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中频炉炉底吹氩精炼净化金属液的实际数据及方法技术

发布时间:2021-06-03 08:06:06|浏览次数:
       
     
       中频感应炉精炼技术,在冶炼合金钢、特殊要求钢时,可使中频感应炉由“化钢”转变为炼钢,使其质量指标达到目前的LF,VD,AOD精炼炉、真空脱气炉的质量水平,是适用于中小炉型冶炼及铸造企业提高质量,减少废品的一个重要途径,是一种投资少、见效快、成本低、质量高的生产工艺,是一种节能降耗的环保型生产工艺。本技术是根据不同的钢种、不同的要求、不同的气体通过中频感应炉精炼供气系统的控制气体流量,达到去除夹杂物及O、N、H含量,或特种要求所需脱碳及含氮钢时吸入氮气增氮。。
       中频炉吹氩精炼的原理:感应炉底吹氩精炼过程是在钢液预脱氧完成,取样分析补加合金后,将高纯度氩气通过安装在炉底的气体扩散器导入钢液(只会透气不会渗漏钢液),当氩气通过气体扩散器,分散度较高,具有较大上升速度的气泡流。无数的气泡通过钢液将会把O、N、H及夹杂物带出钢液,从而达到精炼的作用。
       钢液内部每个氩气泡就是一个小的“真空室”,在氩气气泡里不含O、N、H的气体,也就是说氩气泡里面的这些气体分压力等于零,当氩气泡穿过钢液时,呈溶解状态存在的O、N、H和非溶解状态存在的CO等均会自动的进入氩气泡内,非金属夹杂物被吸附在氩气泡表面,并随气泡的上升溢出,或到金属液表面,通过精炼剂打渣,从而达到脱气、去除非金属夹杂物的目的。
中频炉吹氩精炼后金属液的质量纯净度大大提高,精炼前后的夹杂物对比明显降低,气体含量大大减少,具体对比如下;
 
       1.吹氩精炼去除铅(pb)的效果

钢种 吹Ar  min 精炼前(%) 精炼后(%) 降低率(%)
40 45 0.0087 0.0016 80.4
AISI430 40 0.0300 0.008 78.2
       2.吹氩精炼去氢(h)的效果
钢种 吹Ar  min (H)含量的变化/10-6 降低率(%)
精炼前(%) 精炼后(%)
40 55 12.0 2.8 75.9
AISI430 45 9.3 4.51 52.1
2GMN13 35 7.9 4.15 50.0
       3. 夹杂物:钢中非金属夹杂物显微评定方法GB10561-2005
项目 A B C D
硫化物 氧化物 硅酸盐 球状氧化物
精炼前平均 1.8级 1.7级 1.5级 2.1级
精炼后平均 0.55级 0.64级 0.5级 0.67级
平均降低% 69 62 67 68
       现实测标准完全满足技术要求:
       4. 氢含量小于1.0PPM,满足模具钢要求≤2.5PPM,其他钢种≤3.0PPM
       5. 氧含量小于0.005%
       6. 对钢锭加工后,进行超声波检测均达到(GB/T133515-1991)二级标准

       7. 对304等不锈钢精炼与不锈钢的机械性能对比:(GB/T328-2002)
        1) 拉升强度:精炼钢前的549.53Mpa,精炼后606.82Mpa,提高57.29Mpa
        2) 屈服强度:精炼钢前的270Mpa,精炼后339.52Mpa,提高69.52Mpa
        3) 最大力:精炼钢前的38.46Mpa,精炼后49.10Mpa,提高10.64Mpa
 
       本技术适用与感应炉和工频炉,吨座为0.5T-20T炉体。
       适用于:
       1)碱性MgO砂炉衬
       2)弱碱性MgO+AI2O3炉衬
       3)中性刚玉AI2O3炉衬
       4)偏酸性中性AI2O3+SiO2炉衬
       本技术不会增加冶炼时间,因为精炼是在金属熔化过程中进行精炼,因而不会延长冶炼时间,也不会增加电耗。
       因金属液经过精炼,使金属制品质量明显提高。而成本有所增加,每吨金属制品同步增加10.8元。但金属制品质量的提高、废品的减少、炉衬使用次数增加、总的来讲成本还是降低的。
 
