CN112964062A - 真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法。所述方法的捣打坩埚工序包括：在真空感应熔炼炉中感应圈内的底部，采用耐火材料打结出坩埚底，将所述坩埚底上表面的耐火材料刮平；将以坩埚内腔尺寸作为外形尺寸制作的模芯在所述坩埚底上居中放置，而后逐层加料并夯实，以形成坩埚壁；其中，每当向模芯和感应圈之间的空腔中加入厚度为5～10cm的一层耐火材料，使用振动器夯实，而后将该层耐火材料的上部1～3cm划松，再加入下一层耐火材料；使用预制的成型砖在所述坩埚壁上方制备出坩埚嘴；或者将与水均匀混合后的耐火材料置于所述坩埚壁上方的坩埚嘴预设位置处并且夯实，而后整形出坩埚嘴。所述坩埚的各处壁厚均匀，且层与层之间的连接紧密。

Description

真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法

技术领域

本发明属于炼钢设备制造技术领域，涉及一种真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法。

背景技术

坩埚是真空感应熔炼炉必不可少的结构，在采用真空感应熔炼炉进行钢铁熔炼时，由于坩埚直接接触钢水，一方面，坩埚的结构将可能直接影响到所炼制钢水的纯净度，另一方面，坩埚的结构也会受到钢水的冲刷和侵蚀。由此，坩埚的制造过程，直接关系到坩埚的结构，进而关系到钢水的纯净度、坩埚的寿命等方面，相应的间接影响到钢铁的品质和冶炼成本。

例如，现有技术中所制备而成的坩埚，由于制备方法中打结工序的原因，容易产生坩埚壁厚不均匀、坩埚烘烤烧结之后出现横向裂纹、坩埚内部掉砂等问题，其中：壁厚不均匀会大大降低坩埚的使用寿命，横向裂纹的出现也会降低坩埚的使用寿命甚至导致坩埚直接报废，而坩埚内部掉砂则会导致后续坩埚中钢液的纯净度下降。

再例如，现有的坩埚制备方法中，通常会采用石墨芯，并通过感应加热石墨芯的方式来对打结出的坩埚进行烘烤烧结，然而：在烘烤烧结完成之后，需要从坩埚中拔出石墨芯，此时往往会因为石墨芯对坩埚的拉拽力而导致坩埚产生裂纹甚至直接报废；再者，很难在烘烤烧结过程中进行全程(尤其是后期)温度监控，进而因温度控制不合理而导致坩埚的烧结不充分或者烧结过度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法，其至少解决背景技术中所提到的由于打结工序而导致坩埚结构不良的问题。

为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法，其包括依序进行的捣打坩埚工序和烘烤烧结工序；

所述捣打坩埚工序包括：

在真空感应熔炼炉中感应圈内的底部，采用耐火材料打结出坩埚底，将所述坩埚底上表面的耐火材料刮平；

将以坩埚内腔尺寸作为外形尺寸制作的模芯在所述坩埚底上居中放置，而后向模芯和感应圈之间的空腔中逐层加料并夯实，以形成坩埚壁；其中，每当向模芯和感应圈之间的空腔中加入厚度为5～10cm的一层耐火材料，使用振动器夯实，而后将该层耐火材料的上部1～3cm划松，再加入下一层耐火材料；

使用预制的成型砖在所述坩埚壁上方制备出坩埚嘴；或者将与水均匀混合后的耐火材料置于所述坩埚壁上方的坩埚嘴预设位置处并且夯实，而后整形出坩埚嘴。

如此，与现有技术相比，本发明一实施方式，坩埚壁通过逐层加料并夯实的捣打方式，以及在每层耐火材料夯实后进行部分划松，从而使得坩埚壁的各处壁厚均匀，且层与层之间的连接紧密而避免了现有技术出现的横向裂纹缺陷和内部掉砂缺陷，进而提升了坩埚生产良率、使用寿命，能够保证后续熔炼钢铁过程中的钢液纯净度更可控。

