中频感应炉工艺篇

（4）中频感应炉的电磁搅拌作用改善了反应的动力学条件。
（5）中频感应炉熔炼过程便于控制。
❖ 与工频感应炉相比具有熔化速度快、生产效率高、适应性 强、使用灵活、电磁搅拌效果好、启动操作方便等优点。
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二、钢液的熔炼操作工艺
1 碱性坩埚熔化法熔炼工艺
❖ 中频感应电炉钢液的熔炼操作工艺见图1。碱性坩埚熔化 法熔炼工艺主要包括：备料及装料、熔化、精炼、出钢 浇注、脱模与冷却。
配料、 通电
装料
熔化
加余料、 捣料助 熔
扒渣 取样
调整 成分、 测温
终脱氧、 出钢
图1 中频感应电炉熔炼操作工艺
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1.1 配料原则
A 炉料准备
❖ 炉料准备包括炉料的选择与处理。钢料有低碳钢，工业 纯铁和返回料；合金料有纯金属和铁合金；渣料有石灰， 萤石，镁砂；脱氧剂有铝块。尽可能多的使用廉价原料。 各种入炉的金属料块度要合适，表面应清洁、少锈和干 燥。
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1.3 钢液的熔炼操作
A 熔化期
❖ 装料完毕后，送电熔化。熔化期的主要任务是使炉料迅 速熔化，脱硫和减少合金元素的损失。熔化期的主要反 应有碳、硅和锰的氧化及脱硫反应。
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A 熔化期
❖ 炉料熔化期在整个冶炼过程中占时间长(一般占2/3以上)，且 伴随着金属熔池的氧化和吸气。为加快冶炼速度，保证冶炼 工作的质量，在整个熔化过程中要不断调整电容，保证较高 的功率因素，在熔化期应尽量送大功率快速熔化，以减少熔 池的氧化、吸气和提高生产率。在熔化过程中应防止坩埚上 部熔料焊接的“架桥”现象， “架桥”会使下部已溶化的钢 液过热，而增加吸气和合金元素烧损，延长熔化时间，应当 极力避免。加强捅料操作，对于缩短熔化期，防止“架桥” 现象是很有效的措施。为减少金属氧化和精炼工作创造条件， 熔化期应及时往炉内加入造渣材料，时刻注意不要露出钢液， 这样，在炉料熔清后，即已形成流动性良好的炉渣。
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B 配料
❖ 由于目前中频感应电炉大多采用不氧化法(重熔法)操作 工艺，不进行脱碳操作，且因炉渣温度较低，化学性质 不活泼，所以脱P、脱S的能力较差。因此，配料水平将 直接影响到冶炼速度和钢液的质量以及坩埚的寿命和金 属收得率等。同时，合理的配料对炉前控制化学成分较 为方便。所以中频感应电炉生产中要做到“精料”入炉。
❖ 一般情况下，大、中、小金属炉料配比按35%～ 45%∶45%～50%∶15%～25%进行控制，炉料的块度大 小（尺寸和重量）由炉子的具体容量而定。
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1.2 装料
❖ 装料过程中，首先要检查设备及供水系统是否完好，发 现问题及时处理；仔细检查并认真清理坩埚；检查炉料 是否符合配料单上的要求，确认无误后即可装料。先在 坩埚底部装入炉料占2%～5%的底渣，其成分为：石灰 75%，萤石25%。底渣的作用是熔化后覆盖在钢液面上， 保护合金元素不被氧化，并起脱硫作用。底部和下部炉 料堆积密度越大越好，上部应松动一些，以防“架桥”。 底部应装入易于熔化的炉料，如高、中碳钢，高碳铬铁， 锰铁，硅铁等；中部装入熔点较高的难熔炉料如钼铁， 钨铁，工业纯铁等；上部为钢料。采用返回料熔炼时， 大块料放在中下部，小块料放在底部和大块料中间，车 屑等碎料待熔化后加入。1t以下的炉子渣料块度为：石 灰10～30mm，萤石块度小于石灰的块度。
中频感应电炉
(工艺篇)
☺中频感应炉熔炼操作技术 ☺常见问题的处理及预防 ☺炼钢工的安全操作法 ☺中频感应炉生产的节电途径
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一、中频感应炉熔炼方法
❖中频感应炉主要用于熔炼钢及合金。按坩埚耐火材料的性质可分为碱 性冶炼法和酸性冶炼法。
❖ 碱性冶炼法。碱性冶炼法用碱性耐火材料打结的坩埚进行冶炼，坩 埚材料主要用镁砂。在冶炼过程中造碱性炉渣。碱性冶炼法按冶炼过 程有无氧化过程可分为：
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1.2 装料