       五吨中频感应炉炉底吹氩精炼总结:
       一、2020年8月12日采用湘潭和鑫盛吹氩专用中性干打料打制,同天下午6点烤炉,第二天上午8点取样,前两炉按工艺没有吹氩精炼,第三炉按工艺开始吹氩精炼。
       二、至8月21日以生产21炉,取其中有代表的三炉钢锭。炉号110483,钢种42CrMo做吹氩前、吹氩后、成品取样进行对比夹杂物含量。对比结果见下表,通过对比硫化物、氧化铝、硅酸盐、球状氧化物,夹杂物明显减少,能达到预期效果,其中化学成分见下表。
       三、吹氩精炼时间为40-55分钟,压力为0.5Mpa。优质钢为40分钟,特殊要求及特殊用途为55分钟,平均三炉钢使用一瓶氩气,成本为15元/吨钢。
       四、吹氩后熔炼时间能缩短,炉底吹氩能加速金属液的搅拌,均衡炉内温度,促进合金反应,同以前未采用吹氩精炼比较,能节约冶炼时间。
       五、炉衬寿命有明显提高,现在正炼48炉,炉体情况无明显变化,未进行修补,以往未吹氩工况已修补一次,此炉预计可达到100-120炉次以上,比未吹氩精炼提高20炉次以上。
       甲公司精炼前后金相分析夹杂物数据对比(2020年8月)

炉号 钢种 取样时间 A
硫化物
B
氧化铝
C
硅酸盐
D
球状氧化物
110427 30Cr1Mo1v 精炼前 2.5级 2.5级 1.4级 2.5级
精炼后 0.5级 0.3级 0.0级 1.5级
110480 42CrMo 精炼前 2.5级 2.5级 1.9级 2.5级
精炼后 0.5级 0.5级 1.0级 0.5级
110483 42CrMo 精炼前 2.0级 1.5级 1.9级 2.5级
精炼后 1.0级 0.5级 1.0级 0.5级
110490 42CrMo 精炼前 1.5级 1.4级 1.8级 2.0级
精炼后 0.5级 0.5级 0.5级 0.5级
110496 42CrMo 精炼前 1.5级 1.0级 1.5级 1.5级
精炼后 0.5级 0.7级 0.5级 0.5级
110544 III3 精炼前 0.7级 1.0级 0.5级 1.2级
精炼后 0.5级 1.0级 0.5级 0.5级
110521 304 精炼前 2.0级 2.5级 2.0级 2.5级
精炼后 0.5级 1.0级 0.5级 0.5级
110524 9Cr2Mo 精炼前 2.2级 1.5级 2.0级 2.5级
精炼后 0.5级 0.6级 0.9级 1.0级
110541 Cr12 精炼前 1.0级 1.3级 0.5级 1.5级
精炼后 0.5级 1.0级 0.0级 0.5级
110533 42CrMo 精炼前        
精炼后 0.6级 0.5级 0.5级 0.7级
110519 35Cr24Ni7si2NRe 精炼前        
精炼后 0.5级 0.5级 0.0级 0.7级
11533 GCr15 精炼前 0.8级 1.0级 0.5级 1.0级
精炼后 0.5级 0.65级 0.0级 0.5级
110661 Cr13 精炼前 0.7级 0.8级 0.7级 1.0级
精炼后 0.5级 0.5级 0.6级 0.5级
110652 III3 精炼前 0.5级 0.6级 0.8级 1.0级
精炼后 0.5级 0.4级 0.6级 0.5级
110563 P91 精炼前 0.7级 0.6级 0.5级 1.0级
精炼后 0.5级 0.5级 0.5级 0.5级
精炼前后夹杂物对比 降低% 44% 44% 36% 56%
        乙公司抽样精炼钢锭金相分析夹杂物(2021年2月8日)
钢种 精炼后取样 A
硫化物
B
氧化铝
C
硅酸盐
D
球状氧化物
35Cr2Mo   2.5级 2.5级 1.7级 2.5级
42Cr2Mo   1.5级 1.3级 1.5级 2.0级
20CrMn2Mo   1.5级 1.5级 1.57级 2.33级
平均   1.8级 1.76级 1.57级 2.33级
甲公司 精炼后 0.5级 0.51级 0.54级 0.54级
甲公司与乙公司相比低的级数 低1.3级 低1.25级 低1.03级 低1.79级
       丙公司抽样精炼钢锭金相分析夹杂物
钢种 精炼后取样 A
硫化物
B
氧化铝
C
硅酸盐
D
球状氧化物
H13 精炼 0.5级 1.0级 1.0级 1.5级
H13 电渣锭 0.5级 0.5级 0.6级 1.0级
平均   0.5级 0.75级 0.8级 1.25级
甲公司   平均0.5级 平均0.51级 平均0.54级 平均0.54级
甲公司与丙公司相比低的级数 低0级 低0.24级 低0.26级 低0.71级
       甲公司(304)1.6吨铸件精炼前后抗拉强度及屈服度对比
  最大力KN 抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa
未精炼 38.46 489.69 270
精炼后 49.1 606.82 339.37
对比增加 10.64 117.13 69.37
 
       中频炉底部吹氩精炼净化技术施工方式
       2020年浙江施工记录:
       
1、准备铸炉:
 
