钢液的合金化

9.3.4.6钢液的合金化炼钢过程中调整钢液合金成分的过程称为合金化。传统电炉炼钢的合金化可以在装料、氧化、还原过程中进行，也可在出钢时将合金加到钢包里；一般是在氧化末期、还原初期进行预合金化，在还原末期、出钢前或出钢过程进行合金成分微调。合金化操作主要指合金加入时间与加入的数量。要求合金元素加入后能迅速熔化，分布均匀，收得率高而且稳定，生成的夹杂物少并能快速上浮，不得使熔池温度波动过大。A合金元素的加入原则（1）金元素与氧的结合能力大小，决定在炉内的加入时间。对不易氧化的合金元素（如Co、Ni、Cu、Mo、W等）镂、多数随炉料装入，少量在氧化期或还原期加入。氧化法加W元素时，一般随稀薄渣料加入。加较易氧化的元素，如Mn、Cr（＜2%）一般在还原初期加入。硅铁一般在出钢前5min加入。钒铁（w[V]＜0.3%）在出钢前8~15min加入。对极易氧化的合金元素，如Al、Ti、B、稀土在出钢前或在钢水罐中加入。一般，合金元素加入量大的应早加，加入量小的宜晚加。（2）难熔的合金宜早加，如高熔点的钨铁、钼铁可在装料期或氧化期加入。（3）采用返回吹氧法或不氧化法冶炼高合金钢时，可以提前与炉料一起装入合金料，并在操作中采取相应措施提高其回收率。（4）钢中元素含量严格按厂标规格控制，以利于消除钢的力学性能波动。在许可的条件下，优先使用高碳铁合金，合金成分按中下限偏低控制，以降低钢的生产成本。为了准确地控制钢液成分，必须知道加入合金元素的收得率。炉渣的含氧量越高、黏度越大、渣量越大，均使合金收得率降低。此外，合金的熔点、密度、块度及合金加入时的钢液温度对收得率也有一定影响。合金加入时间与元素收得率关系可参考表9-9表9-9合金加入时间及回收率合金名称冶炼方法加入时间收得率，%镍装料加入氧化期加入，还原期调整＞9595~98钼铁装料或熔化末期加入，还原期调整＞95钨铁氧化法返回吹氧法氧化末或还原初装料90~95低W钢85~90高W钢92~98锰铁还原初出钢前95~97约98铬铁氧化法返回吹氧法还原初装料加入，还原期调整（不锈钢等）95~9880~90硅铁出钢前5~10min＞95钒铁出钢前8~10min（w[V]＜0.3%）出钢前20~30min（w[V]＞1%）约9595~98铌铁还原期加入90~95钛铁出钢前40~60硼铁出钢前30~50铝含铝钢出钢前8~15min扒渣加入75~85磷铁造中性渣还原期50硫磺造中性渣扒氧化渣插铝后或出钢时加入包中50~80稀土合金出钢前插铝后30~40B合金加入量计算（1）钢液量的校核。当计量不准或钢铁料质量波动时，会使实际钢液量（P）与计划钢液量（P0）出入较大，因此应首先校核钢液量，以作为正确计算合金料加入量的基础。由于钢中镍和钼的收得率比较稳定，故用镍和钼作为校核元素最为准确。对于不含镍和钼的钢液，也可以用锰元素来校核，但用锰校核的准确性较差。可根据式（9-39）校核钢水量。MPPM00（9-39）式中：P——钢液的实际质量，kg；P0——原计划的钢液质量，kg；ΔM——取样分析的校核元素增量，%；ΔM0——按P0计算的元素增量，%。例9-1原计划钢液质量为30t，加钼前钼的含量为0.12%，加钼后计算钼的含量为0.26%，实际分析不0.25%。求钢液的实际质量。解：kgP32307%12.0%25.0%12.0%26.03000＝由本例可以看出，钢中钼的含量仅差0.10%，钢液的实际质量就与原计划质量相差2300kg。然而化学分析往往出现±（0.01~0.03%）的偏差，这给准确校核钢液量带来困难。因此，式（9-39）只适用于理论上的计算，而实际生产中钢液量的校核一般采用式（9-40）计算：MGCP（9-40）式中：P——钢液的实际质量，kg；G——校核元素铁合金补加量，kg；C——校核元素铁合金的成分，%；ΔM——取样分析校核元素增量，%。例9-2往炉中加入钼铁15kg，钢液中的钼含量由0.20%增加到0.25%，已知钼铁中钼的成分为60%。求炉中钢液的实际质量。解：kgP18000%20.0%25.0%6015＝（2）单元素低合金（＜4%）加入量的计算。当合金加入量少时，可不计铁合金料加入后使钢液增重产生的影响，可按式（9-41）计算：%%%%合金元素收得率合金成分）－钢中残余成分钢液量（规格控制成分合金加入量（9-41）例9-3冶炼45钢，出钢量为25800kg，钢中残余锰为0.15%，控制含锰量为0.65%，锰铁含锰量68%，锰铁中锰收得率为98%，求锰铁加入量。验算：%65.0%1006.19325800%98%686.193%15.025800w[Mn]＝（3）单元素高合金（＞4%）加入量的计算。由于铁合金加入量大，加入后钢液明显增重，故应考虑钢液增重产生的影响。