❖ 感应电炉坩埚的温度分布如图2所示。 合理的布料原则是：在坩埚底部加 小块料；小块料上加难熔的铁合金 (如钼铁、镍板等)，上面加中块料； 坩埚边缘部位加大块料，并在大块 料的缝隙内填塞小块料。料应装得 密实，以利于透磁、导电，尽快形 成熔池。有时为尽快形成熔池，可 在炉底铺放一定数量的生铁。
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1.2 装料
❖ 在装料前，首先因迅速清理净坩埚内残钢残渣，并检查 炉衬，局部侵蚀严重处可用细颗粒耐火材料以少许液体 粘结剂调和修补。坩埚内有小纵裂纹一般可继续使用， 但由于横裂纹在冶炼中受到炉料重力作用会继续扩大， 极易引起漏钢事故，所以应根据情况决定是否继续冶炼。
❖ 要根据金属料的熔点及坩埚内温度分布合理装料。不易 氧化的难溶炉料应装在坩埚壁四周的高温区和坩埚中、 下部的较高温区；易氧化炉料应在冶炼过程中陆续加入； 易挥发炉料一般可待炉料基本熔化后加入熔池。应在炉 底部位装一些熔点较低的小块炉料，使尽快形成熔池， 以利于整个炉料的熔化。
❖ 熔化法。用质量好的碳钢、合金返回钢、工业纯铁及铁合金做炉料， 冶炼过程中没有氧化过程，不进行脱碳和脱磷，熔化后即进行精炼。 冶炼过程基本上是一个再熔化过程，由于炉料质量好，冶炼出的钢与 合金质量高。
熔化法适用于冶炼高合金钢、高温合金和精密合金。
❖ 氧化法。氧化法所用的炉料含磷较高，含碳量波动较大，因而在冶 炼过程中要进行氧化脱碳和脱磷，然后再进行精炼。氧化法冶炼使用 的炉料便宜，因而生产成本低。但由于冶炼过程中进行氧化过程影响 坩埚寿命。
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C 金属炉料的科学管理
铁合金的管理 ①铁合金的烘烤。铁合金入炉前应进行烘烤，其目的是： 去除水分，以减少钢液中的气体，保证钢液质量；使合 金易于熔化，减少吸收钢液的热量，使冶炼时间缩短， 但要根据各种铁合金的特性制定烘烤温度及烘烤时间。 表1推荐了几种铁合金烘烤温度，供参考。
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一、中频感应炉熔炼方法
❖ 中频感应炉熔炼和普通电弧炉熔炼对比，具有下列特点： （1）精炼能力感应炉比电弧炉差。主要表现在脱氧、去夹 杂、脱硫、脱磷等方面，但在去除氮方面，电弧炉比感应 炉差。
（2）中频感应炉熔炼过程中，钢液或合金不增碳，而电弧 炉增碳。
（3）用中频感应炉熔炼合金时，合金元素回收率较高。
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B 精炼期(还原期)
➢ 感应炉冶炼使用的沉淀脱氧剂有Al块、Ti块、Al-Mg、Ni-B、
❖ 所谓“精料”入炉，一是指保证入炉的炉料化清后，钢 液的主要化学成分应符合或基本符合工艺要求，同时有 害的杂质元素应尽可能少。二是指生产中所使用的各类 金属炉料应具有合适的块度，为后续的合理装料、布料 及防止棚料和提高钢液的冶炼速度做好准备。
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C 金属炉料的科学管理
❖ 金属炉料的科学管理对提高感应电炉生产效率，获得合格钢 液具有重要作用。
氧化法冶炼适用于碳素钢和低合金钢的冶炼。
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一、中频感应炉熔炼方法
酸性冶炼法。酸性冶炼方法用酸性耐火材料打结的坩埚
进行冶炼，坩埚材料主要用石英砂。在冶炼过程中造酸 性渣。酸性冶炼方法只有熔化法冶炼。酸性坩埚成本低。 ➢ 酸性冶炼法主要适用于碳素钢和低合金钢的冶炼。 碱性冶炼方法和酸性冶炼方法各有优缺点，总的来说， 碱性冶炼法适用范围比较广泛。而酸性冶炼方法适用范 围较窄。
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1.2 装料
❖ 装料情况对于熔化速度影响极大，为保证快速熔化，坩 埚中炉料应装得尽量密实，这就要求大小料块搭配装入。 装料应“下紧上松”，以免发生“架桥”和便于捅料。 为了早期成渣覆盖钢液，在装料前可在坩埚底部加入少 许造渣材料。也可以先在坩埚底部加入一些小块金属料， 然后再加造渣材料，这样就可以防止坩埚底部越炼越高。
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1.2 装料
❖ 炼钢理论和实践证明，炉料的堆密度和熔炼时间、电耗 有着直接关系。而合适的堆密度则是靠合适的炉料配比 和正确的装料方式来保证。如果炉料的块度配比或装料 方式不当，不仅不能使炉料及时熔塌，而且还容易形成 炉料的“搭棚”，严重时会造成穿炉事故。因此，对装 料应很好地重视。
