中频炉冶炼工艺设计全

中频冶炼工艺学习资料

一.原材料

1.废钢：一是厂内的返回废料，二是外来废料如废模、轧辊等。

（1）对废钢要求：

1）废钢表面应清洁少锈；

2）废钢中不得混有铝、锡、砷、锌、铜等有色金属；

3）废钢中不得混有密封容器、易燃物、爆炸物和有毒物；

4）废钢化学成分应明确，S、P含量不宜过高；

5）废钢外形尺寸不能过大。

（2）对废钢管理：

1）须按来源、化学成分、大小分类堆放，并作相应标记；

2）废钢中的密封容器，爆炸物、有毒物和泥砂等应予以清除和处理；

3）对大块料进行分割处理。

2.合金材料

（1）硅铁（Si--Fe）：用于合金化，以增Si，也可作脱氧剂使用。Si—Fe多为含Si 45%和75%的两种。45%（中硅）Si—Fe比75%（高硅）Si—Fe价格低，在满足钢种质量要求的情况下，尽量使用中硅，但研究所常用约75%的高硅铁。含Si在50%--60%左右的Si—Fe 极易粉化，并放出有害气体，一般都禁止使用这种中间成分的Si—Fe。

硅铁含氢量高，须烤红后使用，烘烤工艺为500℃烘烤约4小时，烘烤完后将其放于干燥处保存，超过一周未用的应重新烘烤。

（2）锰铁（Mn--Fe）：用于合金化，也可作脱氧剂。根据含碳量可分为低碳、中碳、高碳锰三种，含Mn量均在50%--80%之间。Mn—Fe含碳量越低，P就越低，价格也就越贵，因此冶炼时尽量用高碳锰。

锰铁烘烤工艺Si—Fe烘烤工艺。

除一般锰铁外，也有使用电解锰。

（3）铬铁（Cr--Fe）：用于合金化，调整合金含量。根据含碳量多少可分高碳Cr、低碳Cr等。除金属铬外，Cr—Fe中Cr含量都在50%--65%之间，研究所使用的约为63%。Cr—Fe的价格随C含量的降低而急剧升高。

铬铁的烘烤工艺为700—750℃烘烤不少于3小时，烘烤完同样放于干燥处保存。

（4）钨铁（W--Fe）：用于合金化。W—Fe含W量在65%以上。W—Fe熔点高，密度大，在还原期补加时应尽早加入。W—Fe需经烘烤后使用，烘烤工艺同Cr—Fe.

(5)钼铁（Mo--Fe）：Mo—Fe含Mo量在55%--65%之间。Mo—Fe熔点高，表面易生锈，需经烘烤后使用，烘烤工艺同Cr—Fe烘烤工艺。

（6）钒铁（V—Fe）：V—Fe含V量在45%--55%之间。V—Fe使用前的烘烤工艺同Si—Fe烘烤工艺。

（7）镍（Ni）：镍含量约99%。Ni中含H量很高，还原期补加的Ni需经高温烘烤，烘烤工艺同Cr—Fe。

3.造渣材料

（1）石灰：碱性炉炼钢的主要造渣材料。石灰极易受潮变成粉末，因此要注意防潮，用前应经烘烤，还原期用的石灰要在600℃高温下烘烤2小时以上。无特殊手段时，不允许使用石灰粉末，因为其极易吸水，影响钢的质量。

中频冶炼一般不用石灰石和没烧透的石灰，因为石灰石分解是吸热反应，会降低钢液温度，增加电力消耗，且不能及时造渣，对冶炼不利。

（2）萤石（CaF2）:由萤石矿直接开采出来。主要作用是稀释炉渣，它能降低炉渣的熔点，提高炉渣的流动性而不降低炉渣的碱度。此外，萤石能与硫生成挥发性的化合物，因此它具有脱硫作用。但萤石稀释炉渣的作用持续时间不长随氟的挥发而逐渐消失。萤石的用量要适当，用量过多，渣子过稀会严重侵蚀炉衬。

4．氧化剂

（1）氧化铁皮：锻钢和轧钢过程中剥落下来的碎片和粉末。氧化铁皮主要用来调整炉渣的化学成分，提高炉渣的FeO含量，改善炉渣的流动性，提高炉渣的脱磷能力。氧化铁皮Fe含量高，杂质少，但粘附的油分和水分多，因此使用前须在500℃以上的高温下烘烤4h以上。

