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電渣熔鑄工藝

一、電渣熔鑄工藝的選定
1
、電渣工藝制定的原則及分類
      
電渣工藝是決定電渣熔鑄過程穩定性,保證產品質量和得到良好的技術經濟指標的關鍵。所以,制定工藝規范必須掌握以下四個原則:
     
1)電渣熔鑄工藝制度首先要保證產品的冶金質量。具體講就是應保證重熔的精煉效果和良好的結晶結構;
     
2)電渣熔鑄工藝必須保證電渣過程的良好穩定性;
     
3)電渣熔鑄工藝必須在保證產品質量前提下力求經濟指標的合理性。如生產率、電耗、水耗、渣耗等都應控制在合理范圍內以降低整個熔鑄產品的成本。
      
4)必須注意熔鑄工藝的一般性與特殊性的統一。
電渣熔鑄工藝參數可以分如下三類:
1)條件參數:是根據熔鑄產品幾何尺寸、重量要求定出的參數。
A
結晶器直徑、高度;
B
電極的直徑、長度;
C
充填系數及電極、結晶器的直徑比。
2)基本控制參數:是根據冶煉條件制定的??煞謨深悾?span lang="EN-US">
A
渣制度:包括渣系組成、渣量或渣池深度;
B
電制度:包括工作電流或電流密度、工作電壓、有效供電功率、比功率等。
3)目標參數:是基本控制參數綜合影響的因變量。主要包括:
       A
金屬熔池深度;
       B
極間距離與電極埋入深度;
       C
熔化率
       D
渣池溫度、渣皮厚度、電耗等。
二、電渣熔鑄條件參數的選擇
1
、結晶器尺寸的確定:直徑和高度
  
1)直徑的確定:D=D產品+A/1-δ%
        
式中:  D結— 結晶器直徑(毫米);
              D
產品— 產品的規定尺寸(毫米);
              A
— 毛坯加工余量,一般按2040毫米計算;
             
δ%— 熔煉毛坯的減縮率,一般為3±0.5%。
  
2)高度的確定:
① 固定式:H結≈(36D
D結>300毫米,按下限考慮
② 抽錠式:
2
、電極尺寸的確定:直徑和長度
   
1)直徑的確定:d=KD
            
式中:d極— 電極直徑(毫米)
                   D
結— 結晶器直徑(毫米)
                     K
— 經驗系數,可選(0.50.6)±0.1
      
2)長度的確定:
           
① 單臂固定式電渣爐:
圓柱形產品電極長度的確定: L= h/C•η+Δl
   
式中: L極— 單支電極長度(米);
          h
錠— 鋼錠高度(米);
             C
— 充填系數(電極與結晶器截面積之比);
           
Δl— 余頭(電極剩余長度0.050.1米);
       
η— 電極致密度,軋、鍛電極η=1,鑄造電極η=0.95
② 雙臂交替式電渣爐:這種電渣爐對電極長度要求不嚴格要求,只要電極不長度不小于夾持器有效行程即可。
三、電渣熔鑄基本控制參數的選擇
主要包括:渣系的組成、渣量(渣厚)、冶煉電流、工作電壓、供電功率等,這些參數對電渣熔鑄產品的冶金質量、技術指標的影響很大。
   1
、渣系的選擇:它關系到重熔鋼錠的質量、電渣過程的穩定性以及熔鑄過程的技術經濟指標,應對不同的鋼種有所選擇,也要注意在熔煉過程爐渣組元比例穩定性的控制。
1)渣系對冶金質量和冶煉效率的影響:一方面是工藝作用,另一方面是冶金作用。
  
① 合金元素的燒損:渣的堿度變化對重熔鋼元素燒損的影響是很大的。
  
② 氣體的去除:在電渣熔鑄過程中,脫氧是通過物理和化學兩種途徑進行的。隨著爐渣的堿度增加,鋼中的氧含量降低。
  
③ 去硫:脫硫是電渣熔鑄的特點之一,氧化鈣提高爐渣堿度能提高脫硫,三氧化二鋁降低脫硫。
  
④ 去除夾雜物:電渣熔鑄過程用為凈化劑的熔渣對非金屬夾雜物進行吸咐,從而使鋼中的夾雜物降低。
  
⑤ 爐渣對電渣工藝的影響:爐渣是用為熱源的電阻發熱體。它的組元比例直接影響了電渣熔鑄的一些技術經濟指標,如電耗、生產率等。
2)渣系的選擇:渣系選擇的程序和一般原則有如下幾方面:
① 首先要了解所煉鋼種及合金的物理和化學性質,產品的質量要求,從而確定其熔解鑄的主要任務。
② 所用渣系必須有足夠的比電阻,使之有足夠的熱量以滿足冶金反應需要。
③ 熔渣在冶煉過程中應有良好的流動性(粘度)。
④ 熔渣中變價不穩定氧化物含量控制得低些(如FeO、SiO2、MnO等),以保證重熔鋼成分的穩定性。
⑤ 熔渣應具有良好的脫硫、去氣、去除非金屬夾雜的能力。
⑥ 為保證鋼錠成型性良好,需要注意所選渣系的熔點。一般選擇渣系的熔點比重熔鋼的熔點低100200℃為宜。
⑦ 選取爐渣時還要注意經濟性和安全性。盡量避免選用稀缺和昂貴的材料。
一元渣系:CaF2
二元渣系:CaF2-Al2O3
             CaF2-CaO
CaO-Al2O3
三元渣系:CaF2-CaO-Al2O3
             CaF2-Al2O3-MgO
          CaF2-Al2O3-TiO2
          CaF2-CaO-SiO2
          CaF2-ReXOY-CaO

