铸钢熔炼操作规程

铸钢熔炼操作规程精密铸造协会周泽衡适用范围：本规程适用于熔模精密铸造生产中,用碱性或中性炉衬的小容量非真空感应电炉，熔炼碳钢、低合金钢及各种不锈钢。1熔炼前的准备1.1配料1.1.1用与要求钢号成份相同或相近的优质型材边角料或经过精炼处理的连铸棒料作主料，一般回炉料的配入应控制在30%以内，铸件质量要求高的不使用回炉料，用于调正成份的铁合金量不超过5%。1.1.2按照配料单准确称量炉料并记录在案。1.2对炉料的要求1.2.1所有金属炉料需清洁无锈蚀、无油污、干燥无水份。回炉料经过抛丸后无残留的型壳材料。电解金属如电解镍需经800r烘烤的脱氢处理，其他熔炼中途加入的铁合金均需称量后置于M100°c烘箱中待用。1.2.2造渣剂石灰和萤石应置于烘箱中备用，防止吸潮；除渣剂应筛去灰份经低温烘乾后置于炉前备用。1.3装料1.3.1用80〜90%的干石灰和10〜20%的萤石作造渣熔剂，加入炉底造底渣，当钢料开始熔化即可接触造渣熔剂并最终覆盖钢液，造渣熔剂数量约为炉料重量的1%左右，以能完全覆盖钢液为原则。1.3.2将细小的钢料垫于炉底，然后将难熔且不易氧化的铁合金及纯金属如钼铁、钨铁及电解镍等加在炉底，其他铁合金及纯金属应在预脱氧后加入，其余主料应较紧密的竖立装于炉内，当自下而上的熔化时便于向下推料。提示1、由于感应电炉具有炉膛深度与直径比大，故钢液与渣层接触面积小；金属炉料是靠电磁感应而加热熔化，而渣层是由熔化金属传热，故熔渣温度低；感应电炉为提高电效率而炉壁厚度薄，故炉膛内不允许钢液过度沸腾冲击。所以一般说来，感应电炉不具备钢的冶炼功能，只是一个合格金属的快速重熔设备。因而要求炉料必须成份准确而洁净。提示2、碱性或中性炉衬可造碱性渣，金属炉料熔化产生的氧化物首先和熔渣接触反应，而不至于粘附炉衬，所以除非金属炉料非常干净，才不必造底渣。2快速熔化2.1当炉料装完后即可改动电源满功率送电，以加快熔化速度，缩短钢料在大气中的接触时间，减少氧化、吸气。但在碱性炉衬的冷炉熔化时，由于镁砂炉衬有裂纹，需先用小功率送电，待受热的钢料将炉衬烘至发红，裂纹弥合后才可满功率快速熔化，而在连续开炉时，则可直接满功率送电。2.2熔化过程中要及时推料和补加炉料，要防止因加料不当或不及时推料而形成的“搭桥”事故。2.3当配入的回炉料多且又未在炉底造底渣时，在钢料开始熔化并产生剧烈翻腾的期间内，分次加入专用的钢水净化剂，加入量为0.2%〜0.5%。2.4当钢料大部分熔化，钢液不再翻腾后，要注意使渣层覆盖好钢液，以防止钢液裸露被氧化，若渣量太少，可添加造渣剂，若渣层太厚，可撇除部份渣液。炉料比较清洁时是采用单渣法，即一渣到底中途不要更换渣液，若炉料清洁度差则采用双渣法，此时要更换全部渣液。提示3、非真空感应电炉熔炼时，钢料在加热和熔化过程中，固体钢料和已熔化而裸露的钢液不断被空气中的氧所氧化，即使部份钢料已熔化，但由于电磁搅拌力的作用，熔渣亦覆盖不住钢液，只有当大部份钢料已熔化，熔渣才能覆盖住钢液，使之与空气隔绝，因此熔化初期是钢液最易被氧化的时期。为了减少钢液在熔化过程中的氧化，有两种常被采用的措施：一是加大电源功率，缩短熔化时间，即缩短了金属与氧气接触的时间，一般常将熔化时间缩短到十几分钟;二是在炉口安装氩（氮）气体保护装置，在钢料的熔化初期打开惰性气体保护装置，将炉口上部空气驱走，形成惰性气体的保护层，当钢液能完全被渣层覆盖时，再将惰性气体关闭。提示4、钢料熔化前期在电磁搅拌作用下钢液剧烈翻腾的期间，分次加入钢水净化剂即复合的熔剂与钢液充分接触，即与钢液中的硫氧化物、氧化铝及硅酸盐等固体夹杂物反应，形成低熔点的复合化合物而进入熔渣中被排除，从而达到减少钢中夹杂物的目的，这种方法称为熔剂精炼。钢水净化剂是专门配制的复合碱性氧化物。一是要在钢水剧烈翻腾期间加入才能达到反应效果，这也是要在熔化前期先加回炉料的原因；二是钢水净化剂的加入量要适当，加入过多会对中性炉衬略有损伤。