优选地，所述耐火材料包括氧化铝；

在所述“将与水均匀混合后的耐火材料置于所述坩埚壁上方的坩埚嘴预设位置处并且夯实”中，按照水重量为耐火材料重量的2％～8％的比例，将耐火材料和水混合并搅拌均匀，而后再将耐火材料置于所述坩埚壁上方的坩埚嘴预设位置处并且夯实，之后可通过工具整形出坩埚嘴，包括整形出坩埚嘴的流道底部弧度和内侧倒角等结构。如此，通过设置含氧化铝材质的坩埚，可以使得坩埚具有良好的抗热震性和使用寿命，而且通过耐火材料和水的配比优化，使得坩埚嘴的结构更优。

优选地，所述模芯为铁模芯；在所述烘烤烧结工序中，将所述感应圈通电，以感应加热所述铁模芯及布在所述铁模芯内的炉料，所述炉料选用工业纯铁，至所述铁模芯及所述炉料全部熔化后出钢，得到烧结后的坩埚。

如此，与现有技术相比，本发明一实施方式，通过铁模芯和工业纯铁的炉料设置，在通过感应圈的感应加热来进行坩埚的烘烤烧结时，铁模芯和炉料可以受热熔化，在烧结完成后可以直接通过液态方式出钢，不会产生如背景技术中石墨芯一样对坩埚造成拉拽，进而解决了由该拉拽所产生的坩埚裂纹甚至报废的问题，保证了坩埚的良率，降低了坩埚烧结后的模芯的取出难度；再者在坩埚制备的同时可以提供出铁水，若铁水合理利用于钢材制备中去，则可以一举两得，节约能源。

优选地，所述铁模芯的侧壁的内壁面设有防护管，或者其侧壁的壁内部设有空腔，所述防护管或者所述空腔自所述铁模芯的上边沿向下延伸；

在所述烘烤烧结工序中：

先根据布置在所述防护管或所述空腔中的炉壁热电偶所感测到的坩埚壁的温度T1，控制所述感应圈持续加热，直至T1达到第一预设温度T01，所述第一预设温度T01小于铁的熔点；

再在所述铁模芯及所述炉料熔化后，根据真空感应熔炼炉自带的浸入式热电偶所感测到的铁水的温度T2，控制所述感应圈的送电功率。

如此，与现有技术相比，本发明一实施方式，在烘烤烧结工序的低温阶段(比如低于铁的熔点之前)，此时铁模芯和炉料均呈固态形式，通过铁模芯的侧壁处的炉壁热电偶来监控温度变化，而在在烘烤烧结工序的高温阶段(比如铁的熔点附近以及往上)，此时铁模芯和炉料均熔化为液态形式，直接可以采用真空感应熔炼炉自带的浸入式热电偶来感测铁水温度，由此可以实现整个烘烤烧结工序中的温度管控，避免因温度无法有效监测而影响到坩埚的结构/性能的优化。

优选地，所述防护管或者所述空腔在竖直方向上的延伸高度不小于所述坩埚内腔的深度的0.55～0.65倍；所述炉壁热电偶的探测头自上而下伸入所述防护管或者所述空腔中，并向下延伸的高度为所述坩埚内腔的深度的0.55～0.65倍。如此，一方面设置了炉壁热电偶的探测头的位置，可以实现对炉壁的温度的更精准监测；再一方面，通过防护管或空腔的设置，使得炉壁热电偶得到充分保护，避免炉壁热电偶的损坏，提升炉壁热电偶的使用寿命。

优选地，所述烘烤烧结工序包括先后进行的：

(1)非真空烘烤阶段

将所述感应圈通电，至所述坩埚壁的温度T1达到第一预设温度T01，所述第一预设温度T01为1100±20℃；

(2)真空烧结阶段

将所述感应圈断电，而后将所述真空感应熔炼炉合炉并抽真空，再在维持真空状态下，控制所述感应圈持续感应加热所述铁模芯及所述炉料，直至所述铁模芯及所述炉料全部熔化。

如此，本发明一实施方式，在1100±20℃以下时，温度低于铁的熔点，铁模芯依然维持着固态形式，这时在非真空的氛围下进行烘烤；同时，随着温度的升高而铁在空气中的氧化会逐渐严重，此时及时地变化为真空氛围，以避免因铁模芯、炉料过于氧化而产生大量黏附于坩埚内壁且难以清除的氧化层，进而保证后续熔炼钢铁时对纯净度的控制；而且该过程中铁模芯和炉料所化成的铁水的纯净度也较高、铁损较小，从而方便对铁水进行有效利用，节约能耗；再一方面，烘烤烧结工序的先大气状态下低温烘烤、再真空高温烘烤的方式，可以使得坩埚中的大量水汽蒸发到空气中，而避免大量水汽进入真空感应熔炼炉的过滤设备及泵组中而产生不利影响。

