熔體吹氬的基本背景

熔體吹氬作為一門專業(yè)的技術(shù)在冶金鑄造行業(yè)已廣泛應(yīng)用。它去除熔體中非金屬夾雜物和有害氣體具有良好的效果,對均勻熔體化學(xué)成分和溫度也有一定作用，而且惰性氣體在鋼水中無殘留，是一種綠色的最理想的凈化手段；熔體吹氬處理的效果無論從冶金原理上和實(shí)際應(yīng)用中均被證實(shí)和不斷報(bào)道：均勻化、除氣 、凈化鋼水。

2.熔體吹氬技術(shù)在鑄造行業(yè)的應(yīng)用

2.1 鋼包吹氬技術(shù)

熔體吹氬在鑄造行業(yè)開始僅使用在鋼包。鋼包吹氬是鋼包精煉必要的手段，包內(nèi)吹氬可以起到熔體凈化的作用，這一點(diǎn)多年來已被大家所認(rèn)可。由于包內(nèi)溫度下降快的因素，有效吹氣時(shí)間受限制，大約在3分鐘，在如此短的時(shí)間，對熔體的凈化是不徹底地。目前國內(nèi)包內(nèi)吹氬的透氣磚屬于夾縫式，吹出的是大氣泡，不利于吸附夾雜和氣體。

由于鋼包吹氬的有效性以及局限性，能否在無芯感應(yīng)爐通過安全可靠地方法直接吹氬？是近些年鑄造行業(yè)比較感興趣的問題。

2.2 中頻爐吹氬技術(shù)

針對以上設(shè)想，近年來中頻爐內(nèi)吹氬有了新的發(fā)展，市場上已出現(xiàn)較成熟的爐內(nèi)吹氬技術(shù)，主要分為兩類：

（1）傳統(tǒng)式：爐內(nèi)與熔體直接接觸式吹氬。傳統(tǒng)的爐底吹氬方法使用多孔型透氣磚，置于爐底平面，與爐內(nèi)熔體接觸，熔體易堵塞氣道且易從透氣磚間隙滲透漏爐。而且氣體流量大，沖刷爐襯，爐襯壽命降低。大氣泡也不利于氣泡吸附。

（2）新技術(shù)：埋入式爐底吹氬方法。透氣設(shè)備預(yù)埋在爐襯材料底下，氬氣透過爐襯料均勻進(jìn)入到熔體中。該方法使用的透氣設(shè)備―氣體擴(kuò)散器，區(qū)別于傳統(tǒng)的透氣磚，由耐火材料以液壓式高溫烘燒成型，而其粒密度設(shè)計(jì)為使氣流最佳化并具有抗金屬穿透性，氣體通過它可以產(chǎn)生均勻的微氣泡（微米級）。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。特點(diǎn)包括：1、預(yù)埋式，不與熔體直接接觸，安全性非常高；2、所產(chǎn)生的氣泡極微小，吸附能力強(qiáng)。3、氣體擴(kuò)散器可重復(fù)使用，減少更換頻次，提高生產(chǎn)效率。

圖1埋入式爐底吹氬

2.3埋入式爐底吹氬技術(shù)在中頻爐應(yīng)用特點(diǎn)

埋入式爐底吹氬的程序及產(chǎn)生的效果如圖2所示：

圖2  埋入式爐底吹氬效果圖

目前，在世界范圍內(nèi)已有上千家鑄造廠使用埋入式爐底吹氬技術(shù)，每個(gè)使用者都從以下幾方面得到實(shí)惠:

（1） 減少廢品率

（2） 改善鑄件質(zhì)量

（3） 減少針孔

（4） 去除夾雜

（5） 減少氣體含量

（6） 溫度均勻化

（7） 合金元素及脫氧劑的均勻化

（8） 提高爐襯壽命

2.4 埋入式爐底吹氬需具備的條件

為保證透氣效果，埋入式爐底吹氬要求對于使用環(huán)境有一定的要求：氣體通過氣體擴(kuò)散器時(shí)經(jīng)過氣體擴(kuò)散器的調(diào)配，具有非常細(xì)小的具有穿透性的氣泡；爐底材料除了具有卓越的耐火性能外，同時(shí)具有良好的透氣性能；此外，需要整體澆注爐底以及線圈保護(hù)料，形成密室，避免氣體從爐底、線圈，或者從爐底與線圈結(jié)合處溢出。