3预脱氧3.1预脱氧时间：当钢料已全部熔化，但温度还不高时，是预脱氧的最佳时期，如不锈钢M1550°C时。3.2预脱氧剂的选择：选择脱氧效果较好，钢中允许残留量较高的锰和硅作预脱氧剂，含碳量低的钢选用电解锰和结晶硅，碳钢选用低碳锰铁和优质硅铁。3.3预脱氧剂加入量：以最终钢中锰、硅残留含量不超过标准为原则下尽量多加，以提高脱氧效果，为使脱氧产物成为易于上浮的锰硅酸盐复合化合物，需使锰/硅大于1或更高，一般最低加锰0.5%，加硅0.25%。3.4预脱氧剂加入顺序：要先加锰，随后再加硅。脱氧剂经预热后，推开渣面加到钢液中，随即覆盖钢液。提示5、锰和硅是钢液最好的脱氧剂，它们与氧的亲和力雒不及铝，但它们有两大优点：首先是它们对钢液共同脱氧时，是形成熔点低于钢的复合氧化MnSiO3,它易于从钢液中聚集和浮出；笫二是钢中允许的镒和硅的残留量较高，因而适当过量的加入，有利脱氧反应的进行。但在使用锰、硅脱氧剂时要掌握两点使用特性：一是在钢液处于低温状态时加入镒和硅脱氧，因为这时是锰和硅脱氧效果最佳时期；二是要先加■，随后再加硅，这是因为硅脱氧的产物SiO2是一种絮状物，飘浮在钢液中不易排出，因而加硅前钢液中必须有大量的MnO存在，一当出现SiO2即被MnO包围形成MnSiO3的复合氧化物，实验证明不同的加入次序，钢中夹杂物含量有显著的不同，同3时这也是我们强调加锰量要大于加硅量，锰硅比至少要大于1的原因，还有一种说法是钢中锰的含量高时，硅的脱氧效果会更好。提示6、用锰和硅将钢液中大部份氧脱去，并形成易于排除的脱氧产物，这是预脱氧的目的，但由于镒和硅与氧的亲合力稍差，钢液中还存在氧，所以祇能将锰硅脱氧称为预脱氧。4调正成份及升温4・1钢液预脱氧后立即取样，进行成分的光谱分析，此时将电源调低至保温功率，根据分析结果，补加经预热的合金。4.2当钢液成份合格后，立即满功率快速升温，达到最高熔化温度并用插入式热电偶测温，最高熔化温度应根据不同钢种确定，如304不锈钢一般为1680-1700^0提示7、预脱氧后钢液中的氧含量降低，此时向炉内添加各种比较容易氧化的元素合金，其氧化损耗少，产生氧化夹杂物也少。这一时期通过添加合金和炉前快速分析是确保钢的化学成份合格的关键时期。5停电静置5.1成份合格的钢液达到最高熔化温度后，立即关闭电源，钢液中的电磁搅拌停止，利于预脱氧后产生的悬游在钢液中的脱氧产物飘浮到渣层中。5.2对于容量为100〜150kg的感应炉，停电静置时间一般控制在2~3分钟，由于电源关闭，钢液温度开始下降，当温度太低时，钢液粘稠度增大，夹杂物不易浮出，故过长的静置时间并无效果，若钢中夹杂物太多，可再次升温至最高熔化温度后，进行第二次停电静置。5.3停电静置期间应严格覆盖钢液，亦可用硅酸铝纤维棉盖住炉口面。提示8、仃电静置的目的是，让钢液中前期产生的氧化夹杂物，在没有电磁搅拌力的干援下，向上浮出进入渣层，达到钢液的净化。实现这一目的关键是提高钢液的温度，以降低其粘稠度，使夹杂物上浮阻力减小，才能实现静置浮渣的目的。但钢液温度过高又存在氧化和吸气的风险。因此静置时确定合适的最高钢液温度也即开始静置的温度很重要。一般来说合金元素高的钢比碳钢和低合金钢的液相线要低，但合金元素高的钢，其钢液粘稠度亦高，因此选择的过热度即液相线温度与静置温度的区间要高，如304不锈钢的液相线温度1454°C，当静置温度选择为1700°C时，过热温度达246C。而8620低合金钢的液相线温度1504C，当静置温度也选择为1700C时，过热温度仅为196Co6终脱氧及精炼6.1钢液静置后，用插入式热电偶测温，若温度接近浇注温度，即可进行终脱氧。若温度过高或过低均应调整至浇注温度范围，方可进行终脱氧。6.2终脱氧剂的选择：碳钢用0.05%〜0.1%的硅钙锰合金及0.08〜0.1%的纯铝作终脱氧剂；不锈钢用0.15〜0.3%硅钙锰合金后再加0.04%的纯铝作终脱氧剂，或用多元复合脱氧剂硅钙铝钡合金，其加入量应根据该合金的含铝量计算。6.3终脱氧剂的加入顺序及方法：推开渣面先加硅钙锰合金再在同一位置立即插铝。