基本介紹
- 中文名：感應爐煉鋼
- 外文名：induction furnace steelmaking
- 功能：感應電熱效應熔化金屬的煉鋼方法
- 代表：真空感應爐
- 分類：熔溝式及坩堝式
結構,冶金特點,任務,感應爐爐體,感應爐電源,工藝要點,加料,熔化,造渣,扒渣、脫氧、出鋼,
結構
感應爐有熔溝式及坩堝式兩類，其工作原理與變壓器相似。熔溝式感應爐的初級繞組(感應圈)內裝有鐵芯，以減少漏磁，提高功率因數，二級繞組是充滿金屬液的熔溝。當感應圈內通過交流電時，熔溝內液體金屬中產生感應電動勢，產生焦耳熱，加熱爐料。因此熔溝內總保持注滿金屬液，不能任意停爐，也不宜經常改變熔鍊金屬的品種。同時，在熔溝內能量轉化再傳輸至熔池，熔溝的熱負荷很高，所以儘管這種感應爐的功率因數及電效率較高，也不宜熔煉合金鋼及合金。坩堝式感應爐是將坩堝放置在感應圈之中，當感應圈內通過交流電時，在坩堝內的爐料中產生感應電動勢，繼而產生焦耳熱將爐料熔化。坩堝式感應爐的功率因數和熱效率較低，但能熔煉高熔點金屬，容易改變所煉品種，適用於非連續作業，它在冶煉少量優質鋼和合金方面占有重要地位。
冶金特點
(2)為圓柱形的熔池，這決定了坩堝熔煉中有較小的鋼-渣比界面積；
(5)不增碳，不會局部過熱，操作簡單且合金燒損較少；
(6)不能進行精煉反應，對爐襯要求較嚴，容量偏小，又不連續生產，所以成本高。
任務
熔煉的主要原料是廢鋼和一部分生鐵。外購進來的廢鋼銹多，夾有泥砂及其他髒物，鋼中硫磷的含量也較高。煉鋼的任務就是要把上述條件的原料冶煉成氣體和夾雜含量低、成分合格、溫度符合要求的優質鋼液。具體說來，煉鋼的基本任務是：
（1）熔化固體爐料（生鐵、廢鋼等）；
（2）使鋼水中的矽、錳、碳等元素達到規格成分；
（3）去除有害元素硫和磷，將它們的含量降到規定的限量以下；
（4）清除鋼水中的氣體和非金屬夾雜，使鋼水純淨；
（5）加入合金元素（熔煉合金鋼），使其符合要求；
（6）將鋼水過熱至一定溫度，保證澆注的需要；
（7）為了提高產量和降低成本，必須快速煉鋼；
（8）澆注成良好的鑄件。
感應爐爐體
主要部件有爐架、水冷感應圈、磁軛、坩堝、爐蓋以及爐體環繞出鋼嘴下方的軸傾動機構。爐架及線圈固定裝置應有足夠強度以承受鋼水的重量。坩堝的製作中，選擇耐火材料時必須考慮一系列因素：材質的化學特性要與所熔煉的合金相匹配，並具有一定強度、穩定性和絕緣性，易於製作、安裝和修補，且成本低。坩堝一般分酸性(石英砂，含SiO2>98%)、中性(高鋁料，Al2O3>95%)和鹼性(鎂砂，MgO>85%) 3類。此外還有氧化鋯(ZrO265%、SiO2約30%)、鎂鋁、鉻鋁坩堝。酸性坩堝因易受熔渣侵蝕，耐火度低，不宜煉鋼。中性的高鋁和氧化鋯坩堝適於冶煉各鋼種和高鎳合金。鹼性的氧化鎂或含氧化鎂高的鋁鎂坩堝能承受鹼性渣侵蝕，適於熔煉各種鋼種和合金，價格也適中，但熱穩定性差，導熱性強，易出現裂紋。製作坩堝時，耐火材料的粒度配比必須合適，以達到最高緻密度。實驗室用感應爐可用預成型和預燒結的坩堝，大型感應爐都用整體搗打成型的坩堝。搗打成型有濕法、乾法兩種，都是先打成坩堝底，再在底部放置打坩堝壁的鋼模，逐層搗打側壁。根據材料和黏接劑的不同，採用不同燒結制度來烘乾、燒結打成的坩堝。冶煉第一爐時要緩慢加熱，以免出現裂紋。此法成本較低。
感應爐電源
一般分高頻(>104Hz)、中頻(>50～104Hz)和工頻(50～60Hz)3種。現已用晶閘管變頻器作為中頻電源，取代了原用的馬達發電機組。由於高級合金鋼生產的規模較小，品種多，一般不連續生產，熔煉時套用中頻電源即可取得較高功率因數和較大的輸出功率，所以中頻電源是煉鋼感應爐的主要電源。根據爐容量、爐料尺寸，並考慮到可接受的攪拌強度來選擇頻率，頻率愈高，能達到的比功率也愈高(比功率一般為200～1000kW/t)。晶閘管中頻電源把三相工頻交流電轉變為單相中頻交流電，採用交一直一交變頻電路，把逆變電路輸出的中頻電能送入負載。由於感應爐是功率因數很低的感性負載(約為0.05～0.1)，所以都採用電容器來提高功率因數。晶閘管中頻電源的優點是：成本低、電效率高，能自動調整頻率以保持高功率因數，易於自動控制，安裝使用方便等。
工藝要點
加料
所用廢鋼和回爐料，除了化學成分要符合要求外，還應具有適當尺寸，使爐料能有效加熱，為此也可套用一些碎料充填空隙，以提高坩堝內爐料的緻密度。當坩堝底部形成熔池後，爐料尺寸對加熱效果就沒有影響了。由於熔煉時沒有氧化期，元素燒損很少，可精確配料。不易氧化的合金料，如鎳、鉬鐵等可與廢鋼同時加入。為了提高生產率，減少鋼中氫含量，並避免含有水分或油脂的廢鋼在爐內加熱時爆炸，廢鋼可預熱至550℃以下，預熱溫度過高會使爐料嚴重氧化，降低熱效率。非連續煉鋼時，濕料和含油脂料必須第一批加入，以便烘乾，形成熔池後只能加乾料。小爐子一般手工裝料，用箱子或溜槽將爐料裝入爐內。大爐子可用傳送帶或料籃裝料。
熔化
要密切注意爐料熔化，不斷加料並及時、不斷地鬆動爐料，使其平穩下降至熔池中，保持熔化順行，避免出現架橋。所謂“架橋”是處於半熔狀態的爐料在熔池上方粘結而使爐料不能接觸熔池。這會造成熔池溫度急劇升高，損害坩堝。一旦出現架橋，可傾動坩堝，在架起的爐料上熔化出缺口，以便繼續加料，把鋼水面升高至架橋處，化去粘結的爐料。
