CN102534124A

CN102534124A - 真空感应冶炼高氧含量钢的方法

Info

Publication number: CN102534124A
Application number: CN2012100487013A
Authority: CN
Inventors: 贺莹莹; 周铖; 麻晗; 刘建民
Original assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: CN102534124B

Abstract

本发明公开了一种真空感应冶炼高氧含量钢的方法，该方法包括以下步骤：采用氧化铁皮或铁矿石作为供氧源，并在炉中充入氧气和氩气，调节炉内气压，合理优化氧化铁皮、合金料和石墨碳的加入顺序，从而保证高氧含量。本发明解决了高真空度与高氧含量的矛盾问题，极大地提高了钢水中的氧含量，为真空下冶炼高氧含量钢种提供了技术保证。

Description

真空感应冶炼高氧含量钢的方法

技术领域

本发明属于真空感应冶金技术领域，特别涉及一种真空感应冶炼高氧含量钢的方法。

背景技术

真空冶炼始于第一次世界大战期间，由于真空度较高，除能脱气外，还能除去合金中蒸气压较高的微量杂质，因此，一些高级特殊钢种也采用真空冶炼。现真空冶炼普遍用于脱氧、脱碳、提高合金收得率、微调钢液成分等。

真空感应冶炼的核心问题是碳氧反应，由于炉内真空度较高，一般炉内气压能够达到40～60Pa，CO的分压很低，破坏了碳氧的原有平衡，使得钢水中的氧含量很低。在真空下冶炼时，通常低碳钢的氧含量为30ppm，高碳钢的氧含量可以更低，达到20ppm以下。夏云进等曾在真空感应炉中尝试提高氧的含量，但都是以牺牲碳含量为前提，碳含量通常要求0.004％左右，因此，在真空下保持适当的碳含量、同时提高氧含量是相当困难的。

氧含量对某些钢种的性能有重要影响，比如易切削钢，其切削性能受MnS类型的影响，其中I类MnS(球形或纺锤形，单相MnS或氧化物与MnS的复相，均匀分布于基体)能够大大地提高切削性能，Sims等对不同类型MnS形成条件的研究中指出，氧含量大于120ppm时，有助于I类MnS的形成，因此，一般要求易切削钢的氧含量控制在100ppm～300ppm，提高I类MnS的比例，改善切削性能。目前各高校、研究院所、企业，均在积极开发高氧含量的新型环保易切削钢种，在实验室开发研究阶段均利用真空感应炉，冶炼的小钢锭氧含量通常在30ppm以下，无法真实反映设计成分的切削性能。

因此，如果能在真空感应炉中提高氧含量，可为易切削钢的实验室开发研究提供技术基础，加快我国易切削钢新品开发的步伐，并为后续车间的批量生产提供有力的技术保障。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空感应冶炼高氧含量钢的方法，采用氧化铁皮或铁矿石作为供氧源，并在炉中充入氧气和氩气，调节炉内气压为90000～101325Pa，依次加入氧化铁皮、合金料、石墨碳，从而保证高的氧含量。

