中频感应电炉亚氧化法炼钢工艺简介
高伟华
一九九八年一月　

〖提要〗通过比较氧化法和不氧化法两种中频感应电炉炼钢工艺方法的优劣，提出了亚氧化法炼钢工艺，该工艺既具有氧化法炼钢工艺氧化沸腾去气去夹杂的过程，以提高熔炼质量，又具有不氧化法炼钢过程简单容易控制的特点，能有效地提高铸钢产品材料的质量，简化了操作工艺。

关键词：氧化沸腾 简化工艺 改善材质

一．中频感应电炉作为一种金属材料的熔炼设备，它有以下特点：

1．利用电磁感应原理使炉料本体发热，因而发热快、熔炼周期短、热效率高；

2．加热能源清洁，加热过程中没有大量的火焰和气体放出，污染小，降低了环保设备的投资；

3．由于电子技术的发展，使变频设备变得更加小巧轻便，容易控制，易于熔炼过程的功率控制或实行熔炼过程的自动化；

4．变换熔炼金属材料的种类方便，尤其适应于产品小批量多品种的铸造单位；

由于以上所述的设备属性良好，在铸造生产中得到较为广泛的应用。

二．中频感应电炉的设备在熔炼生产中的工艺属性：

1. 由于整个熔炼过程中金属液自始至终处于强烈的电磁搅拌中，因而终点成份均匀度高，宏观偏析小，而且易于各类夹杂物的上浮，可以得到基体比较纯净成份比较均匀的材料。但同样由于动力学条件好使大气组份易溶与金属液中，对部分金属形成危害；

2. 由于炉体条件等因素不适宜进行大规模的脱碳、脱硫、脱磷操作，限制了熔炼原材料的来源；

3. 由于发热体是被熔炼的金属炉料，炉口又是较大的散热通道，因而造成成渣困难，渣温始终比钢温低许多,要按保守的工艺去造一定碱度的渣相当困难。

三．中频感应电炉常规炼钢工艺方法及特点：

1. 不氧化法炼钢工艺 大多采用酸性炉衬，炉料成分接近终点成分。因为酸性炉衬限制了渣的碱度，一般的酸性渣不能完成脱硫和脱磷任务，而且传递氧的能力低，又不利于扩散脱氧的进行。所以酸性炉衬的不氧化法炼钢工艺仅是个重熔工艺，一个完全依靠熔前配料来达到终点成分的工艺，而且工艺质量并不高，但工艺过程简单，比较明显的弱点是熔炼过程不氧化，没有一个沸腾的过程，不能有效地去除钢中各类夹杂物，遗留于钢液中，恶化材料的性能；其次，整个体系的热力学条件不支持硅的氧化，而且钢液中的碳和出钢时加入的铝分别在一定条件下会部分还原炉渣和炉衬中的硅，加上有些盲目工艺用硅来脱氧，长期循环累积，成品钢的含硅量通常都在高位徘徊甚至脱格，不利于提高钢的机械性能。

2. 氧化法炼钢工艺 一般采用碱性炉衬，对炉料的宽容度比较大，炉料成分可以和终点成分有较大的距离，但仍不宜进行大规模的脱碳、脱硫和脱磷操作，由于吹氧过程极易危及炉衬而导致穿钢事故；脱硫任务过重也会延长还原期操作而导致炉衬蚀损严重，或降低炉龄或发生事故。由于氧化法炼钢工艺有一个氧化沸腾的过程，能相当有效地去除钢中各类夹杂物和有害气体，优化了材料的性能。但其工艺方法复杂，对操作者要求有较高的技术素质，而且工艺偏差大，稳定性差，炉衬及设备寿命低。

四．本车间的炼钢工艺条件：

1．本车间是以铜合金为主要产品的铸造车间，设备工况比较好，不宜采用氧化法炼钢工艺而导致设备工况的恶化；

2．熔炼操作人员不熟悉炼钢工艺，不能有效地贯彻氧化法各项复杂的工艺操作；

3．采用树脂砂为造型材料，砂中含有铸铜用涂料石墨的残余及树脂固化剂的残余硫，且含量较高(C5%,S0.228%)，造成铸件增碳增硫；

4．采用柴油火焰加热型芯、型腔及浇包，通常都会在这些表面留下积碳层，导致铸件增碳增硫；

5．泵用铸件的平均工艺出品率在60%左右，在每炉次熔炼中应该有40%的返回料加入；

6．没有大量的化学成分稳定的原材料来源。

五．中频感应电炉亚氧化法炼钢工艺的工艺思路：

通过以上对两种中频感应电炉基本炼钢工艺方法的分析，综合了两种工艺方法各自的优点，针对本车间的实际工艺条件，制订了亚氧化法炼钢工艺(表2)，(表3)为多种熔炼配方中的一种。