3. 中頻爐埋入式爐底吹氬實(shí)例

目前，使用埋入式爐底吹氬方法的工廠遍布世界各地，其優(yōu)點(diǎn)主要包括：溫度溫度均勻化；提高鑄件質(zhì)量；減少[N]、[H]、[O]含量；去除夾渣，凈化鋼水；提高爐襯壽命等。

案例1:溫度均勻化

客戶：英國一家熔化高鎳合金的工廠（ UK melter ），容量5噸的爐子.

問題：在爐底以上大約250mm的位置由于局部溫度過高出現(xiàn)嚴(yán)重的侵蝕.

安裝氣體擴(kuò)散器進(jìn)行底部吹氬后立刻消除了這個(gè)問題。過去這個(gè)客戶爐襯壽命大約1周，使用氣體擴(kuò)散器后壽命提高到兩周。

案例2:提高鑄件強(qiáng)度

客戶：一家生產(chǎn)船用合金鋼的荷蘭公司.

問題：由于夾雜出現(xiàn)較高的廢品率.

安裝氣體擴(kuò)散器后，廢品率明顯降低。含鎳和鉻的工程鋼，其金屬的品質(zhì)得到大大改善。由于減少了夾雜，其機(jī)械強(qiáng)度提高了30%.

案例3:減少氮?dú)夂?/p>

客戶：一家英國的生產(chǎn)MoCrV  高合金鑄鐵的客戶，爐子大小為 600 公斤。

問題：對于液壓密封鑄件有非常高的廢品率C 他們的標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)N含量超過0.040%判定廢品。在安裝氣體擴(kuò)散器之前平均N含量是0.041%。安裝氣體擴(kuò)散器后，氬氣在熔化時(shí)打開出爐前關(guān)閉。一周后N含量0.033%，最低0.022%。達(dá)到了很好的降N的效果。

案例4：凈化熔體

客戶：一家美國鑄造廠（Texas, USA）, 專業(yè)生產(chǎn)高鎳鐵合金以及廣范圍耐磨鋼鑄件。

使用氣體擴(kuò)散器的優(yōu)勢：使用氣體擴(kuò)散器后明顯地降低了非金屬夾雜物。起初熔煉工明顯的感覺是吹氬后渣子數(shù)量增加，后經(jīng)金相檢驗(yàn)證實(shí)了熔體被凈化。

案例5 增加爐襯壽命

客戶：英國一家生產(chǎn)不銹鋼316的失蠟鑄造廠

之前爐齡平均75爐；第一次使用氣體擴(kuò)散器后爐齡達(dá)到120爐，目前平均170爐，氣孔率減少了 90%，廢品率大大減少。

國內(nèi)成功使用氣體擴(kuò)散器的廠商：

天津新偉祥、河北冀凱、佛山安德里茨、蘇州紐威、廣西鐘山長城、浙江武義麻陽鑄造、山西太鋼眾燁、遼寧龍新、北京安泰科技（非晶基地）、洛陽中信重工、浙江海鹽鼎盛、紹興天龍、無錫鷹普、深圳泰鋼、廣東中山鐵王、石家莊精誠、福建明鎰、浙江超達(dá)、寧波吉威、寧波萬冠、河北坤騰、河北保通、河北德龍、深圳震雄……..

4. 結(jié)論

（1）、埋入式爐底吹氬技術(shù)相較于傳統(tǒng)的接觸式吹氬，在透氣效果、安全性、耐用性等各方面有明顯優(yōu)勢。

（2）、中頻感應(yīng)爐熔煉采用氣體擴(kuò)散器進(jìn)行底部吹氬，可有效降低熔體中的有害氣體及氧化物夾雜含量，改善熔體質(zhì)量，提高鑄件等級。