一种真空感应冶炼高氧含量钢的方法的具体过程如下：

1)装料：将占装炉量60％～98％的工业纯铁装入坩埚；

2)抽真空：对真空感应炉的真空室抽真空，在真空度抽至40～60Pa后，充入2000～5000Pa氩气；

3)初炼：给真空感应炉送电，将工业纯铁在炉内感应熔炼至清；

4)精炼预脱碳：将占装炉量0.025％～0.05％的氧化铁皮装入坩埚，进行二次抽真空，使真空度达到50～100Pa，进行感应精炼，时间为3～10分钟；

5)预充氧：精炼结束后，向炉内充入1000～6000Pa氧气，提高钢液内氧的溶解量；

6)充氩气：向炉内充入氩气，使炉内气压达到90000～101300Pa；

7)增氧：向炉内加入占装炉量0.1％～0.4％氧化铁皮，并熔炼至清，与钢液混合均匀；

8)调整合金成分：按顺序向炉内加入合金料，进行合金化处理，增大电流，使合金快速熔化；

9)增碳：在合金熔化后，加入占装炉量0.08％～1％的石墨碳，并使碳尽快与钢液混合均匀，时间为1～3分钟；

10)出钢：待合金料全部熔清后，提高钢液温度至1600～1650℃，倒钢浇铸。

进一步的讲，步骤4)中所述的占装炉量0.025％～0.05％的氧化铁皮也可以为占装炉量0.03％～0.06％的铁矿石

更进一步的讲，步骤7)中所述的占装炉量0.1％～0.4％的氧化铁皮也可以为占装炉量0.2～0.5％的铁矿石

本发明提供一种真空感应冶炼高氧含量钢的方法的技术原理如下：

第一个问题是真空感应冶炼时钢液中氧的来源，本发明采用氧化铁皮作为供氧源，亦可采用铁矿石增加钢液中的氧含量；第二，高真空下碳氧浓度积很低，平衡氧含量低于40ppm，本发明采用向炉内充入氧气和氩气，降低炉内真空度，提高碳氧平衡浓度积，同时提高炉气中氧的分压，从而提高钢液中的溶解氧含量；第三，本发明合理优化了氧化铁皮、合金和石墨碳的加入顺序，将石墨碳在最后加入，缩短了碳氧反应时间，提高了钢液的氧含量；第四，本发明为最大限度地提高氧含量，在精炼时加入了氧化铁皮，去除工业纯铁中少量的碳；第五，本发明结合钢种所需要碳的目标值和氧的目标值，通过碳氧平衡浓度积及平衡公式，推算出炉内所需要的气压，并结合炉气中充入不同压力的氧气，从而得到所需要的不同的氧含量。

氧含量对易切削钢的切削性能有重要影响，一般要求氧含量控制在120ppm～300ppm，提高I类MnS的比例，改善切削性能。本发明针对真空环境下提高氧含量的技术难点一一给出了解决方案，成功地在真空感应炉中提高氧含量，使钢液中的氧含量控制为100～300ppm，同时保证碳含量大于0.05％，突破了真空冶炼的技术瓶颈，为易切削钢的实验室开发研究提供技术基础，加快我国易切削钢新品开发的步伐，并为后续车间的批量生产提供有力的技术保障。

具体实施方式

下面用实施例对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明有任何限制。本领域技术人员在本说明书的启示下对本发明实施中所作的任何变动都将落在权利要求书的范围内。

实施例1

在装炉量80kg的真空感应炉中，冶炼低碳高硫高氧的AISI 1215易切削钢。

1.目标钢种的化学成分：(单位：wt％)

2.原料：(单位：wt％)

3.具体操作步骤：

1)装料：将78kg的工业纯铁装入坩埚；

2)抽真空：将真空度抽至48Pa后，充入5000Pa氩气；

3)初炼：送电将78kg的工业纯铁在炉内感应熔炼至清；

4)精炼预脱碳：将40g的氧化铁皮装入坩埚，进行二次抽真空，使真空度达到68Pa，进行感应精炼，时间为8分钟，除去工业纯铁中的少量的C、N及其他易挥发的杂质元素；

5)预充氧：精炼结束后，向炉内充入5000Pa氧气，提高钢液内氧的溶解度；

6)充氩气：充入氩气，使炉内气压达到93700Pa；

7)增氧：向炉内加入氧化铁皮240g，并熔炼至清，与钢液混合均匀；

8)调整合金成分：按顺序向炉内加入合金料，锰铁合金950g、硫铁合金480g、磷铁合金260g，增大电流，使合金快速熔化；

9)增碳：最后加入石墨碳80g，使碳尽快与钢液混合均匀，时间为2分钟；

10)出钢：待合金料全部熔清后，提高钢液温度至1620℃，倒钢浇铸。

4.成分分析：(单位：wt％)

实施例2

1.目标钢种的化学成分：(单位：wt％)

2.原料：(单位：wt％)

与实施例1相同。

3.具体操作步骤：

1)装料：将78kg的工业纯铁装入坩埚；

2)抽真空：将真空度抽至48Pa后，充入5000Pa氩气；

3)初炼：送电将78kg的工业纯铁在炉内感应熔炼至清；

5)预充氧：精炼结束后，向炉内充入1000Pa氧气，提高钢液内氧的溶解度；

6)充氩气：充入氩气，使炉内气压达到98500Pa；

4.成分分析：(单位：wt％)

Claims

1.一种真空感应冶炼高氧含量钢的方法，包括以下步骤：

1)装料：将占装炉量60％～98％的工业纯铁装入坩埚；

4)精炼预脱碳：将占装炉量0.025％～0.05％的氧化铁皮装入坩埚，进行二次抽真空，使真空度达到50～100Pa，进行感应精炼，时间为3～10分钟，除去工业纯铁中的少量的C；

6)充氩气：向炉内充入氩气，使炉内气压达到90000～101300Pa；

10)出钢：待合金料全部熔清后，提高钢液温度至1580～1650℃，倒钢浇铸。

2.根据权利要求1所述的真空感应冶炼高氧含量钢的方法，其特征在于：在步骤4)中，所述的占装炉量0.025％～0.05％的氧化铁皮也可以为占装炉量0.03％～0.06％的铁矿石。

3.根据权利要求1所述的真空感应冶炼高氧含量钢的方法，其特征在于：在步骤7)中，所述的占装炉量0.1％～0.4％的氧化铁皮也可以为占装炉量0.2～0.5％的铁矿石。

4.根据权利要求1所述的真空感应冶炼高氧含量钢的方法，其特征在于：该方法可以使碳含量大于0.05％，同时钢液中的氧含量控制在100～300ppm。