优选地，所述非真空烘烤阶段包括依序进行的：

第一升温段，所述坩埚壁的温度T1以130～160℃/h的加热速率升高至500±20℃；

第一保温段，所述坩埚壁的温度T1在500±20℃维持2～3h；

第二升温段，所述坩埚壁的温度T1以130～160℃/h的加热速率升高至1100±20℃；

第二保温段，所述坩埚壁的温度T1在1100±20℃维持2～3h。如此，本发明一实施方式，通过逐渐升温、保温、升温和保温的过程，并设计各个温段的温度变化速率(如前述加热速率)和目标温度，使得升温过程缓慢进行，从而利于水分从坩埚的耐火材料中充分溢出，达到尽量去除水汽的目的。

优选地，所述真空烧结阶段包括在维持真空状态下依序进行的：

化料升温段，所述感应圈感应加热所述铁模芯及所述炉料，直至所述铁模芯及所述炉料全部熔化成铁水，此时所述铁水的温度T2维持至少30min恒定不变；

再升温段，所述铁水的温度T2升高至1680±20℃；

再保温段，所述铁水的温度T2在1680±20℃维持1～2h；

搅拌出钢段，将所述感应圈断电后，并将所述真空感应熔炼炉切换至搅拌模式以对铁水进行搅拌，搅拌均匀后调整所述铁水的温度T2至1620±30℃，而后在所述感应圈通电的状态下出钢。如此，本发明一实施方式，可以实现对坩埚的有效烧结，相较于现有技术可以大大提升坩埚的结构强度和致密性。

优选地，在所述非真空烘烤阶段中，在将所述感应圈通电之前，所述炉料在所述铁模芯内以下紧上松的方式布置，且其上表面不低于坩埚的上边沿；

并且，所述化料升温段中，在所述铁模芯及所述炉料全部熔化成铁水之前，通过所述真空感应熔炼炉的加料室，使用加料桶在真空状态下向坩埚中再次补料。如此，在感应圈通电之前，就提前进行了布料，并且保证布料的高度，以及再次补料，使得感应圈通电加热时，坩埚各处可以受热均匀且烧结到位，进而保证坩埚的各个位置均具有极佳的结构强度和致密性。

优选地，在所述真空烧结阶段中，将所述感应圈断电之后且将所述真空感应熔炼炉合炉并抽真空之前，将布置在所述铁模芯的侧壁处以用于感测所述坩埚壁的温度T1的炉壁热电偶拔出。通过将炉壁热电偶及时拔出，可以避免炉壁热电偶烧毁，而且避免烧坏之后的热电偶构成铁水中的杂质，再者操作顺序的设置可以保证生产过程的安全性。

本发明的另一目的在于提供一种真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法，其至少解决背景技术中所提到的采用感应加热石墨芯而导致坩埚裂纹甚至报废的问题。

为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法，其包括依序进行的：

(一)捣打坩埚工序

在真空感应熔炼炉中感应圈内的底部，采用耐火材料打结出坩埚底；将以坩埚内腔尺寸作为外形尺寸制作的铁模芯在所述坩埚底上居中放置，而后向铁模芯和感应圈之间的空腔中加耐火材料并夯实，以形成坩埚壁；

(二)烘烤烧结工序

将所述感应圈通电，以感应加热所述铁模芯及布在所述铁模芯内的炉料，所述炉料选用工业纯铁，至所述铁模芯及所述炉料全部熔化后出钢，得到烧结后的坩埚。

如此，与现有技术相比，本发明一实施方式，通过铁模芯和工业纯铁的炉料设置，在通过感应圈的感应加热来进行坩埚的烘烤烧结时，铁模芯和炉料可以受热熔化，在烧结完成后可以直接通过液态方式出钢，不会产生如背景技术中石墨芯一样对坩埚造成拉拽，进而解决了由该拉拽所产生的坩埚裂纹甚至报废的问题，保证了坩埚的良率，降低了坩埚烧结后的模芯的取出难度；再者在坩埚制备的同时可以提供出铁水，若铁水合理利用于钢材制备中去，则可以一举两得，节约能源。

