中频炉炉底吹氩精炼技术

老翻砂匠

                                                               中频炉炉底吹氩精炼技术

                                                                           董俊凯
                                       （凯比拓（上海）耐火材料科技有限公司，上海市，200050）

      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，提升铸件等级。

      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 、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，大约在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地方法直接吹氩？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。透气设备预埋在炉衬材料底下，氩气透过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气泡（微米级）。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。

         

                               
登录/注册后可看大图

                                  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：

           

                               
登录/注册后可看大图

                                    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。

      3. 中频炉埋入式炉底吹氩实例

      目前，使用埋入式炉底吹氩方法的工厂遍布世界各地，其优点主要包括：温度温度均匀化；提高铸件质量；减少[N]、[H]、[O]含量；去除夹渣，净化钢水；提高炉衬寿命等。

      案例1：温度均匀化

      客户：英国一家熔化高镍合金的工厂（ UK melter ），容量5吨的炉子.

      问题：在炉底以上大约250mm的位置由于局部温度过高出现严重的侵蚀.

      安装气体扩散器进行底部吹氩后立刻消除了这个问题。过去这个客户炉衬寿命大约1周，使用气体扩散器后寿命提高到两周。

      案例2：提高铸件强度

      客户：一家生产船用合金钢的荷兰公司.

      问题：由于夹杂出现较高的废品率.

      安装气体扩散器后，废品率明显降低。含镍和铬的工程钢，其金属的品质得到大大改善。由于减少了夹杂，其机械强度提高了30%.

      案例3：减少氮气含量

      客户：一家英国的生产MoCrV  高合金铸铁的客户，炉子大小为 600 公斤。

      问题：对于液压密封铸件有非常高的废品率– 他们的标准是当N含量超过0.040%判定废品。在安装气体扩散器之前平均N含量是0.041%。安装气体扩散器后，氩气在熔化时打开出炉前关闭。一周后N含量0.033%，最低0.022%。达到了很好的降N的效果。

      案例4：净化熔体

      客户：一家美国铸造厂（Texas, USA）, 专业生产高镍铁合金以及广范围耐磨钢铸件。

      使用气体扩散器的优势：使用气体扩散器后明显地降低了非金属夹杂物。起初熔炼工明显的感觉是吹氩后渣子数量增加，后经金相检验证实了熔体被净化。

      案例5 ：增加炉衬寿命

      客户：英国一家生产不锈钢316的失蜡铸造厂

      之前炉龄平均75炉；第一次使用气体扩散器后炉龄达到120炉，目前平均170炉，气孔率减少了 90%，废品率大大减少。

      国内成功使用气体扩散器的厂商：

      天津新伟祥、河北冀凯、佛山安德里茨、苏州纽威、广西钟山长城、浙江武义麻阳铸造、山西太钢众烨、辽宁龙新、北京安泰科技（非晶基地）、洛阳中信重工、浙江海盐鼎盛、绍兴天龙、无锡鹰普、深圳泰钢、广东中山铁王、石家庄精诚、福建明镒、浙江超达、宁波吉威、宁波万冠、河北坤腾、河北保通、河北德龙、深圳震雄……..

      4. 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。