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表1 几种铁合金烘烤温度
铁合金
硅铁、铬铁、钨 铁、高碳锰铁
钛铁、钒铁、钼 铁、铝
中碳锰铁、金属 锰、电解锰、硅钙合金
硅铁粉、硅钙粉
烘烤干燥温度/℃ ＞800
200～400 100～200 60～100
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烘烤时间/h ＞2 ＞1 ＞4 ＞8
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C 金属炉料的科学管理
❖ 废钢的严格管理
废钢来源不同，化学成分也各不相同，特别是合金钢返回料。 不同的废钢含有不同的合金元素，如果混杂堆放，在冶炼某 一钢种时，混入不应有的合金元素，会使整炉钢液报废，或 造成钢液中某一合金元素过高、过低，而增加冶炼的困难。 因此，对外来废钢、生铁等要严格挑选，除去其中的有色金 属（如铜、锌、锡等）、混杂钢种、密闭容器、爆源自文库物及泥 砂杂质等。尤其对合金钢返回料应分类、分开堆放，不能相 邻放置。
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B 精炼期(还原期)
调整好熔渣成分，有效脱氧。
➢ 熔化期的渣组成主要是氧化钙和氟化钙，有坩埚材料熔 入的氧化镁等。为了更好地完成精炼任务，还原渣中必 须加入萤石、石英砂、黏士砖碎块等，调整炉渣成分， 改善其流动性。熔渣调好后，可进行扩散脱氧。脱氧剂 的选择是以不影响钢液成分和成本低廉为原则。使用扩 散脱氧剂时，应注意炉渣的流动性要好，熔炼温度要适 当，不可过高或过低，脱氧剂均匀地、定期地加入渣层， 脱氧剂在使用前应严格烘烤，使用铝-石灰粉时，在 600℃烘烤1～2h，硅铁或硅钙粉烘烤温度为200℃。扩散 脱氧时间一般为15～20min。为加快脱氧速度，同时可采 用沉淀脱氧。脱氧结束后，进行钢合金化。
[C] + (FeO) = CO(g) + Fe [Si] + 2(FeO) = (SiO2) + 2 Fe [Mn] + (FeO) = (MnO) + Fe
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（2）脱硫反应
❖ 钢液中的FeS进入炉渣
[FeS] = (FeS) ❖ 炉渣中的FeS与CaO相互作用
(FeS) + (CaO) = (FeO) + (CaS) 熔清后，将含有硫化钙的炉渣除去，即实现了脱硫的目 的。炉料熔清预脱氧后，进行炉前分析，分析项目主要 有C，Si，Mn，P，S。用样杯取样时，应在杯中加入少 量铝粉，以免钢液氧化影响分析结果的准确性。下一步 转入精炼期。
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B 精炼期(还原期)
➢ 冶炼过程脱氧技术：冶炼过程脱氧是感应炉冶炼中最
重要的任务之一。感应炉冶炼合金采用扩散脱氧与沉淀 脱氧相结合的综合脱氧法。感应炉冶炼使用的扩散脱氧 剂有C粉或电石粉、Fe-Si粉、Al粉、Si-Ca粉、Al-CaO等。 实践表明，C粉、Fe-Si粉只有在金属不怕增碳或增硅时 才能使用； Fe-Si粉和Al粉单独使用时，不及Si-Ca粉和 Al-CaO效果好。为保证脱氧效果，应适当控制金属液温 度，温度太低扩散脱氧反应不易进行。脱氧剂应分批均 匀的撒在渣面上，加入后，轻轻“点渣”加速反应进行。 反应未完，不要搅动金属液。
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（1）碳、硅、锰的氧化方式
❖ 在大气中氧的直接氧化
[C] + 1/2O2 (g) = CO(g) [Si] + O2 (g) = (SiO2) [Mn] + 1/2O2 (g) = (MnO) ❖ 钢液中的氧直接氧化
[C] + [O] = CO(g) [Si] + 2[O] = SiO2 [Mn] + 2[O] = MnO (l) ❖ 炉渣中氧化铁的间接氧化
②铁合金的分类。铁合金应分类堆放，防止合金混杂，以免 给冶炼操作带来不便。比如:高碳锰铁和硅锰铁、高碳铬铁和 低碳铬铁、高硅铁和低硅铁不能相邻堆放因为它们从表面看 十分相似，物理性质也相仿因此，为避免混淆，以上三组铁 合金中每二种都不能相邻堆放。
❖ 万一铁合金弄混，也可以根据其断面形状、物理性质等进行 鉴别和区分，表2、表3、表4列出了几种铁合金的区分法。 ③金属炉料的预先处理。对金属炉料进行预先处理，如对大、 长形废钢进行切割，对轻、薄金属料打包处理和对铁合金的 预先破碎等，使之具有合适的块度，为生产做好提前准备。