某30吨中频炉熔炼合金钢打结烧结工艺

在中频炉中由于变频电流通过感应线圈使坩埚中的金属炉料因电磁感应而产生感应电流，利用这种电流转化为热能使炉料加热熔化[1]。中频炉的常用频率为150～2 500 Hz，且频率越高，感应电流越大[2]。中频炉具有熔化效率高、操作工艺简单、环境污染小、更换品种方便等诸多优点，已广泛应用于钢铁行业[3]。另外，中频炉熔炼较之其他炼钢炉的最大优势是能够回收金属炉料中的贵重金属，有效避免返回钢或合金料熔炼过程的元素烧损，是理想的资源循环利用方式。中频炉熔炼各元素收得率，见表1。所以，大型中频炉熔炼工艺越来越受到特殊钢领域的关注。

表 1 中频炉熔炼化学元素收得率%

元素Cr Ni W Mo V Cu

收得率97 99 98 98 98 100

2 炉体打结

中频炉炉衬料的打结尺寸和质量是中频炉熔炼的关键。此30t中频炉采用干式打结方式。炉衬料的捣打分炉底、炉壁和炉口三部分。炉底捣打厚度为450mm；炉壁捣打厚度为180mm，高度距炉口300 mm；炉口部分为炉沿以下300mm。中频炉整体打结操作需连续作业，保证捣打后炉体料均匀致密，且严禁混入异物。

3 兑钢水烤炉工艺

炉衬打结完后，即可进行烘烤和烧结，其目的在于充分排除炉衬中的水分，最后在高温下烧结成具有高温强度的密实的陶瓷质表面。某炼钢厂采用兑钢水烤炉方式。兑铁水或钢水烤炉的优势包括缩短设备停机率、提高产量、提高炉衬使用寿命等[4]。

烘烤铁料要求干燥、清洁无锈，装料密实，大小料搭配，防止搭桥。第一炉装满铁料，使整体炉衬从上到下得到充分的均匀烧结。炉口上加煤气烧嘴，盖上炉盖，有利于温度快速均匀。给电烤炉以块状金属料通红但不熔化为宜，保温结束撤出热电偶，升温至要求温度向炉中兑入钢水。兑入的钢水要求脱氧良好，温度t≥1 560℃，且符合第一炉化学成分的要求。具体炉衬烘烤曲线如图2所示。

4 炉体料结构

中频炉熔炼过程的炉体料，从钢液侧依次为烧结层，半烧层和松散层。烧结层直接接触装入金属料和高温钢水，色深呈陶瓷状，要求具有良好的抗冲击性能和抗高温性能。半烧层是介于烧结层和松散炉衬料之间的过渡层，呈固体状，如图3所示。

松散层对中频炉熔炼的操作和安全生产至关重要。炉衬松散层具有减轻装料过程的机械冲击损伤感应线圈、磁轭等设备原件；填补炉体内壁破裂损伤；使拆炉过程中顶出装置的工作顺畅等重要作用。中频炉末期保证松散层具有一定厚度，能够避免钢水漏炉导致的爆炸恶性安全事故。实践证明，理想的初始炉衬烧结层、半烧层和松散层的厚度分别为30、40和110mm，中频炉熔炼过程，一直保持烧结层和半烧层的厚度为30和40 mm，仅松散层随着炉衬料的侵蚀而逐渐减少。当松散层厚度为30～40mm或整体炉壁烧结层、半烧层和松散层厚度之和小于100 mm时，达到拆炉标准。

5 中频炉的炉体寿命

炉体寿命一直受到中频炉工作者的重视。中频炉炉衬的工作环境恶劣：熔炼过程中，炉衬内侧接触高温钢水，外侧紧贴水冷线圈，仅100～180 mm 的炉壁厚度承受的温差高达1650℃；电磁搅拌引起的钢水循环运动冲刷炉壁，尤其是渣钢界面的侵蚀更为严重。所以，要求中频炉的炉体料适应炼钢厂自身的冶炼工艺和冶炼环境，是保证炉体寿命的前提。实际生产中，可通过以下方式法减轻炉底炉壁压力、保护炉口，提高炉体使用寿命。

5.1 金属料装入顺序

目前，大型中频炉使用的漏炉报警系统并不成熟，有待进一步完善。为保证人员和设备安全，此30 t 大型中频炉不采用留钢操作，每炉熔炼结束需出净钢水，待确认炉底、炉壁和炉口均正常后，方可继续下一炉熔炼。此30 t中频炉适宜的金属料尺寸为150mm×150mm×300mm，但生产中，装炉金属料类型复杂，且尺寸不一，如车削、压块、重料等。实际装炉时，首先装入一定量的车削，再装入其他重料能够有效减轻金属炉料与炉底和炉壁的撞击，从而起到保护炉衬的作用。经过实践确认的合理的炉料装入顺序为：车削→压块（如08Al 压块）→碎料→小块料→大块料。

5.2 熔炼过程烤炉口和推渣护炉口

中频炉熔炼过程中，渣面至炉沿，即炉口部位，无法接触高温钢水，长时间裸露在空气中，是整体炉衬烧结的薄弱环节。炉口部位经常出现裂纹，甚至脱落现象，损伤炉衬，易引发安全事故。在生产实践中，此30 t 中频炉采用以下方式提高炉口部位炉料的烧结效果。

（1）炉体前期每隔10炉执行一次烤炉口操作，炉体后期（大于50次）每隔5炉执行一次烤炉口操作。烤炉口是在正常冶炼前提下，将钢水装满至炉沿以下100 mm处，温度1650～1 680℃保持20～30 min。

（2）在熔炼过程中，将热熔状态的炉渣推铺向炉口部位，以保持其烧结效果。另外，设置装料挡板、保证连续性生产等措施均能有效保护炉口和炉壁，提高使用寿命。目前，某30 t 中频炉的炉体寿命已经达到90次。