谈铸钢熔炼方面的几个问题

谈铸钢熔炼方面的几个问题

任永波，陈军利，郭德文

中车大连机车车辆有限公司

摘要：铸造行业是国民经济发展的支柱行业之一，为人们生产和生活提供了必须的物质。但是在其长期性发展中，还存在着一系列技术难题，本文对铸铁熔炼中的问题进行了简要分析，为当前工作提供有效参考。

关键词：铸钢；熔炼；问题；对策

我国铸造行业最大问题是铸件质量差,这个“软肋”在铸件内在质量上可以看出,在这方面我国落后于其他工业国家。我国在国际市场上的竞争力就是依靠价格，这使我国铸造企业的利润低，导致企业处于有心无力的状态，特别是研发、技术、条件和治理等方面,这些为我国铸造行业的发展带来了阻力。为了改善这种局面，针对性对以下三个问题进行探讨：

1 炼清洁钢, 提高铸钢件冶金质量

铸钢件冶金质量涉及到方方面面,我开始从基础谈起。

首先从钢液精炼方面,其要与铸件的质量要求相匹配。在工业生产中是以价值为导向，提高铸钢件的冶金质量要重视规格。

1.1 充分脱氧的重要性

在炼钢过程中, 钢液氧化必不可少。炼钢时先从脱氢、氮开始，接着清除金属内的夹杂物,这些都依赖氧化脱碳完成。当炼好后,还要脱除其中的氧,这样才能保证钢的质量。在熔炼时使用了不氧化法，但大气中的氧也会对钢造成影响,并且很多材料将氧带进钢液中。因此脱氧是关键。脱氧时要防止二次氧化,这样才能保证钢液处于脱氧的状态。

1.2 脱氧不充分时，铸件会出现气孔

熔炼结束后，出现钢液脱氧不彻底的问题,主要是液流发生了二次氧化，特别是在出钢、浇注时, 当钢液进入铸型时出现凝固和温度下降, 这时处在铸型界面内的钢液中的Fe O增加,Fe O会与碳反应生成CO, 这样就形成了皮下气孔。

钢是经过凝固后形成的合金，以硬皮形式存在,这种硬皮是由细小柱状晶构成，硬皮在钢液浇注到铸型过程中形成, 一般出现在钢液/铸型的界面上，细小柱状晶垂直于界面并尖端向内，当硬皮体积收缩后会出现微小的孔隙, 这为气泡的形成创造了外部条件。析出的初生晶体会使其表面钢液内碳的含量发生变化后形成富碳层,温度的改变和晶粒的增加,钢液中Fe O含量也在变化。这是气泡形成的内因。当真空的气泡形成后,,溶于钢内的氢和氮跟着扩散,使气泡体积不断变大,最后形成了皮下气孔。

2 炼钢电弧炉盲目扩容

在我国的铸钢业界时有发生炼钢电弧炉超载、超量的情况。按额定容量超20%装料的情况几乎没有,一般电弧炉的容量是5 t能装8 t,有的甚至装10 t或12 t,我一直对这种现状存有疑虑，表现在两方面。

2.1 能耗问题

电弧炉炼钢耗能多，因此节能成为有待解决的问题。节能要从两方面入手，一是作业电流，要根据其特性曲线来确定, 二是用电规范，要根据熔炼不同时期特点确立。目前我国的铸钢行业中，电弧炉数量很多却一直没有测定其特性曲线。

电弧炉炼钢时的作业电压,需要了解不同的熔炼阶段炉况确定, 这样减小热损失延长炉衬寿命。电压会影响到输入功率和电弧, 当电弧变长辐射增强热损失增加，尤其是炉墙、炉盖。因此在熔化期间，要使用最高电压,当电弧埋入炉料后,此时的功率最大，钢液正好沸腾,这期间的炉渣和黑度系数大吸热快,电弧能量传递给炉渣和钢液。但此时电弧是裸露的,电压不能过高。当在还原期炉渣黑度系数小,钢液静止提温变难,这时电弧热量无法传递给炉衬和炉盖, 此时要以低电压作业。