优选地，所述铁模芯的侧壁的内壁面设有防护管，或者其侧壁的壁内部设有空腔，所述防护管或者所述空腔自所述铁模芯的上边沿向下延伸；

在所述烘烤烧结工序中：

先根据布置在所述防护管或所述空腔中的炉壁热电偶所感测到的坩埚壁的温度T1，控制所述感应圈持续加热，直至T1达到第一预设温度T01，所述第一预设温度T01小于铁的熔点；

再在所述铁模芯及所述炉料熔化后，根据真空感应熔炼炉自带的浸入式热电偶所感测到的铁水的温度T2，控制所述感应圈的送电功率。

如此，与现有技术相比，本发明一实施方式，在烘烤烧结工序的低温阶段(比如低于铁的熔点之前)，此时铁模芯和炉料均呈固态形式，通过铁模芯的侧壁处的炉壁热电偶来监控温度变化，而在在烘烤烧结工序的高温阶段(比如铁的熔点附近以及往上)，此时铁模芯和炉料均熔化为液态形式，直接可以采用真空感应熔炼炉自带的浸入式热电偶来感测铁水温度，由此可以实现整个烘烤烧结工序中的温度管控，避免因温度无法有效监测而影响到坩埚的结构/性能的优化。

优选地，所述防护管或者所述空腔在竖直方向上的延伸高度不小于所述坩埚内腔的深度的0.55～0.65倍；所述炉壁热电偶的探测头自上而下伸入所述防护管或者所述空腔中，并向下延伸的高度为所述坩埚内腔的深度的0.55～0.65倍。如此，一方面设置了炉壁热电偶的探测头的位置，可以实现对坩埚壁的温度的更精准监测；再一方面，通过防护管或空腔的设置，使得炉壁热电偶得到充分保护，避免炉壁热电偶的损坏，提升炉壁热电偶的使用寿命。

优选地，所述烘烤烧结工序包括先后进行的：

(1)非真空烘烤阶段

将所述感应圈通电，至所述坩埚壁的温度T1达到第一预设温度T01，所述第一预设温度T01为1100±20℃；

(2)真空烧结阶段

将所述感应圈断电，而后将所述真空感应熔炼炉合炉并抽真空，再在维持真空状态下，控制所述感应圈持续感应加热所述铁模芯及所述炉料，直至所述铁模芯及所述炉料全部熔化。

如此，本发明一实施方式，在1100±20℃以下时，温度低于铁的熔点，铁模芯依然维持着固态形式，这时在非真空的氛围下进行烘烤；同时，随着温度的升高而铁在空气中的氧化会逐渐严重，此时及时地变化为真空氛围，以避免因铁模芯、炉料过于氧化而产生大量黏附于坩埚内壁且难以清除的氧化层，进而保证后续熔炼钢铁时对纯净度的控制；而且该过程中铁模芯和炉料所化成的铁水的纯净度也较高、铁损较小，从而方便对铁水进行有效利用，节约能耗；再一方面，烘烤烧结工序的先大气状态下低温烘烤、再真空高温烘烤的方式，可以使得坩埚中的大量水汽蒸发到空气中，而避免大量水汽进入真空感应熔炼炉的过滤设备及泵组中而产生不利影响。

优选地，所述非真空烘烤阶段包括依序进行的：

第一升温段，所述坩埚壁的温度T1以130～160℃/h的加热速率升高至500±20℃；

第一保温段，所述坩埚壁的温度T1在500±20℃维持2～3h；

第二升温段，所述坩埚壁的温度T1以130～160℃/h的加热速率升高至1100±20℃；

第二保温段，所述坩埚壁的温度T1在1100±20℃维持2～3h。如此，本发明一实施方式，通过逐渐升温、保温、升温和保温的过程，并设计各个温段的温度变化速率(如前述加热速率)和目标温度，使得升温过程缓慢进行，从而利于水分从坩埚的耐火材料中充分溢出，达到尽量去除水汽的目的。

