碱性感应电炉熔炼低磷硫合金钢的工艺控制

郭正钦，赵教育，杨国利，王月庆，王海叶，张卫国

中频炉炼钢主要有酸性感应电炉和碱性感应电炉炼钢，碱性感应电炉炼钢可以通过造碱性炉渣，起到一些脱硫脱磷的作用，而酸性感应电炉不能脱硫和脱磷。考虑到生产铸件低磷硫成分的要求[ω（P）0.005%~0.06%，ω（S）0.005%~0.0%]，除要求所有原辅材料应当是优质的、含很少的P、S外，还需要进一步的脱硫脱磷，所以炉社选用镁砂碱性成型炉衬，钢液采用250kg的中频感应电炉熔炼，加入增碳剂调节钢液中的碳使其达到控制样品的成分范围。

碱性感应电炉冶炼低磷硫合金钢的工艺过程主要包括：原材料的准备、配料及装料、熔化期、出钢及最终浇注成型等五个阶段。

1 原材料的准备

炉料要洁净，炉料表面无锈、油（防止气体的产生）；炼钢过程中，所有加入炉中的材料都必须是干燥的，其中造渣材料和铁合金应经过高温烘烤，以免材料中含有水分；所有的脱氧材料也应经过高温烘烤。

2 配料及装料

配料是炼钢工艺中不可缺少的组成部分，合理的配料能缩短冶炼时间。配料时应注意以下几占：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，以达到好装、快速熔化的目的；③各类炉料应根据钢液的质量要求和冶炼方法搭配使用；④配料成分必须符合工艺要求。

由于控制成分的要求，需要加入多种合金元素，相应的需要控制合金元素的加入顺序，采取合理的合金加入度，获得良好的收得率，可以控制良好的铁液成分。既满足设计成分的要求，又节省合金元素的加入量。通过试验得出，合金元素的加入方案及收得率见表。

3 熔化期

在感应电炉炼钢工艺中，从通电开始到炉料全部熔清为止称为熔化期。熔化期的任务是将固体炉料迅速熔化成钢液，并进行脱磷和脱硫，减少钢液吸收气体和金属和挥发。

通电10min内用较小的功率通电。由于成型炉衬的特殊要求，每加热一个小时功率只能升高20KW，所以熔化期需要较长的时间。熔化过程中应经常用炉针捅料，注意避免炉料互相挤位而发生“搭桥”。

表1 合金元素的加入方案及收得率

底部炉料熔化以后，炉料中部加入造渣材料进行脱磷和脱硫，减少钢液吸收气体和金属的挥发。造渣材料的加入量为1%~1.5%。碱性造渣材料选用石灰和氟石，其质量比大约是80%石灰，20%沸石。融化过程中加入石灰石，造泡沫渣，渣量一般控制在钢液重量的2%~5%/熔化末期采用较低电压供电，炉料全熔后，扒渣，钢液出炉烫包，包内加入0.1%~0.15%铝片进行脱氧处理，充分搅拌钢液，取样进行炉前光谱分析。脱氧效果好坏如图1所示。

通过加入纯稀土脱S，在钢液熔炼完成后，通过取样分析，S的含量如果不符合控制成分的要求，可以通过纯稀土冲包或出炉前加入炉内的方法进行脱硫。

开炉过程中采取脱磷和脱硫工艺措施后S、P的成分变化。见表2。

因为开炉分析数据过多，不再一一列举，但从所得分析数据可以明显得出：用碱性中频炉炼钢，在融化期通过造碱性炉渣和泡沫渣，可以有效降低P的含量；出炉前通过加入纯稀土，可以显著的降低S的含量。

表2 多次开炉试样测试P、S的变化情况

4 出钢

出钢的技术要求：①如果脱氧效果良好应及时停止供电，准备出钢；②如果脱氧效果不好，出炉前分别炉内加入和包内冲入0.05%铝片进行再次脱氧处理。

出钢方式：钢渣混出。出钢后应使钢液在浇包中镇静一段时间，以使悬浮在钢液中的杂质上浮，并利于钢液温度和成分的均匀。镇静时间5~10min。

5 浇注的技术要求

5.1 盛钢桶的准备

盛钢桶在使用前，应清理盛钢桶内的残钢残渣，保证盛钢桶清洁，以避免外来夹杂物带入钢液中。新砌盛钢桶不应用于浇注不锈钢、高锰钢等重要钢种铸件。

5.2 盛钢桶的烘烤方式

盛钢桶在使用前应经过充分的烘烤，烘烤不充分时会导致钢液吸收气体，并造成钢液大幅度降温。盛钢桶的烘烤用焦炭或木炭

5.3 盛钢桶的烘烤要求

烘烤时间一般不小于24h。如果盛钢桶只更换工作层，那么烘烤时间不小于16h。新砌的盛钢桶应先用小火烘烤，待水分烘干后再加大火力以提高温度。正常（包括小修补后）使用的盛钢桶，烘烤时间应不小于2h。一般可在电炉冶炼送电时开始烘烤。

浇包的耐火材料衬层须经充分干燥清洁，并烘烤至暗红色或红色（700~1000℃）。

5.4 钢液在盛钢桶中的镇静

出钢后应使钢液在盛钢桶中镇静一段时间，以使悬浮在钢液中的夹杂物上浮，并利于钢液温度、成分的均匀，然后再进行浇注。镇静时间一般应≥5min。当出钢温度过高时，延长镇静时间以使浇注温度合适。但镇静时间最长不应超过20min。镇静时间过长，盛钢桶内铸口部分的钢液容易凝固。

5.5 浇注方式及注意事项

钢开始流速要慢，而后逐渐增大，浇注过程中不应断流；浇注时应有专人监控，防止炉渣进入型腔；浇完后在冒口、直浇道等部位加保温覆盖剂（如稻壳、草灰等）。

6 结束语

对碱性感应中频电炉炼钢通过在熔化期加入造渣材料和融化过程中造泡沫渣，可有效降低钢液中磷的含量；通过控制合理的加料顺序和收得率，可以降低原材料的加入量；通过采用纯稀土脱硫的工艺方案，可显著的降低钢液中硫的含量。