当炼钢炉安装好后,要根据电气设备的情况掌握线路的参数, 这些参数需要通过短路试验来获得 计算出平均参数，既每一电压下的线路参数, 根据这些参数画出其用电特性曲线。铸钢厂要制定出用电规范，制定时要根据电炉设备特点和冶炼要求为准，由此制定出不同阶段的作业电压。另外还要规定作业电流，此项工作要根据电炉作业时的特性曲线。合理用电可以降低电耗。现在很少的人关注这方面问题, 但下节能的要求下, 会实现制订规范。

2.2 扩容使钢液的冶金质量降低

炼钢就是冶金,这个过程都在钢液/炉渣界面中进行。这些界面直接影响着各种冶金反应。因此,炉缸直径与熔池深度之比要合理,该值最好为5∶1。熔池太深会影响到钢液的温度, 也会限制到其它的过程，如脱磷、硫、氧、脱除夹杂物等,这样使钢液冶金质量下降。

当炉壳直径不变时,增大炉缸深度是扩大容量的唯一方法。但扩容会导致界面面积变小,这样熔炼过程就变成了熔化。这样做对质量的提高没有帮助。

3 对电炉炼钢的意见

目前在铸钢行业中使用感应电炉很多，这在熔模铸造工艺的企业中更常见,这样使炼钢技术得到了发展。如今，碳钢和低合金钢等钢种经常会使用感应电炉熔炼。这里对相关问题进行阐述。

3.1 耐火材料

感应炉坩埚所用的耐火材料可分为酸性、碱性和中性。材料的选用要根据两个方面：一是所炼钢种的化学成分和质量要求, 二是成本大小。

(1) 酸性材料

硅砂属于酸性耐火材料，其优点是资源和价格,用硅砂制成的坩埚耐骤冷和骤热。但Si O2具有熔点低,高温下的活性强的缺点。在炼钢时会发生作用，特别是碱性或中性氧化物, 同时还会发生还原反应，尤其是活性较强的元素。在工业国家中,感应电炉炉衬已经不用硅砂。在我国仍有企业在采用这种炉衬,只能生产低端产品。

(2) 碱性材料

碱性耐火材料是冶金镁砂,其主要成分为超过88%以上的Mg O，是由菱镁矿经过煅烧后形成。在我国铸钢厂所用的感应电炉的炉衬就是由这种物质构成。将镁砂置电弧炉中重熔可以使其纯度变高,电熔镁砂可以用来制作真空感应电炉的炉衬。但是纯氧化镁的缺点是膨胀系数高,用其制成的坩埚很容易有龟裂, 对间歇作业的炉子，这种问题较突出,所以其只能用在小型炉。

(3) 中性材料

中性耐火材料主要由氧化铝和锆砂构成, 其中氧化铝应用较多,锆砂作炉衬的情况较少。氧化铝在抗裂和防止酸性炉渣侵蚀等方面强, 因此利用其作炉衬的时较多,但这种材料的烧结性能差，会缩短炉衬寿命，且该材料不适合碱性炉渣。

(4) 尖晶石系材料

尖晶石矿物的品种多,成分杂,并具有类质同象。其中的镁铝尖晶石常用来制做感应电炉炉衬，该晶石中Mg O含量低，小于30%, 因此该材料属于碱性。尖晶石系材料常用来制作感应电炉的炉衬，因为其耐火度高、膨胀系数小,在实际生产中，会以氧化铝配加含量为8%~15%氧化镁为材料，温度升高会形成镁铝尖晶石网络,这样延长炉衬寿命。当氧化铝加入硼酸后, 温度达到1300℃时，也会形成这种尖晶石网络。在美国的铸钢行业中，感应电炉都采用这种材料。同理，还可在氧化镁内配加22%的氧化铝,同样能形成这种网络。

4 结束语

本人就铸钢熔炼中提出了一些看法。特别是从几个方面入手，如钢液的获取、电弧炉扩容超装、感应炉的使用等。个人认为这些问题普遍存在值得重视。在此交流获取不同意见,最好从源头上控制提高铸钢件的产品质量。

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