[科普中国]-返回法

简介

以与所炼钢种成分相同或相近的返回废钢为主要炉料，在冶炼过程中加入另一部分炉料以调整成分的一种电弧炉炼钢方法。此法通常用于冶炼不锈钢和高级合金钢。采用此法的目的是回收废合金钢中价值高的金属元素如铬、镍、钴、钨、钼等，以降低钢的成本。某些高合金钢种，如合金工具钢、镍铬不锈钢、模具钢均可采用此法冶炼，返回废钢用量一般可达40%～60%;若电弧炉配加VOD炉冶炼不锈钢时，则返回废钢用量可达100%。返回法冶炼没有氧化期。要求原料清洁少锈，成分准确且含磷低。若利用车屑，事先要经过清洗处理1。

特征炉料熔化时，允许少量吹氧助熔，熔化末期可加适量碳粉、硅铁粉、硅钙粉或铝粉作预还原，使渣中氧化铬、氧化钒、氧化锰等部分还原后回入钢液中。待钢液温度和成分合适后，可不扒渣或扒去部分渣而进入还原期，还原操作同于其他电弧炉冶炼方法，分批加入扩散脱氧剂，使渣变成灰白渣、白渣，同时间隔取样，根据成分结果补加金属料。为提高有用元素的回收率，通常在还原期加入强脱氧剂铝粉和硅钙粉等。经过熔炼，原炉料中元素要损失一部分，其中铬损失10%～20%，钒损失约一半，铝几乎全部损失，而镍、钴、钨、钼则损失很少，在2%以下。

由于不锈钢含碳低含铬高，一般采用吹氧降碳，同时铬损失掉15%～20%。吹氧升温时炉衬也受侵蚀，为此吹氧操作应在高温下迅速进行。

返回法精炼铸造锡青铜工艺的提出由于铸造锡青铜的化学成分含Zn、Sn、Pb、Cu元素，中频炉采用传统铸造锡青铜熔炼工艺，这些元素极其容易与大气中的氧气发生化学反应，并形成氧化锌、氧化锡、氧化铜及氧化铅的络合物，降低了铜合金的收得率；如果形成的络合物再与游离于铜液中的铅形成包容体，增加了熔渣的密度，不能上浮至铜液表面，而这些残留在铜液内熔渣大大降低了铜液的流动性，在浇注薄壁件时，其容易使铸件产生浇不足、冷隔等铸造缺陷，同时在铸件凝固过程中造成铸件夹渣缺陷及铸件加工后产生渣孔缺陷。

如何解决传统铸造锡青铜熔炼工艺存在的问题，受返回法熔炼不锈钢工艺启发，提出了“返回法精炼铸造锡青铜工艺”，并开展了金相比较研究工作。一是熔化期降低铜合金的氧化过程，即减少金属氧化物的产生；二是通过精炼还原反应，对有用的铜合金，将以形成的氧化物进行强制还原，净化铜液的同时，提高铜合金的收得率，减少了铜合金的损耗2。

返回法精炼铸造锡青铜工艺要点熔炼设备：500 kg 中频感应炉；额定功率360kW；频率1 500 Hz；酸性捣打料炉衬。

（1） 熔化期一般是炉底加入部分碎料（回炉料），再加Cu，小功率预热后再加大功率熔化，最后加入Pb、Sn、Zn，上述炉料开始熔化后，加无水木炭覆盖熔池表面，此过程直至浇注完成。木炭的厚度不少于200 mm，大大降低了合金元素氧化，减少了熔渣的形成。

（2）返回法精炼过程对于浇铸薄壁铸件，当铜液在到达熔点时，再过热250 ℃，此时减小功率，保温即可，铜液表面覆盖的木炭的厚度不少于200 mm，此阶段停留时间不少于5 min。通过此过程，熔化期形成的金属氧化物会发生还原反应，高温的木炭促成了还原气氛，还原出熔渣里的铜合金，从而减少了铜液中的氧化物，铜液得到净化。此法熔炼时，铜合金的损耗经验数值不大于3%。

总结（1）采用返回法精炼铸造锡青铜工艺，由于加无水木炭覆盖熔池表面直至熔炼结束，熔化期大大降低了合金元素的氧化，减少了氧化锌、氧化锡、氧化铜及氧化铅的络合物熔渣的形成。

（2）通过返回法精炼，高温的木炭促成了还原气氛，可使已形成的合金元素氧化物再次还原，大大降低了金属液的氧化物含量，净化了铜液，提高了铜液的流动性，在浇注薄壁铸件（铸件最薄的壁厚只有2.16 mm）时，铸件产生浇不足、冷隔、夹杂物超标及加工面出现渣孔等铸造缺陷的风险降至最低。

（3） 返回法精炼铸造锡青铜工艺铜合金的耗损率经验数值由8%降至3%以下。

（4） 与传统铸造锡青铜熔炼工艺比较通过返回法精炼的铜液更纯净，材料有更好的力学性能3。