中频感应炉冶炼铁铬铝电热合金的操作要求优化

感应炉冶炼铁铬铝电热合金的工艺操作要点有四个方面。其中，重点是低控合金中的碳、氮含量；准确控制铝含量并使其均匀分布；保持稀土元素残留量在最佳范围等。

1.低控铁铬铝合金中的碳、氮含量

由于碳、氮会给合金的工艺性能和使用性能带来不良的影响，因此降低碳、氮含量成为冶炼合金的首要任务。感应炉冶炼不同类别的铁铬铝合金时，铁铬铝电热合金中碳、氮含量的控制见表14-22。

表14-22 铁铬铝电热合金中碳、氮含量的控制

为了达到表中列出的碳、氮含量，冶炼过程应采取的措施有下列两项：

（1）选用低碳、氮含量的原材料 冶炼铁铬铝电热合金时，带入合金碳、氮以及磷、硫等元素的炉料是原料纯铁和铬铁。因此严格控制这两种原材料中的C、N以及P、S含量，对低控合金碳、氮含量具有重要作用。

中频感应炉冶炼无降低碳、氮的能力，必须通过选用低C、N、P、S含量的原材料。目前，我国已能大量生产低碳、氮含量的铬铁和原料纯铁供应市场。真空感应炉冶炼具有良好的降低碳、氮的功能，对原材料中C、N的要求可以放宽一些。不同冶炼方法冶炼铁铬铝电热合金时，要求选用铬铁和原料纯铁的碳、氮含量的控制见表14-23。

表14-23 冶炼铁铬铝电热合金用原料中碳、氮含量的控制

（2）控制冶炼过程合金增碳量和增氮量 中频感应炉冶炼过程中，由于操作原因会引起合金增碳和增氮，防止措施如下：

1）防止合金增碳的措施。不使用带纸质套筒伸入式热电偶测温；钢包烘烤后，使用氧气清洗钢包；不使用含碳保温剂覆盖包中钢液等。总之，避免或减少碳质材料接触钢液。

2）防止合金增氮措施。底渣数量应保证液面覆盖良好；铬铁应尽量在熔化末期加入钢液，真空微碳铬铁必须加至钢液中；冶炼过程钢液面不可裸露在大气中等。

2.准确控制合金含铝量和均匀分布

准确控制铝含量和保持铝的均匀分布，是铁铬铝电热合金质量控制的核心技术和重要指标。

（1）准确控制合金含铝量 冶炼铁铬铝合金时，减少铝的烧损、准确控制含铝量的操作要点如下：

1）选择加铝方法。加铝方法取决于炉子容量。0.5t以下炉子多将铝加入炉内；1t以上炉子均将铝块放入钢包，用钢液冲熔。

2）控制加铝时钢液的温度。铝的熔点低（660℃）、密度小（2.69g/cm³）、易氧化。将铝加入钢液会立即熔化，浮在液面会迅速氧化。根据铝的特性，加铝前，应适当降低钢液温度。炉中加铝时，应停电降温到结膜温度；包中加铝时，应比正常出钢温度低30～50℃。通常冶炼0Cr25Al5合金时，包中加铝的出钢温度为1600～1620℃。该温度考虑到出钢后，钢包底吹氩的温降。

3）铝的加入方法与回收率的关系。表14-24列出感应炉冶炼铁铬铝合金时铝的加入方法与回收率。从表中统计结果可知：采用包中加入方法的效果最好，铝的回收率比较稳定。返回料应当在熔化末期加入，铝的回收率会提高。

表14-24 感应炉冶炼铁铬铝合金时铝的加入方法与回收率

（2）控制合金中铝的均匀分布 在准确控制每炉合金含铝量的基础上，实现铝的均匀化分布才具有实际意义。

采用钢包底部吹氩工艺是提高铝分布均匀性的最佳工艺方法。钢包底部吹氩装置如图14-9所示。

1）钢包吹氩处理操作。烤包前安装好透气砖。钢包就位前，通过软管与气源连接并通氩气，氩气通过透气砖将气流转化为气泡流，使钢液搅动，以起到精炼和使铝均匀化的作用。透气砖由专业耐火材料生产厂家供应。每只透气砖可以连续使用10～20次。采用纯度为99.8%的瓶装氩气。氩气进入钢液前，应进行脱水处理，常用脱水剂为硅胶或氯化钙。氩气压强随钢包液面搅动情况而调节，以不产生轻度喷溅为准。吹氩时间1～2min，以钢液温降不影响浇注为准。氩气从钢包就位后即开始空吹，至浇注完毕后2～3min停吹，中途不可中断。

2）钢包底吹氩改善合金中铝分布的效果。通过钢包底吹氩处理，显著改善了铝分布的均匀性。表14-25列出0Cr25Al5合金经钢包底吹氩后铝的分布情况。这四炉合金的同炉铝偏差均小于企业标准规定值0.30%，四炉间的最大铝偏差值为0.29%。曾对100炉次0Cr25Al5合金的同炉铝偏差进行分析统计，结果表明：符合企业标准规定的为97.5%，其中小于0.20%铝偏差的占92.5%。由此可见，钢包底吹氩对改善铝分布均匀性的重要作用。

