，從而使金屬熔化或過熱。6263(2) 感應電爐的結構64高頻感應電爐 采用的電流頻率一般是200300kHz電爐容量在100kg以下，這種感應電爐一般是在實驗室作科學研究用。中頻感應電爐 采用的電流頻率一般是頻率范圍1500 10000Hz。爐子容量從幾公斤到幾十噸。工頻感應電爐是以工業(yè)頻率電流(50Hz)作為電源的感應爐，和沖天爐相比工頻爐具有成分和溫度易控制，鑄鐵中的氣體和夾雜物含量低、不污染環(huán)境、勞動條件好等優(yōu)點，已

27、發(fā)展成熔煉各種鑄鐵合金的重要設備。按電源工作頻率高低分類，無芯感應電爐有三種：65熔化速度快，生產(chǎn)效率高。中頻爐的功率密度大，每噸鋼液配置的功率比工頻爐多2030%，故在相同條件下中頻爐的熔化速度快，生產(chǎn)率高。使用方便靈活。中頻爐可將鋼水倒盡，重裝新料，改變鋼種。和工頻爐、有芯爐每次必須留一部分鋼(鐵)水供下爐啟動相比方便得多。和工頻相比，駝峰較低，攪拌不太強烈，有利于提高爐子壽命和鋼水質量。啟動方便不用啟熔塊，對爐料尺寸無特殊要求。中頻爐和其它熔煉設備比較有以下優(yōu)點66 鐵水化學成分變化小,可控元素CSiMnPS變化率%-(510)+(510)-5不變不變 鐵水溫度高,可控 熔化率低(130

28、T/h)， 成本高發(fā)展趨勢沖天爐熔煉+工頻爐(雙聯(lián)熔煉)4.3.2鑄鐵的感應爐熔煉酸性爐襯感應爐內(nèi)元素燒損674.3.3 鑄鋼的感應爐熔煉 由于感應電爐煉鋼中爐渣溫度較低，化學反應能力較弱，故多采用不氧化法煉鋼。一般情況下，待爐料全部熔化后，即行脫氧、調(diào)整化學成分和出鋼。同樣是由于爐渣化學反應能力較弱的原因，在煉鋼過程中一般不進行脫磷和脫硫。在生產(chǎn)中，酸性爐襯和堿性爐襯都有采用的。68 酸性感應電爐由于不能脫磷和脫硫，因此所用的爐料必須是低磷和低硫的。 在堿性感應電爐煉鋼條件下，通過造堿性爐渣，能起到一些脫磷、脫硫的作用，所以對爐料的適應性較強，爐料的平均含磷量和含流量允許稍高一些。但就脫磷和

29、脫硫能力而言，堿性感應電爐遠低十堿性電弧爐。(1) 爐料69酸性造渣材料：造型用新砂65%，碎石灰15%，氟石粉20%。也可以用碎玻璃造渣。堿性造渣材料：用石灰和氟石，其質量比大約是石灰80%，氟石20%。當爐料中含磷、硫量較高時，在爐料熔清時，可扒除大部分爐渣，更換新渣。(2) 熔化70(3) 脫氧和出鋼 采用不氧化法煉鋼時，爐料熔清后就可以進行脫氧。一般采用將脫氧劑(錳鐵、硅鐵)直接加入鋼液中進行脫氧(沉淀脫氧)的方法。脫氧以后，進行化學成分的調(diào)整，然后插鋁進行終脫氧。終脫氧后，停電，傾爐出鋼。71 鋼、鐵中都有一些不需要的合金元素及微量元素，還有夾雜物及氣體，如不能清除將嚴重影響物理及力

30、學性能，例如: 硫是球鐵最常見的石墨球化干擾元素，又增加球化衰退。鋼水中的氣體（如氧，氫等）和非金屬夾雜物嚴重影響鑄鋼件的質量。4.4 鑄鐵和鑄鋼溶液的爐外精練72 采用堿性爐襯沖天爐 主要用于堿性爐襯的沖天爐和水冷無爐襯的沖天爐。但堿性耐火材料(如鎂砂)作爐襯壽命較短，在我國應用很少。 采用水冷無爐襯熱風沖天爐，爐渣性質不受爐襯材料的限制，主要取決于熔劑用量的多少，所以很容易造高堿度渣，可取得較好的脫硫效果。4.4.1 鐵液的脫硫處理 在爐內(nèi)加入脫硫劑主要用于酸性沖天爐,使用的脫硫劑有石灰、電石、白云石等。缺點:效果不穩(wěn)定,腐蝕爐襯,因而較少應用(1) 沖天爐內(nèi)脫硫73爐外脫硫劑 蘇打、電石

