感應(yīng)爐煉鋼

熔煉的主要原料是廢鋼和一部分生鐵。外購進(jìn)來的廢鋼銹多，夾有泥砂及其他臟物，鋼中硫磷的含量也較高。煉鋼的任務(wù)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(yōu)質(zhì)鋼液。具體說來，煉鋼的基本任務(wù)是：

（1）熔化固體爐料（生鐵、廢鋼等）；

（2）使鋼水中的硅、錳、碳等元素達(dá)到規(guī)格成分；

（3）去除有害元素硫和磷，將它們的含量降到規(guī)定的限量以下；

（4）清除鋼水中的氣體和非金屬夾雜，使鋼水純凈；

（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(chǎn)量和降低成本，必須快速煉鋼；

（8）澆注成良好的鑄件。

主要部件有爐架、水冷感應(yīng)圈、磁軛、坩堝、爐蓋以及爐體環(huán)繞出鋼嘴下方的軸傾動機構(gòu)。爐架及線圈固定裝置應(yīng)有足夠強度以承受鋼水的重量。坩堝的制作中，選擇耐火材料時必須考慮一系列因素：材質(zhì)的化學(xué)特性要與所熔煉的合金相匹配，并具有一定強度、穩(wěn)定性和絕緣性，易于制作、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%)和堿性(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于冶煉各鋼種和高鎳合金。堿性的氧化鎂或含氧化鎂高的鋁鎂坩堝能承受堿性渣侵蝕，適于熔煉各種鋼種和合金，價格也適中，但熱穩(wěn)定性差，導(dǎo)熱性強，易出現(xiàn)裂紋。制作坩堝時，耐火材料的粒度配比必須合適，以達(dá)到最高致密度。實驗室用感應(yīng)爐可用預(yù)成型和預(yù)燒結(jié)的坩堝，大型感應(yīng)爐都用整體搗打成型的坩堝。搗打成型有濕法、干法兩種，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(cè)壁。根據(jù)材料和黏接劑的不同，采用不同燒結(jié)制度來烘干、燒結(jié)打成的坩堝。冶煉第一爐時要緩慢加熱，以免出現(xiàn)裂紋。此法成本較低。

感應(yīng)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(yīng)爐的初級繞組(感應(yīng)圈)內(nèi)裝有鐵芯，以減少漏磁，提高功率因數(shù)，二級繞組是充滿金屬液的熔溝。當(dāng)感應(yīng)圈內(nèi)通過交流電時，熔溝內(nèi)液體金屬中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，產(chǎn)生焦耳熱，加熱爐料。因此熔溝內(nèi)總保持注滿金屬液，不能任意停爐，也不宜經(jīng)常改變?nèi)蹮捊饘俚钠贩N。同時，在熔溝內(nèi)能量轉(zhuǎn)化再傳輸至熔池，熔溝的熱負(fù)荷很高，所以盡管這種感應(yīng)爐的功率因數(shù)及電效率較高，也不宜熔煉合金鋼及合金。坩堝式感應(yīng)爐是將坩堝放置在感應(yīng)圈之中，當(dāng)感應(yīng)圈內(nèi)通過交流電時，在坩堝內(nèi)的爐料中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，繼而產(chǎn)生焦耳熱將爐料熔化。坩堝式感應(yīng)爐的功率因數(shù)和熱效率較低，但能熔煉高熔點金屬，容易改變所煉品種，適用于非連續(xù)作業(yè)，它在冶煉少量優(yōu)質(zhì)鋼和合金方面占有重要地位。

(1)熱先達(dá)金屬熔池，再傳導(dǎo)給熔渣，所以熔渣溫度較低；

(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；

(3)熔池受強烈的電磁攪拌。電源頻率愈低，功率愈高，攪拌愈強烈，是限制最大比功率的主要因素；

(4)與電弧加熱相比，感應(yīng)加熱無熱點、無電弧、環(huán)境污染較輕且溫度均勻；

(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(jìn)行精煉反應(yīng)，對爐襯要求較嚴(yán)，容量偏小，又不連續(xù)生產(chǎn)，所以成本高。

一般分高頻(>104Hz)、中頻(>50～104Hz)和工頻(50～60Hz)3種?，F(xiàn)已用晶閘管變頻器作為中頻電源，取代了原用的馬達(dá)發(fā)電機組。由于高級合金鋼生產(chǎn)的規(guī)模較小，品種多，一般不連續(xù)生產(chǎn)，熔煉時應(yīng)用中頻電源即可取得較高功率因數(shù)和較大的輸出功率，所以中頻電源是煉鋼感應(yīng)爐的主要電源。根據(jù)爐容量、爐料尺寸，并考慮到可接受的攪拌強度來選擇頻率，頻率愈高，能達(dá)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(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嘀蓄l交流電，采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(fù)載。由于感應(yīng)爐是功率因數(shù)很低的感性負(fù)載(約為0.05～0.1)，所以都采用電容器來提高功率因數(shù)。晶閘管中頻電源的優(yōu)點是：成本低、電效率高，能自動調(diào)整頻率以保持高功率因數(shù)，易于自動控制，安裝使用方便等。