     2、气体扩散器:
    1)预埋式,气体扩散器上施工湘潭和鑫盛专用透气料,气体扩散器不与熔体直接接触,安全性非常高;2)所产生的气泡极微小,吸附能力强。3)气体扩散器可重复使用,减少更换频次,提高生产效率。4)湘潭和鑫盛专利—中频炉用无金属气体扩散器,相比传统的有金属扩散器,具有低导热、不导磁、性能稳定的优势。
 
       3、安装好气体扩散器,铺纸
 
       4、开始打底,气体扩散器上填充专用透气料
 
       5、开始放坩埚,打炉
 
       6、打完炉口,整体完成打炉
 
       7、吹氩管连接湘潭和鑫盛专利——气体保护和精炼净化金属液智能系统
       8、通过和鑫盛产“气体保护和精炼净化金属液智能系统”本系统经智能控制实现:a、随着电炉内金属液增加和减少,系统智能监控调节,吹入气体流量稳定,现场无需专业人员调节;b、系统有自动控制防堵塞、疏通气道功能,维持吹氩长效;c、系统有气源净化、少气过压报警功能,保障现场安全。
 
       9、烘炉
 
      10、开始通过和鑫盛吹氩智控系统吹氩,金属液表面工况
 
       11、使用”和鑫盛精炼剂”吸附浮上来的夹杂物(脱硫降磷)、隔离空气(减少O、N再污染)
   
 
        中频炉吹氩精炼净化技术总结:
        埋入式中频炉底吹氩方法:透气设备预埋在特殊炉衬材料底下,氩气透过特殊炉衬料均匀进入到熔体中。该方法使用的智能控制设备和无金属气体扩散器,区别于传统的有金属透气砖,由耐火材料以液压式高温烘烧成型,而其粒密度设计为使气流最佳化并具有抗金属穿透性,气体通过它可以产生均匀的微小气泡,不导磁、低导热。其结构如图1所示。特点包括:1、预埋式,不与熔体直接接触,安全性非常高;2、所产生的气泡微小,吸附能力强。3、气体扩散器可重复使用,减少更换频次,提高生产效率。
  
  图1埋入式炉底吹氩

  埋入式炉底吹氩的程序及产生的效果如图2所示:
  
  图2  埋入式炉底吹氩效果图
  目前,在世界范围内已有上千家铸造厂使用埋入式炉底吹氩技术,每个使用者都从以下几方面得到实惠:
  (1) 减少废品率
  (2) 改善铸件质量
  (3) 减少针孔
  (4) 去除夹杂
  (5) 减少气体含量
  (6) 温度均匀化
  (7) 合金元素及脱氧剂的均匀化
  (8) 提高炉衬寿命
       
       埋入式炉底吹氩需具备的条件

  为保证透气效果,埋入式炉底吹氩要求对于使用环境有一定的要求:气体通过无金属气体扩散器时,经过无金属气体扩散器的调配,具有非常细小的具有穿透性的气泡;炉底材料除了具有卓越的耐火性能外,同时具有良好的透气性能;此外,需要整体浇注炉底以及线圈保护料,形成密室,避免气体从炉底、线圈,或者从炉底与线圈结合处溢出。
结论
  (1)、埋入式炉底吹氩技术相较于传统的接触式吹氩,在透气效果、安全性、耐用性等各方面有明显优势。
  (2)、中频感应炉熔炼采用无金属气体扩散器进行底部吹氩,可有效降低熔体中的有害气体及氧化物夹杂含量,改善熔体质量,提高铸件等级。
       和鑫盛中频炉及浇包内金属液吹氩精炼净化技系统
 
       中频炉或浇包底吹氩气体保护和精炼净化金属液智能系统,是通过在中频炉或浇包底部设置有氩气进气口与气体扩散器相连接,使氩气能充分得排尽中频炉或浇包内的空气,使铸件铸造时表面不易被氧气氧化形成杂质,且气体扩散器的出气口上设置有高性能透气料,高性能透气料有只允许气体通过的微孔,使氩气能够进入中频炉或浇包内,而不会产生钢水倒灌的穿底事故。
通过在炉内、浇包內吹入无数微小氩气泡,氩气泡上浮过程中通过表面张力和体积膨胀,维持负压“真空室”,吸附分散在金属液中的氢氧氮硫磷和SiO2、AL2O3、MgO、MnS、FeS等诸多有害杂质到金属液表面,挥发或通过精炼剂造渣去除;
       中频炉内、浇包内吹氩能加速金属液与合金等反应,有助金属液整体温度均衡,缩短合金化的熔炼时间,更益于金属液的均化结晶;
       氩气比重比空气大,在吹氩过程中,炉内加入精炼剂,金属液表面会覆盖有氩气和精炼剂,使金属液与空气几乎隔绝,避免金属液受污染,且精炼剂吸附反应金属液中的硫化物、磷化物和氧化物,成渣去除,洁净金属液,基本达到LF、VD 、AOD、真空炉的精炼效果。
                                     


项目联系:袁18173231009
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