优选地，所述真空烧结阶段包括在维持真空状态下依序进行的：

化料升温段，所述感应圈感应加热所述铁模芯及所述炉料，直至所述铁模芯及所述炉料全部熔化成铁水，此时所述铁水的温度T2维持至少30min恒定不变；

再升温段，所述铁水的温度T2升高至1680±20℃；

再保温段，所述铁水的温度T2在1680±20℃维持1～2h；

搅拌出钢段，将所述感应圈断电后，并将所述真空感应熔炼炉切换至搅拌模式以对铁水进行搅拌，搅拌均匀后调整所述铁水的温度T2至1620±30℃，而后在所述感应圈通电的状态下出钢。如此，本发明一实施方式，可以实现对坩埚的有效烧结，相较于现有技术可以大大提升坩埚的结构强度和致密性。

优选地，在所述非真空烘烤阶段中，在将所述感应圈通电之前，所述炉料在所述铁模芯内以下紧上松的方式布置，且其上表面不低于坩埚的上边沿；

并且，所述化料升温段中，在所述铁模芯及所述炉料全部熔化成铁水之前，通过所述真空感应熔炼炉的加料室，使用加料桶在真空状态下向坩埚中再次补料。如此，在感应圈通电之前，就提前进行了布料，并且保证布料的高度，以及再次补料，使得感应圈通电加热时，坩埚各处可以受热均匀且烧结到位，进而保证坩埚的各个位置均具有极佳的结构强度和致密性。

优选地，在所述真空烧结阶段中，将所述感应圈断电之后且将所述真空感应熔炼炉合炉并抽真空之前，将布置在所述铁模芯的侧壁处以用于感测所述坩埚壁的温度T1的炉壁热电偶拔出。通过将炉壁热电偶及时拔出，可以避免炉壁热电偶烧毁，而且避免烧坏之后的热电偶构成铁水中的杂质，再者操作顺序的设置可以保证生产过程的安全性。

优选地，所述耐火材料包括氧化铝；

在所述“向铁模芯和感应圈之间的空腔中加耐火材料并夯实”时，向模芯和感应圈之间的空腔中逐层加料并夯实；并且，每当向模芯和感应圈之间的空腔中加入厚度为5～10cm的一层耐火材料，使用振动器夯实，而后将该层耐火材料的上部1～3cm划松，再加入下一层耐火材料。

如此，与现有技术相比，本发明一实施方式，坩埚壁通过逐层加料并夯实的捣打方式，以及在每层耐火材料夯实后进行部分划松，从而使得坩埚壁的各处壁厚均匀，且层与层之间的连接紧密而避免了现有技术出现的横向裂纹缺陷和内部掉砂缺陷，进而提升了坩埚生产良率、使用寿命，能够保证后续熔炼钢铁过程中的钢液纯净度更可控；并且，通过设置含氧化铝材质的坩埚，可以使得坩埚具有良好的抗热震性和使用寿命。

优选地，在所述“形成坩埚壁”之后，使用预制的成型砖在所述坩埚壁上方制备出坩埚嘴；或者按照水重量为耐火材料重量的2％～8％的比例，将耐火材料和水混合并搅拌均匀，而后再将耐火材料置于所述坩埚壁上方的坩埚嘴预设位置处并且夯实，之后可通过工具整形出坩埚嘴，包括整形出坩埚嘴的流道底部弧度和内侧倒角等结构。如此，通过耐火材料和水的配比优化，使得坩埚嘴的结构更优。

附图说明

图1是本发明一实施方式的坩埚制备方法中捣打坩埚工序的流程图；

图2是本发明一实施方式的坩埚制备方法中烘烤烧结工序的温度与时间关系曲线图。

具体实施方式

本发明一实施方式提供了一种真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法。也即所述制备方法所制成的坩埚，可以应用于真空感应熔炼炉内，以进一步用于实现钢水的真空熔炼。具体地，所述制备方法大致上包括依序进行的捣打坩埚工序和烘烤烧结工序；也即，先进行捣打坩埚，而后再将打结出的坩埚进行烘烤烧结。