感應(yīng)爐操作脫硫和脫氧同時進(jìn)行，一般不進(jìn)行脫碳、脫磷，所以必須選用好的原料，并盡快熔化，溫度合適即脫氧、出鋼。

感應(yīng)爐煉鋼加料

所用廢鋼和回爐料，除了化學(xué)成分要符合要求外，還應(yīng)具有適當(dāng)尺寸，使?fàn)t料能有效加熱，為此也可應(yīng)用一些碎料充填空隙，以提高坩堝內(nèi)爐料的致密度。當(dāng)坩堝底部形成熔池后，爐料尺寸對加熱效果就沒有影響了。由于熔煉時沒有氧化期，元素?zé)龘p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(chǎn)率，減少鋼中氫含量，并避免含有水分或油脂的廢鋼在爐內(nèi)加熱時爆炸，廢鋼可預(yù)熱至550℃以下，預(yù)熱溫度過高會使?fàn)t料嚴(yán)重氧化，降低熱效率。非連續(xù)煉鋼時，濕料和含油脂料必須第一批加入，以便烘干，形成熔池后只能加干料。小爐子一般手工裝料，用箱子或溜槽將爐料裝入爐內(nèi)。大爐子可用傳送帶或料籃裝料。

感應(yīng)爐煉鋼熔化

要密切注意爐料熔化，不斷加料并及時、不斷地松動爐料，使其平穩(wěn)下降至熔池中，保持熔化順行，避免出現(xiàn)架橋。所謂“架橋”是處于半熔狀態(tài)的爐料在熔池上方粘結(jié)而使?fàn)t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(xiàn)架橋，可傾動坩堝，在架起的爐料上熔化出缺口，以便繼續(xù)加料，把鋼水面升高至架橋處，化去粘結(jié)的爐料。

感應(yīng)爐煉鋼造渣

造渣應(yīng)在爐料全部熔化前進(jìn)行，以免鋼水嚴(yán)重氧化。渣料可預(yù)先加入坩堝底部。所用渣系主要是CaO-Al2O3-CaF2，根據(jù)不同的坩堝材質(zhì)和脫氧劑，渣的成分有所不同。渣料應(yīng)預(yù)先烘干，以免鋼水增氫。

感應(yīng)爐煉鋼扒渣、脫氧、出鋼

爐料全熔后，測溫、取樣，熟練的操作人員能通過調(diào)整輸入功率、正確預(yù)計升溫至出鋼溫度的時間，從而協(xié)調(diào)爐前操作。根據(jù)爐前鋼樣分析結(jié)果，配入合金料，同時用硅鐵粉及各種復(fù)合脫氧劑進(jìn)行脫氧。由于熔池攪拌強烈，合金料能快速熔化并分布均勻，脫氧產(chǎn)物也能上浮并被熔渣所吸附。待成分合格、溫度合適后，即可扒渣。若熔渣較稀，可傾動坩堝倒出或加入石灰，待渣稠化后扒出。出鋼時向鋼流加1～2kg/t鋁或其他強脫氧劑進(jìn)行終脫氧。 2100433B

感應(yīng)爐是利用物料的感應(yīng)電熱效應(yīng)而使物料加熱或熔化的電爐。感應(yīng)爐的主要部件有感應(yīng)器、爐體、電源、電容和控制系統(tǒng)等。

感應(yīng)爐的主要部件有感應(yīng)器、爐體、電源、電容和控制系統(tǒng)等。

在感應(yīng)爐中的交變電磁場作用下，物料內(nèi)部產(chǎn)生渦流從而達(dá)到加熱或著熔化的效果。在這種交變磁場的攪拌作用下，爐中材質(zhì)的成分和溫度均較均勻，鍛造加熱溫度可達(dá)1250℃，熔煉溫度可達(dá)1650℃。

感應(yīng)爐除能在大氣中加熱或熔煉外，還能在真空和氬、氖等保護(hù)氣氛中加熱或熔煉，以滿足特殊質(zhì)量的要求。感應(yīng)爐在透熱或熔煉軟磁合金、高阻合金、鉑族合金、耐熱、耐蝕、耐磨合金以及純金屬方面具有突出的優(yōu)點。感應(yīng)爐通常分為感應(yīng)加熱爐和熔煉爐。

利用感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流加熱物料的一種電爐。若加熱金屬物料，則將其放在耐火材料制作的坩堝中。若加熱非金屬材料，則將物料放在石墨坩堝中。增加交流電頻率時，感應(yīng)電流頻率則相應(yīng)提高，產(chǎn)生的熱量增多。感應(yīng)電爐加熱迅速，溫度高，操作控制方便，物料在加熱過程中受污染少，能保證產(chǎn)品質(zhì)量。主要用于熔煉特種高溫材料，也可作為由熔體生長單晶的加熱和控制設(shè)備。

熔煉爐分為有芯感應(yīng)爐和無芯感應(yīng)爐兩類。

有芯感應(yīng)爐有鐵芯穿過感應(yīng)器，用工頻電源供電，主要用于各種鑄鐵、黃銅、青銅、鋅等金屬的熔煉和保溫，電效率達(dá)90%以上，能利用廢爐料，熔煉成本低，最大爐容達(dá)270噸 。

無芯感應(yīng)爐無鐵芯穿過感應(yīng)器，分為工頻感應(yīng)爐、三倍頻感應(yīng)爐、發(fā)電機組中頻感應(yīng)爐、可控硅中頻感應(yīng)爐、高頻感應(yīng)爐。

感應(yīng)爐配套設(shè)備

中頻感應(yīng)爐的成套設(shè)備包括：電源及電氣控制部分，爐體部分，傳動裝置及水冷系統(tǒng)。

感應(yīng)爐工作原理

當(dāng)交變電流通過感應(yīng)圈時，在線圈周圍產(chǎn)生交變磁場，爐內(nèi)導(dǎo)電材料在交變磁場作用下產(chǎn)生感應(yīng)電勢．在爐料表面一定深度形成電流（渦流），爐料靠渦流加熱熔化。