31、和石灰等。蘇打脫硫 Na2CO3 Na2O + CO2 (Na2O) + FeS (Na2S) + (FeO) 電石脫硫 CaC2 + FeS (CaS) + Fe + 2C CaC2 + 2(CaO) + 3FeS 3(CaS) + 3Fe + 2CO 石灰脫硫 (CaO) + FeS (CaS) + (FeO) (2)爐外脫硫(在處理包中進行)74爐外脫硫方法 氣動脫硫 向鐵水中吹入氮氣，或配合脫硫劑隨氮氣吹入鐵水中，以提高脫硫效果。這是目前生產(chǎn)用得最普遍的脫硫方法。 噴射脫硫75多孔塞氣動脫硫76搖包脫硫回轉包脫硫搖包脫硫77煉鋼的主要任務：包含熔化和精練兩部分 熔化爐料，將合金熔化并過

32、熱到一定溫度以保證澆注需要；降低鋼液中的有害元素磷和硫，使其含量不超過規(guī)定范圍；清除鋼液中的非金屬夾雜物和氣體，使鋼液純凈；調(diào)整鋼液的化學成分，使各元素的含量符合規(guī)格要求。 有些工作可在爐內(nèi)完成，有些則在爐外進行，或爐內(nèi)外同時進行，此時的爐外也可能指轉到另一熔化爐進行精練。4.4.2 鋼液的爐外精煉78 爐外精煉是近代煉鋼技術發(fā)展的一個重要方向。爐外精煉過程是先采用電弧爐(或平爐、感應電爐等)進行鋼的初煉(熔化爐料以及脫磷等)，而將其后的精煉(脫碳、脫硫、脫氧等)放在精煉設備中完成。 通過爐外精煉，可以提高鋼的純凈度，減少合金元素的燒損，大幅度改善鋼的質量，而且能縮短煉鋼時間，降低能耗。還可為

33、冶煉超低碳鋼開辟途徑。 79AOD(Argon-Oxygen Decarburization) (1) 氬氧脫碳精煉法(AOD)鋼液1560O2、O2+Ar、Ar脫碳，放出熱量鋼液溫度不降低，略有上升。成分和溫度達到要求出鋼。80AOD法的吹煉過程從冶金反應方面可大體分為三個階段: 吹氧階段。吹煉初期，鋼液含碳量較高，吹氧脫碳反應順利進行。碳的氧化采取兩種方式 2C + O2(氣)2CO (直接氧化) 2Fe + O2(氣) 2FeO (間接氧化) C + FeO Fe + CO (間接氧化) 經(jīng)過一個階段的吹煉，碳的氧化反應接近平衡，并達到較低值。81 吹氬一氧混合氣體階段。由于氣泡中含有氬

34、氣，降低CO的分壓, 因而改變了原來的C-O平衡關系，促使脫碳反應進一步進行： C + FeO Fe + CO 其結果是使鋼液含碳量進一步降低。 吹氬階段。由于停止供氧，故鋼液中的FeO量不再得到補充。更由于吹氬促進鋼液中碳的進一步氧化，在吹氬階段，鋼液含碳量更進一步降低。82AOD法最初用于冶煉超低碳鋼種，由于氧氬的聯(lián)合作用，使得脫碳過程進行得相當充分。在保持鋼液低含氧量條件下，能容易地將鋼液含碳量降低至0.03%以下?，F(xiàn)在其應用范圍擴大到其它鋼種。AOD法為生產(chǎn)高強度和超高強度低合金鑄鋼創(chuàng)造了條件，AOD法可使鋼液的含氫量和含氮量分別降至2ppm和80ppm以下。 AOD精煉法的另一重要用

35、途是生產(chǎn)超低碳不銹鋼。由于采用吹氬精煉，能在保持鉻的氧化程度極輕微的條件下，將含碳量降至很低的水平。即能夠最大限度地“脫碳保鉻”。 C + FeO Fe + CO 2Cr + 3FeO (Cr2O3) + 3Fe83用電弧爐將爐料熔化成鋼液，并提高至足夠高的溫度(t1560)。傾入底部有吹氬裝置的鋼包內(nèi)，并將鋼包裝入VOD精煉裝置的真空罐內(nèi)，將罐蓋蓋好，抽吸真空。從上面進行吹氧脫碳，從底部進行吹氬攪拌。 VOD(Vacuum Oxygen-Argon Decarburization) (2) 真空氧氬脫碳精煉法(VOD) 84 脫碳能力更強。隨著真空度的提高，氣相中CO的分壓力進一步降低，使得鋼液中的碳能被氧化至更低的值。用VOD法能煉出含碳量低于0.01%的鋼(工業(yè)純鐵)。 去除鋼液中氣體的能力更強。鋼中含氫量可降至1ppm以下。 節(jié)省氬氣用量。為了形成同樣的吹氬沸騰凈化作用，在VOD法中氬氣的耗量，大約只占AOD法的1/101/8。氬氣的價格較貴，故節(jié)省氬氣是VOD法的一大優(yōu)點。 設備結構較復雜，投資較大。由于這方面原因，使得VOD法在鑄鋼生產(chǎn)方面的應用少于AOD法。85(3) 真空氧氬脫碳轉爐精煉法VODC VODC(Vacuum Oxygen-Argon Decarburization Converter)法。VODC精煉方法所用的設備實際上是VOD爐與AOD爐的結合，也