在本实施方式中，参看图1，所述捣打坩埚工序大致包括依序进行的打结坩埚底、打结坩埚壁和制备坩埚嘴三个阶段，其中：

(1)打结坩埚底时

在真空感应熔炼炉中感应圈内的底部，采用耐火材料打结出坩埚底，坩埚底打结完成后，将所述坩埚底上表面的耐火材料刮平；

(2)打结坩埚壁时

将以坩埚内腔尺寸作为外形尺寸制作的模芯在所述坩埚底上居中放置，也即该模芯的外形尺寸与所希望制作的坩埚的内腔尺寸相一致，且模芯的中轴线与真空感应熔炼炉中感应圈的中轴线相重合；如此，在放置好模芯之后，模芯的侧壁外壁面与感应圈之间会形成一个空腔，该空腔处可供形成并容纳接下来制备的坩埚壁；

而后向模芯和感应圈之间的空腔中逐层加料并夯实，以形成坩埚壁；所谓的“逐层加料并夯实”，也即，每当向模芯和感应圈之间的空腔中加入厚度为5～10cm的一层耐火材料，使用振动器夯实，而后将该层耐火材料的上部1～3cm划松，再加入下一层耐火材料，如此按照加料-振动夯实-划松的过程重复循环，直至坩埚壁捣打结束；

通常制备出的坩埚壁的上边沿齐平于模芯的上边沿；

(3)制备坩埚嘴时

坩埚嘴可以采用成型砖制备或者湿打方式制备，也即：一种方式，可以使用预制的成型砖在所述坩埚壁上方制备出坩埚嘴；或者，另一种方式，将与水均匀混合后的耐火材料置于所述坩埚壁上方的坩埚嘴预设位置处并且夯实，而后整形出坩埚嘴。

至此，捣打坩埚工序完成，而后可以采用本领域已知的任意适配方式来对坩埚进行烘烤烧结(也即所述烘烤烧结工序)，即可完成坩埚的制备。

与现有技术相比，本发明一实施方式，坩埚壁通过逐层加料并夯实的捣打方式，以及在每层耐火材料夯实后进行部分划松，从而使得坩埚壁的各处壁厚均匀，且层与层之间的连接紧密而避免了现有技术出现的横向裂纹缺陷和内部掉砂缺陷，进而提升了坩埚生产良率、使用寿命，能够保证后续熔炼钢铁过程中的钢液纯净度更可控。

进一步地，一优选实施方式中，所述耐火材料包括氧化铝，也即所制备的坩埚为氧化铝材质坩埚，如此，通过设置含氧化铝材质的坩埚，可以使得坩埚具有良好的抗热震性和使用寿命。

进一步地，在前述的“将与水均匀混合后的耐火材料置于所述坩埚壁上方的坩埚嘴预设位置处并且夯实”中，按照水重量为耐火材料重量的2％～8％的比例，将耐火材料和水混合并搅拌均匀，而后再将耐火材料置于所述坩埚壁上方的坩埚嘴预设位置处并且夯实，之后可通过工具整形出坩埚嘴，包括整形出坩埚嘴的流道底部弧度和内侧倒角等结构。如此，通过耐火材料和水的配比优化，使得坩埚嘴的结构更优。

进一步地，一优选实施方式中，所述模芯为铁模芯，如此，可以采用感应加热铁模芯的方式进行坩埚的烘烤烧结；具体地，在所述烘烤烧结工序中，将所述感应圈通电，以感应加热所述铁模芯及布在所述铁模芯内的炉料，所述炉料选用工业纯铁，至所述铁模芯及所述炉料全部熔化后出钢，得到烧结后的坩埚。如此，与现有技术相比，本发明一实施方式，通过铁模芯和工业纯铁的炉料设置，在通过感应圈的感应加热来进行坩埚的烘烤烧结时，铁模芯和炉料可以受热熔化，在烧结完成后可以直接通过液态方式出钢，不会如背景技术中石墨芯一样对坩埚造成拉拽，进而避免了由该拉拽所产生的坩埚裂纹甚至报废的问题，保证了坩埚的良率，降低了坩埚烧结后的模芯的取出难度；再者在坩埚制备的同时可以提供出铁水，若铁水合理利用于钢材制备中去，则可以一举两得，节约能源。