表1 不同炼钢工艺方法的工艺能力和工艺质量比较

1. 氧化沸腾的工艺过程是获得优质钢材的必要工艺手段

各种炉型的炼钢工艺都有各自的不同形式的氧化期操作，或是吹氧或是加矿石，都是原始的氧化气氛不够而刻意营造以达到工艺的目的。而中频感应电炉本来就有氧化性气氛的，为此很多工艺在熔炼各期都分别有造渣操作，其工艺意图也有隔绝大气气氛的因素。也有的工艺规定各类炉料必须经过表面处理，以去除氧化皮和油污，也有隔绝氧化气氛的目的。于是在中频感应电炉熔炼工艺制订中出现了这样一个现象，先是通过具体的工艺措施努力隔绝各类氧化介质，然后为了改善材质为了沸腾，再通过具体的工艺措施比如加矿石来营造氧化性气氛，而且加入的矿石的化学成分远比本来炉料的氧化皮有害(S,P)，岂不多此两举。亚氧化法炼钢工艺就是利用炉料和大气形成的氧化性气氛，不通过具体的工艺操作，达到沸腾，但这沸腾的程度不如氧化法剧烈，故称为亚氧化法，这样的沸腾程度是否已经达到了目的,这需要结果来证明。

表2 亚氧化法炼钢工艺

表3 亚氧化法炼钢ZG230-450炉料配方工艺

2．碱性炉衬营造的炉内碱性气氛是脱硫脱磷必须的

虽然酸性炉衬有较长的炉龄，有时也能造短时间的碱性渣以完成脱硫脱氧任务，但是这种方法对炉衬侵蚀很大，只能偶尔为之，对于有经常性和长期性脱硫任务的材料来说，碱性炉衬的使用是唯一的选择。

3.长期供货的具有稳定化学成分的廉价的原材料来源是产品质量稳定的前提

虽然可以通过用氧化法炼钢来消化价格更低的废钢，但实际效果证明并不经济，因为这样缩短了炉龄降低了工艺稳定性，延长了熔炼周期，增加了管理成本和用工成本。让炼钢工艺条件更优越的的转炉和电弧炉等去消化废钢更有益于社会效益的提高，国外就有冶炼厂专供铸造单位生产使用的各类合金的中间锭，极为方便了小型铸造单位的生产，我国没有这方面的商业渠道，但也不是无路可寻，通过努力我们造到了一些方法。比如，利用炼钢厂出产的8寸#35钢锭连冒口重330公斤左右，对标称500公斤的中频感应电炉熔炼ZG230－450极为适宜，(表3)为ZG230－450的配料工艺。

4.中频感应电炉炼钢渣工艺的思考

本文二.3中已叙述了中频感应电炉成渣困难的工艺现象，这增加了工艺难度和降低了工艺效率。我们知道炼钢就要炼渣，只要渣炼好了钢也就差不多了，这种说法对原始炉料与终点要求有很大距离的情况下非常适宜，但是现在的钢已经差不多的情况下，为何还要教条地强调炼渣呢？按亚氧化法炼钢的要求，熔化期不必造渣,以充分利用此时的氧化气氛，充分的氧化，得到沸腾，还原期的渣操作应按还原期要完成的任务而操作，还原期的主要任务有四，一是升温，二是脱氧，三是脱硫，四是调整成分，在炉前化验确认各项成分已经确保的情况下造渣的唯一任务是扩散脱氧，不同于其它熔炉，中频感应电炉的还原渣有两个界面的介质(渣与钢，渣与大气)参与消耗它的还原剂，究竟哪一个界面的热力学和动力学条件更好一些是值得立题深入研究的，所以这样的还原渣的效果是很有限的。因此亚氧化法炼钢工艺并不追求完美的还原期成渣效果，只要其它任务均已完成，脱氧的任务可以由沉淀脱氧并镇静来完成。

六．亚氧化法炼钢工艺的效果

(表4)列出了亚氧化法炼钢工艺在我厂应用在ZG230－450铸钢相应炉次的工艺结果。通过实际的机械性能结果与标准相比(表5)表明，用亚氧化法炼钢工艺熔炼的材料的机械性能异乎寻常地高，样本平均值和样本中80%炉次的材料性能超过了ZG270-500的性能，若降低回火温度,样本中很大一部分将达到ZG270-500的性能。亚氧化法炼钢工艺结合了氧化法和不氧化法各自的优点，工艺过程简单稳定，能有效提高材料性能，又没有明显降低炉龄(20炉左右)，很适应中小规模铸造单位应用。我厂已将这种工艺方法应用于ZG230-450,ZG270-500，ZG1Cr13，ZG2Cr13，ZG0Cr18Ni9，ZG1Cr18Ni9Ti等多种材料的熔炼，得到了很好的效果。

表4 亚氧化法炼钢工艺熔炼ZG230-450铸钢的工艺效果

表中所列的机械性能是通过正火＋回火的热处理工艺获得的　

表5实际结果与材料标准比较

参考资料：《铸造手册》 第二卷《铸钢》中国机械工程学会铸造专业学会编机械工业出版社出版