此计算式（减本身法）为：%%%%%）合金元素收得率－规格控制成分（合金成分）－钢中残余成分钢液量（规格控制成分合金加入量在实际生产中，合金加入量在2%以上时，应按高合金加入量计算。本式也适用于低合金加入量的计算。例9-4冶炼1Cr13不锈钢，钢液量为10000kg，炉中含铬量为10%，控制含铬量为13%，铬铁含铬量为65%，铬收得率为96%，求铬铁加入量。解：kg601%96%13%65%10%131000＝）（）（铬铁加入量（4）多元素高合金加入量的计算。加入的合金元素在两种或两种以上，合金成分的总量已达到中、高合金的范围，加入一种合金元素对其他元素在钢中的含量都有影响，采用简单地分别计算是达不到要求的。现场常用补加系数法进行计算。调整某一钢种化学成分时，铁合金补加系数是：单位质量的不含合金元素的钢水，在用该成分的铁合金化成该钢种要求成分时，所应补加的铁合金量。补加系数法计算共分六步：1）求炉内钢液量：钢液量＝装料量×收得率%，其中收得率为95~97%。2）求加入合金料初步用量和初步总用量。3）求合金料比分。把化学成分规格含量，换成相应合金料占有百分数：%100%%%合金料成分规格控制成分＝合金料占有量4）求纯钢液比分——补加系数：%100%%纯钢液占有量合金料占有量铁合金补加系数＝纯钢液占有量＝100%－各项合金占有量之和%5）求补加量：用单元素低合金公式分别求出各种铁合金的补加量。6）求合金料用量及总用量。例9-5冶炼W18Cr4V高速工具钢，装料量为10t，其他数据如下：成分，%规格范围控制成分炉中成分Fe-W成分Fe-Cr成分Fe-V成分w[W]17.5/19.518.217.680w[Cr]3.8/4.44.23.370w[V]1.0/1.41.20.642求各种合金料用量。解：1）求炉内钢液量：钢液量＝10000×97%＝9700kg2）求合金料初步用量：kgWFe73%80%)6.17%2.18(9700＝kgCrFe125%70%)3.3%2.4(9700＝kgVFe139%42%)6.0%2.1(9700＝合金料初步总用量＝73+125+139＝337kg3）求合金料比分：%8.22%100%80%2.18＝WFe%6%100%70%2.4＝CrFe%9.2%100%42%2.1＝VFe纯钢液占有量＝100－（22.8%+6%+2.9%）＝68.3%4）求补加系数。补加系数，即纯钢液的合金成分占有量。334.03.688.22＝WFe088.03.686＝CrFe043.03.689.2＝VFe5）求补加合金料量：Fe-W＝337×0.334＝112.5kgFe-Cr＝337×0.088＝29.5kgFe-V＝337×0.043＝14.5kg合计112.5++29.5+14.5＝156.5kg最终钢液量＝9700+337+156.5＝10193.5kg6）求各合金料加入总量：Fe-W＝73+112.5＝185.5kgFe-Cr＝125+29.5＝154.5kgFe-V＝139+14.5＝153.5kg验算：最终钢液量成分加入总量含量钢中残余原钢液量钢中钨含量＝%w-FeW-Fe%W%2.185.10193%805.185%6.179700＝钢中钨含量＝验算证明上述补加合金料的计算是正确的，同样可验算校核钢中铬、钒的含量。采用补加系数法计算多元高合金料加入量，生产中只要知道合金成分含量，补加系数可以事先算好，其他几步计算会很快得出结果。（5）联合计算法。配制一种含碳的铁合金料，要求这种合金料的碳与合金元素含量同时满足该钢种规格要求的计算，称为联合计算法。联合计算既能满足钢种配碳量的要求，又能使用廉价的高碳合金料以降低钢的生产成本，在特钢生产中是一种合金料加入时的重要计算方法。例9-6钢液量为15t，钢液中含铬量为10%，含碳量为0.20%。现有高碳铬铁含铬量为65%，含碳量为7%，低碳铬铁含铬量为62%，含碳量为042%。要求控制钢液中铬量为13%，含碳量为0.4%，求高碳铬铁和低碳铬铁用量。第一种解法：先从满足配碳量求出高碳铬铁的加入量。1）kg5.454%4.0%70.2%%4.015000＝－）（高碳铬铁加入量＝2）加入高碳铬铁后，钢液中含铬量为：%62.115.45415000%655.454%1015000＝钢中含铬量＝在计算上应算到小数点后面两位数才准确。3）求低碳铬铁加入量：kg05.435%132%62%6.11%135.15454＝－）（低碳铬铁加入量＝最终钢液量＝15000+454.5+435.05＝15889.55kg第二种解法：高加入高碳铬铁为xkg，低碳铬铁为ykg。%4.00.2%15000(0.4%0.4%y7%x%1310%15000(13%62%y65%x）（）－）（）－yxyxX=454.5kg，y=436.04kg