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图14-9 钢包底部吹氩装置

表14-25 0Cr25Al5合金经钢包底吹氩后铝的分布情况

在同一根直径80mm、长度1600mm自耗电极的棒锭中，铝含量同样很均匀，符合企业标准即质量分数小于0.30%的规定。表14-26列出0Cr25Al5合金自耗电极棒锭中铝的分析情况。

表14-26 0Cr25Al5合金自耗电极棒锭中铝的分布情况

综上所述，钢包底吹氩处理和准确控制含铝量两项措施结合起来，是获得稳定而均匀铁铝合金含铝量的关键。这样可以保证做到95%以上炉次的铝偏差不大于0.30%。

3.稳定稀土元素的冶炼回收率

由于稀土元素对氧、硫具有很强的亲和力，因此稀土元素能同合金中的氧、硫，炉渣中的氧化物，耐火材料中的氧化物，大气中的氧等产生硫化或氧化反应，形成硫氧化物而失效。因此，要取得稳定的稀土元素回收率具有较大的难度。

冶炼铁铬铝自耗电极时，要求稀土元素含量达到0.30%～0.40%（质量分数，下同）；经电渣重熔烧损后，残留量达到0.040%～0.080%。

中频感应炉冶炼铁铬铝合金，稳定稀土元素回收率的操作要点如下：

（1）控制稀土元素加入前钢液含氧量与含硫量 为了保持稀土元素具有较高和稳定的回收率，加入稀土元素前，钢液应进行充分脱硫和脱氧。通常稀土元素是在终脱氧后加入。冶炼铁铬铝合金时，与铝同时加入钢包中。为了减少稀土元素与氮化合形成氮化物，同时还加入0.30%～0.50%（质量分数，下同）的钛。稀土元素加入前，钢液含氧量为0.0080%～0.0100%，含硫量为0.010%～0.008%。

（2）钢液温度对稀土元素回收率的影响 感应炉内稀土元素回收率与钢液温度的关系见图14-10。感应炉冶炼0Cr25Al5合金时，出钢前将质量分数为0.15%稀土合金加入炉中，镇静约100s后取样分析稀土含量。图中曲线表明：稀土合金加入时钢液的温度越高，稀土元素烧损量越大，降低加入时钢液的温度，有利于提高稀土元素回收率。为此，在保证浇注温度的前提下，降低钢液温度，可以取得较好的稀土元素回收率。

（3）镇静时间对稀土元素回收率的影响 当感应炉内钢液温度保持在1520～1560℃时，加入质量分数为0.15%稀土合金，测得不同的镇静时间与稀土元素回收率的关系如图14-11所示。从图中曲线明显看出，随着镇静时间的延长，稀土元素的回收率下降。因此，为了取得高而稳定的稀土元素回收率，含稀土元素的钢液应合理保持镇静时间，尽快地进行浇注。

总之，在冶炼铁铬铝合金时，应当确定稀土的加入条件，才能得到较高和稳定的回收率。这些条件包括：稀土元素和铝、钛同时加入钢包，用钢液冲溶；出钢温度应作出规定；钢包中吹氩和镇静时间应统一；浇注温度和速度应一致。

图14-10 感应炉内稀土元素回收率与钢液温度的关系

在以上条件相对稳定的情况下，中频感应炉冶炼铁铬铝合金时，稀土加入量为0.50%（质量分数，下同），钛加入量为0.30%；稀土元素以混合稀土合金形式加入；出钢温度为1580～1620℃，钢包中吹氩100s后，镇静约100s开始浇注，2～3min浇注完毕。稀土元素的回收率为50%～70%。约85%的自耗电极中，稀土元素含量达到0.30%～0.40%的标准。

4.铁铬铝合金返回料的使用

铁铬铝合金在生产过程中，形成的返回料数量约为40%左右。合理使用返回料，关系到合金质量和生产成本。铁铬铝合金返回料的利用途径有下列两种。

（1）降级使用返回料冶炼低温度级合金 可以利用0Cr25Al5、0Cr21Al6、0Cr23Al5等合金的返回料，作为冶炼1Cr13Al4、1Cr20Al3合金的配料使用，其配入比例可以达到40%左右。这样使用返回料，不会给冶炼合金的质量带来明显的影响。

图14-11 感应炉内镇静时间与稀土元素回收率的关系

（2）利用本钢种返回料冶炼相同牌号的合金 例如：利用0Cr21Al6Nb返回料冶炼本钢号时，返回料的配入比例应控制在20%较为合适。过高的配入比例，会增加冶炼合金中夹杂物数量，特别是氮化钛数量，会降低冶炼合金的塑性。另外，为了减少铝、钛夹杂物数量，返回料不可以随炉料装入坩埚进行熔化，而应将返回料在熔化期末加入钢液中。

（3）利用返回料要防止合金含硅量超标 铁铬铝合金返回料中含硅量较高。因为在冶炼过程中，硅通过造渣材料被还原进入钢中；另外，钢液同钢包内衬中的SiO₂产生还原反应，使钢液增硅。总之，感应炉冶炼累积系统增硅量（质量分数）可以达到0.15%～0.20%，配料时应给予考虑。