5.脱氧剂

（1）工业铝锭

作为沉淀脱氧剂的Al，在使用前应根据炉子容量不用，锯成质量不一的Al块可用于预脱氧和终脱氧。

（2）硅钙合金

一种强烈的脱氧剂，并且还可脱硫。硅钙合金在潮湿空气中易吸水粉化，应注意防潮。（3）碳粉：

主要是扩散脱氧，由于脱氧产物（CO）是气体，不玷污钢液。炭粉也是增碳剂。（4）硅铁粉

用含Si75%的Si—Fe磨制而成，这样密度小，含Si高，有利于扩散脱氧。

（5）Si—Ca粉

一种优良的脱氧剂，它的密度小，故钢液不易增硅。

二.配料与装料

1.配料

（1）配料时注意事项：

1）必须正确地进行配料计算和准确地称量炉料装入量；

2）炉料的大小要按比例搭配，以达到好状、快装、快化的目的；

3）各类炉料应根据钢的质量要求和冶炼方法搭配使用；

4）配料成分应符合工艺要求；

5）炉料装入量必须保证钢锭能注满，每炉钢有规定的注余钢水，防止短锭或余钢过多。

（2）配料要求：根据冶炼方法不同，可以分为氧化法配料、返回吹氧法配料和不氧化法配料。在研究所采用的是不氧化法配料。

不氧化法冶炼时，炉料应由清洁少锈、干燥的本钢种返回料、类似本钢种的返回料、碳素废钢及切头等组成。炉料中P应确保比成品规格低0.005%以上；碳比成品规格低0.03%--0.06%；配入合金元素应接近成品规格的中下限。通常炉料的综合收得率按98%计算。

（3）配料计算

第一步：确定出钢量：

出钢量=(钢锭单重×钢锭支数+注余重量)

其中注余重量约为出钢量的0.5%--1.0%（炉容量小可取上限）第二步：计算炉料装入量：

炉料装入量=出钢量/钢铁料综合收得率-∑添加铁合金量

添加铁合金量=出钢量×（控制含量-炉内含量）/（铁合金成分×收得率）第三步：算出各种炉料的配入量

各种炉料配入量= 装入量×各种料的配比

[例]H13钢化学成分为C：0.32—0.45% ；Si：0.80—1.20%；Mn：0.20—0.50%；Cr：4.75---5.50%；Mo：1.10—1.75%；V：0.80—1.2%,现考虑用切头（C%≈0.20%，Mn%≈0.5%）加合金要配750Kg的中频锭，高碳铬含C%=8%，Cr%=58%，低碳铬含C%=0.18%，Cr%=63%（具体合金成分以买回的合金为准），计算如下：

总装入量=出钢量/钢铁炉料综合收得率=750kg～754kg/98%≈765kg～770kg H13的控制成分：C%=0.4，Si%=0.9%，Mn%=0.4，Cr%=5.0%，Mo%=1.15%，V%=0.85% 合金加入量=总装入量×（控制含量-炉内含量）/（铁合金成分×收得率）

高碳铬加入量=770×（0.4%-0.2%）/（8%×80%）≈24KG

低碳铬加入量=（770×5.0%-24×61%）/（60%×95%）≈42KG

Si铁加入量=770×（0.9%-0）/（73%×95%）≈10KG

钼铁加入量=770×（1.15%-0）/（63%×98%）≈14KG

钒铁加入量=770×（0.85%-0）/（55%×98%）≈12KG

切头加入量=770-24-42-10-14-12=668KG

通过计算知炉料组成为：切头668kg，硅铁10kg，高碳铬26.6kg，低碳铬37.4kg，钼铁14kg，钒铁12kg。

2.装料

（1）装料方法：采用人工装料及天车辅助方式。

（２）布料顺序：为了使炉内料密实，装料时必须把大、中、小料合理搭配。一般小料占１５％――２０％，中料占４０％――５０％，大料占４０％。其中底部装小料，用量为小料总量的一半，然后在中心区装入全部大料，在大料之间填充小料，中型料装在大料的上面及四周。而炉底则事先铺一层石灰，用量约为出钢量的3%.总之布料应做到：下致密、上疏松。

三.熔化期

1.通电前应确保设备正常，正常则可通电熔化，在熔化过程中可相应添加炉料。

2.炉料熔化时的物化反应

1）元素的挥发与氧化

炉料熔化时会产生金属元素的挥发和氧化。对不氧化或基本不氧化元素主要是挥发损失，对易氧化元素主要是氧化损失。熔化期元素的氧化是不可避免的，因为炉内存在着氧。元素的氧化损失量与元素和氧的亲和力大小有关，通常Al、Si等易氧化元素几乎全部被氧化。在1530℃以下时，Si同氧的亲和力大于碳同氧的亲和力，所以首先氧化Si元素。

2）钢液吸气

熔化期钢液要吸收气体，因为气体在钢中的溶解度随温度的升高而增加，为减少钢液的吸气量，应该尽早造好熔化渣。

3.缩短熔化期的途径

熔化期的主要问题是时间长、耗电多。为了加速炉料熔化，必须尽量减少热损失，可采用以下方法：

１）快速补炉和合理装料

出钢后高温炉体散热很快，为减少热量损失，出钢后炉前操作要分秒必争，补炉时应迅速。废料在炉内的合理布置是保证炉料快速熔化的重要条件。

２）炉料预热