中频炉炉底吹氩精炼净化钢水技术.doc

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湘潭和鑫盛新材料有限公司 袁鸿 18173231009 中频炉炉底吹氩精炼净化钢水技术 摘要:介绍了一种在冶金铸造行业已广泛应用的通过惰性气体对熔体进行除气、除夹杂的方法,可有效解决目前中频炉缺少精炼功能的缺陷,提升铸件品质。   关键词: 底吹氩;精密铸造;中频炉;精炼   1.熔体吹氩的基本背景   熔体吹氩作为一门专业的技术在冶金铸造行业已广泛应用。它去除熔体中非金属夹杂物和有害气体具有良好的效果,对均匀熔体化学成分和温度也有一定作用,而且惰性气体在钢水中无残留,是一种绿色的最理想的净化手段;熔体吹氩处理的效果无论从冶金原理上和实际应用中均被证实和不断报道:均匀化、除气 、吸附杂质、净化钢水。   2.熔体吹氩技术在铸造行业的应用   2.1 钢包吹氩技术   熔体吹氩在铸造行业开始仅使用在钢包。钢包吹氩是钢包精炼必要的手段,包内吹氩可以起到熔体净化的作用,这一点多年来已被大家所认可。由于包内温度下降快的因素,有效吹气时间受限制,一般小于3分钟,在如此短的时间,对熔体的净化是不彻底地。目前国内包内吹氩的透气砖属于夹缝式,吹出的是大气泡,不利于吸附夹杂和气体。   由于钢包吹氩的有效性以及局限性,能否在无芯感应炉通过安全可靠的方法直接吹氩?是近些年铸造行业比较感兴趣的问题。   2.2 中频炉吹氩技术   针对以上设想,近年来中频炉内吹氩有了新的发展,市场上已出现较成熟的炉内吹氩技术,主要分为两类:   (1)传统式:炉内与熔体直接接触式吹氩。传统的炉底吹氩方法使用多孔型透气砖,置于炉底平面,与炉内熔体接触,熔体易堵塞气道且易从透气砖间隙渗透漏炉。而且气体流量大,冲刷炉衬,炉衬寿命降低。大气泡也不利于气泡吸附。   (2)新技术:埋入式炉底吹氩方法。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。该方法使用的透气设备—气体扩散器,区别于传统的透气砖,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。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   2.3埋入式炉底吹氩技术在中频炉应用特点   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   2.4 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:气体通过气体扩散器时经过气体扩散器的调配,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。   2.5 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。 3、中频炉及浇包内金属液吹氩精炼净化技系统 一种中频炉底吹氩装置,通过在成型模具底部设置有氩气进气口与气源装置相连接,使氩气能充分得排尽模具内的空气,使铸件铸造时表面不易被氧气氧化形成杂质,且在氩气进气口上设置有导气砖,导气砖的出气口上设置有通气网,通气网上设有若干只允许气体通过的微孔,使氩气能够进入模具内,而不会产生钢水倒灌的问题。 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。 3-1湘潭和鑫盛新材料有限公司中频炉金属液精炼净化系统示意图 3-2 吹氩智控系统(专利) 本系统经智能控制实现:a、随着电炉内金属液增加或减少、系统智能调节,吹入气体流量恒定,现场无需专业人员调节;b、系统有自动检测、自动控制防堵塞、疏通气道功能;c、系统有少气过压警报功能。 3-3 气体扩散器(专利): 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、相比传统扩散器更具有低导热,不导磁。 4、吹氩精炼进化后效果 4-1不同金属液吹氩去氢的效果数据表: 钢种 吹氩时间 /min 【H】含量的变化/10-6 脱氢率(%) 吹氩前 吹氩后 10钢 40 5.2 1.0 80.8 20钢 40 6.5 1.2 81.5 45钢 40 12.0 1.9 84.2 AISI430Cr16%~18% 50 7.8 1.8 76.9 4-2不同钢种覆盖精炼剂后吹氩除杂质的效果数据表。 钢种 吹氩时间 /min 杂质元素 杂质在钢液中含量(%) 去除率(%) 吹氩前 吹氩后 10钢 40 Pb As Sn S 0.0086 0.0210 0.0270 0.039 0.0017 0.0050 0.0260 0.006 80.2 76.1 - 84.6 AISI430 40 Pb 0.0400 0.0082 79.5 4-3中频炉内吹氩随时间延长,金属在显微镜下的结果不同: 夹杂较多 夹杂较少 夹杂极少 袁18173231009 湘潭和鑫盛新材料有限公司
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