铝比重小，含钙的合金易燃烧，在加入方法上要考虑回收率，可做成脱氧棒或用钟罩压入法，将脱氧剂加入到钢水内部。6.4终脱氧后的精炼处理：对于某些钢种根据工艺要求，可在终脱氧后向钢液中加入稀土合金或含钙合金等的精炼剂，或者加入纳米氮化钛等的晶粒细化剂，以改善和提高钢的性能。其加入量和加入方法由工艺文件具体规定。提示9、铝与氧的亲合力强，是钢的最强脱氧剂，故将其作为钢的最终脱氧剂。铝脱氧的缺点是形成的脱氧产物Al2O3为簇状氧化物，铝加在钢液的表面时还会与空23气中的氧形成氧化铝膜，当它搅入钢液中时就不易浮出而形成硬质脆性夹杂物，所以不锈钢的抛光件都忌讳铝作脱氧剂。克服这一缺点的办法是在加铝脱氧的同时加入硅、锰、钙等元素，形成的脱氧产物就不是单一的氧化铝，而是多元的复合氧物，容易与钢液分离浮出。提示10、稀土和含钙合金对钢液有精练的作用是因为有以下三点原因：一是它们与氧有极强的亲和力，故对钢液有深度的脱氧作用；二是稀土及其氧化物的熔点高于钢，钢在凝固时增加了结晶核心，因而有细化晶粒的作用；三是钢液中存在微量的钙和稀土元素时，钢液终脱氧留下的少量氧化夹杂物将被细化和成球状，因而对钢的危害性减小。但是要强调的是稀土合金必须在终脱氧完成后再加入，否则会产生过多的稀土氧化物反而污染了钢液。此外纳米氮化钛是非常纯净和细小的晶粒细化剂，加入量仅为万分之几就有很好的效果，因而不致于有污染钢液的副作用，但必须将其加入到钢液内部才有效果。7除渣7.1终脱氧完成后，立即进行初步除渣，即用钢钎挑除大块覆盖渣，再用干燥的颗粒状的除渣剂撒于渣面上，醮除覆盖渣并用钢钎挑出，反复除渣两次后，在钢液面上均匀撒上除渣剂覆盖钢液，即可准备向钢包出钢。7.2若是以熔炉代浇包进行投壳浇注时，则在初步除渣后关闭电源，均匀撒上除渣剂形成醮渣层，用钢钎牵动醮渣层醮除钢液面和炉壁上的稀渣，正反两面醮渣后挑出炉外，如此进行三至四次的快速除渣操作后，钢液面清洁无渣即可投壳浇注。7.3除渣过程钢液裸露在空气中，除渣操作必须快速有效，以减少钢液再次氧化污染。同时在开始除渣前，通知浇注或投壳人员做好出钢浇注的准备。提示11、对于用熔炉投壳直接浇注来说，除渣是很重要的操作步骤，因为高温下钢渣稀薄，与钢液较难分离，若浇入型壳中必然在铸件表面上留下细小的渣孔缺陷，这一点往往未引起操作者和管理者的重视，要做好这一点一方面要选用质量上好的除渣剂，另一方面要有熟炼的除渣操作技能。如果采用茶壶浇包浇注型壳，则在炉内的除渣要求不必太严格，因为有茶壶浇包的撇渣功能来保证。提示12、目前工厂普遍使用的除渣剂是珍珠岩，它是一种酸性硅酸盐的玻璃质火山熔岩矿，经破碎、筛分和低温烘烤去除自由水的颗粒物，将它加到高温钢液和渣层上时，立即膨胀发泡，因而具有较强的吸附钢液表面稀渣的功能，在使用除渣剂除渣时，应按照，”颗粒无灰、均匀淋撒、轻揉蘸渣、迅速挑除、注重效果、减少频次”的方法和原则去做，因为除渣剂不同于造渣剂，它本身杂质多且含有结晶水，过多的使用也会污染钢液，同时它的熔点低，在钢液表面仃留过长时间也会变成稀渣，反而达不到吸附稀渣的作用。8出钢浇注8.1清扫炉面，用气嘴吹去炉面和出钢槽上的灰尘、砂粒和杂质，出钢槽不宜过长，若经过修补，一定要预先沏底烘干，以尽量缩短钢液流经距离和防止钢液吸潮。此时可用整块的硅酸铝纤维棉盖住炉口达到保温的效果。8.2投壳浇注时投壳和浇注两者要配合紧凑，实现准确、连续和快速的浇注操作，一般每炉浇注时间应控制在3~4分钟内，如浇注时间过长，钢液氧化严重，需再向炉内投入铝块补充脱氧。8.3若为转包浇注，需将终脱氧剂留下一半，分次加在钢包底部由钢液冲入脱氧，浇包需烘烤至暗红色才可接盛钢液，并应采用茶壶嘴式撇渣浇包。8.4出钢浇注过程中，随着炉内钢液逐渐减少，应逐步调小电源功率，使钢液的浇注温度保持相对穗定。提示13、出钢浇注过程钢液完全裸露在大气中，这时已经脱氧的合格钢液又会被氧化，并随着时间的增长而逐步严重，这就是所谓的二次氧化，它将对铸件的质量带来不利的影响。为减轻钢液的