四元渣系:CaF2-CaO-Al2O3-MgO
          CaF2-CaO- Al2O3-TiO2
                    CaF2-Al2O3-MgO-TiO2
   
3)電渣熔鑄過程中熔渣成分的控制,有如下幾個措施:
    
① 保證電極良好脫氧及表面除銹。精選或精煉渣料,減少渣中不穩定氧化物;
    
② 冶煉過程添加必要的脫氧劑。加脫氧劑的原則是勤加少加,這樣擴散脫氧的效果較好。
    
③ 在冶煉過程中采取換渣。每次加入量約15%20%為佳。
    
④ 為了減少組元變及渣量的變化,將CaF2+Al2O3以及脫氧劑和石灰水、食鹽拌成糊狀,刷在電極表面并烘干。
    
⑤ 可以采用Ar氣保護,對防止金屬電極氧化和爐渣成分的變化也是有效的。
  2
、渣量的確定
1)渣量對冶金質量及冶金效率的影響:渣量的大小實際上是作為爐渣電阻大小的標志,金屬溶池的深淺直接影響到鋼的質量,因此渣池厚度的選取與控制是電渣工藝的重要環節。
2)渣量的確定:
   
① 按鋼錠重量計算:G=(45%)G
                 
式中: G錠—— 重熔鋼錠的重量(公斤)
   
② 采用渣利用系數(K渣)— 即每公斤渣重熔多少公斤鋼, K=2225
               G
= G/ K渣(公斤)
   
③ 較準確的計算方法:G=π/4D2H渣•γ渣
            
式中:G渣— 渣量(公斤)
                  D
結— 結晶器直徑(厘米)
                  H
渣— 渣層厚度;
                  
γ渣— 熔渣比重,≈0.0025公斤/厘米3
    
綜上所述,當結晶器直徑小于400毫米者,渣厚H渣≈1/2 D結。當D結≥400700毫米者,H渣≈1/3D結;當D結≥700毫米時,H渣≈1/4 D結。直徑比800毫米更大的結晶器則用下式計算:
           G
=π/4D3•f渣深•γ渣
式中: G渣— 渣量(公斤)
                  D
結— 結晶器直徑(厘米)
                 
f渣深— 渣深系數;H=f渣深•D
                  
γ渣— 熔渣比重,≈0.0025公斤/厘米3
     
在冶煉過程中渣皮的損耗和熔渣的揮發而造成渣厚度的減少,應該根據爐狀況及時補加適量的渣料。
3
、電制度對冶金質量和效率的影響:冶煉電流、電壓、功率這些基本控制參數對熔解鑄產品冶金質量的影響是很大的。
      
1)元素燒損:元素在重熔過程中被燒損的因素不是單一的,就其本身而言它與溫度場、傳氧邊界條件、氧的遷移率以及元素在鋼中的活度等因素有關。所以,工作電流、電壓、渣系、氣氛保護等條件對元素燒損都是不應忽視的。
      
2)夾雜物:夾雜物在重熔過程的去除主要靠爐渣的吸附作用以及夾雜物的浮升作用。電壓提高本來可有利于夾雜物的去除,但是電壓增加,電極埋入深度減少,增加了電極的氧化條件,所以電壓過高,鋼中夾雜物反而有增加之趨勢。
      
3)低倍及表面質量:電流、電壓的大小,直接影響了金屬熔池深度和冶煉速度。功率過大,會造成低倍偏析等缺陷;功率過小,會造成嚴重晶間裂紋,甚至造成空洞。
    4
、熔錠電流的確定:是熔鑄的基本參數。
      
1)電極直徑與電流的關系:電極增加,電流密度則減小。 A=664+37.6d
               
式中:  A— 工作電流(安培)
                     d
極—  電極直徑
      
2)結晶器直徑與電流的關系:A=200D
                     
式中:  A— 工作電流(安培)
                     D
結— 結晶器直徑(厘米)
      d
/D結≈0.40.6,如與此相差太大,應作適當修正。
   5
、熔鑄電壓的確定:是熔鑄的基本參數。
熔鑄工作電壓,又稱爐口電壓或有效工作電壓,指的是電極部分與底結晶器間的電壓。
電渣爐的電壓表一般接在變壓器二次邊,所以電壓表上的電壓又稱帶載電壓,也稱為無效電壓。     V工作=0.6D+26
   6
、熔鑄功率及其變壓器容量的選擇:它是一個重要的冶煉參數,是電流、電壓的綜合反映。
                   P=27D
-220   
式中:P— 變壓器容量(千伏安)
      D
結— 結晶器直徑或等效直徑(厘米);系數27的單位是千伏安/厘米
四、電渣熔鑄的目標參數
   
電渣熔鑄和其他煉鋼一樣,必須根據爐況隨時進行控制和調整。否則隨冶煉過程電參數與渣參數都要變化以致影響電渣過程的穩定性、產品質量以及冶煉效率。它的熔鑄過程是每一瞬間熔化與凝固結晶同時進行的過程,這是異于其他一般煉鋼方法的突出特點。
   
目標參數的定義:為了隨時掌握與控制爐況,進而實現電渣過程的程序自動控制,就要求有一套代表電渣過程穩定性和冶金質量的參數,作為控制與調整爐況的目標,這種參數稱為目標參數(也可以叫幾何參數)。
   
金屬熔池的深度、電極埋入深度、熔化率都是主要的目標參數;渣池溫度、極間距離、冷卻溫度、渣皮厚度等也都是有關的目標參數。
五、電渣熔鑄工藝規范制定方法:
1
、根據用戶要求,對產品尺寸、鋼種成分、基本性能作全面了解,定出電渣重熔的目的與任務;
2
、結合具體車間條件,用有關參數經驗計算方法依次確定各種電渣參數;
3
、按編制的工藝進行冶煉(或試煉)。

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