而进一步优选地，所述铁模芯的侧壁的内壁面设有防护管，该防护管可以通过焊接的方式固定设置在铁模芯的侧壁的内壁面，该防护管自所述铁模芯的上边沿向下延伸，进而该防护管内部可以用于配置后文所提到的炉壁热电偶，以便于在烘烤烧结工序中炉壁热电偶进行坩埚壁的温度T1进行监测时，实现对炉壁热电偶的保护。当然，在变化实施时，防护管还可以由在所述铁模芯的侧壁的壁内部进行设置的中空腔所替代，也即在铁模芯的侧壁的内壁面和外壁面之间形成中空腔。

所述防护管具体可以选用内径为8～12mm的无缝管，其具体可以在所述烘烤烧结工序的初期，例如前述的“将所述感应圈通电”之前，通过焊接的方式设置于铁模芯的侧壁的内壁面上，也可以在所述捣打坩埚工序中准备铁模芯时就已经焊在了铁模芯的内壁面上。

进一步地，一优选实施方式中，在所述烘烤烧结工序中：

先根据布置在所述防护管(或所述中空腔)中的炉壁热电偶所感测到的坩埚壁的温度T1，控制所述感应圈持续加热，直至T1达到第一预设温度T01，所述第一预设温度T01小于铁的熔点1535℃；

而后，再在所述铁模芯及所述炉料熔化后，根据真空感应熔炼炉自带的浸入式热电偶所感测到的铁水的温度T2，控制所述感应圈的送电功率。

如此，与现有石墨芯的技术相比，本发明一实施方式，在烘烤烧结工序的低温阶段(比如低于铁的熔点之前)，此时铁模芯和炉料均呈固态形式，通过铁模芯的侧壁处的炉壁热电偶来监控温度变化，而在在烘烤烧结工序的高温阶段(比如铁的熔点附近以及往上)，此时铁模芯和炉料均熔化为液态形式，直接可以采用真空感应熔炼炉自带的浸入式热电偶来感测铁水温度，由此可以实现整个烘烤烧结工序中的温度管控，避免因温度无法有效监测而影响到坩埚的结构/性能的优化。

优选地，所述防护管(或者所述中空腔)在竖直方向上的延伸高度不小于所述坩埚内腔的深度的0.55～0.65倍，也即，坩埚内腔的深度为D，则防护管从与坩埚上边沿齐平处至其下部末端的高度，为(0.55～0.65)D；而对应的，所述炉壁热电偶的探测头自上而下伸入所述防护管或者所述空腔中，并向下延伸的高度为所述坩埚内腔的深度的0.55～0.65倍，也即，炉壁热电偶的探测头距离坩埚上边沿约为(0.55～0.65)D。

可以理解的，炉壁热电偶所感测到的坩埚壁的温度T1基本上可以用于表征坩埚壁的温度变化，如此，一方面设置了炉壁热电偶的探测头的位置，可以实现对坩埚壁的温度的更精准监测，本实施方式所选定的(0.55～0.65)D基本上为坩埚的最高温度位置，以此处监测到的温度T1作为工艺控制依据，可以利于提升烘烤烧结效果；再一方面，通过防护管或空腔的设置，使得炉壁热电偶得到充分保护，避免炉壁热电偶的损坏，提升炉壁热电偶的使用寿命。

炉壁热电偶具体可以采用K型热电偶，其上端可以通过导线连接至数显仪及电源等，以便于根据其检测到的温度T1来实现烘烤烧结工序中的温度控制。

进一步地，参看附图2，一优选实施方式中，所述烘烤烧结工序包括先后进行的非真空烘烤阶段和真空烧结阶段。其中：

(1)在非真空烘烤阶段中

将所述感应圈通电，至所述坩埚壁的温度T1达到第一预设温度T01，所述第一预设温度T01为1100±20℃，也即保持所述感应圈持续加热所述铁模芯及内部的炉料，直至炉壁热电偶感测到的温度T1达到1100±20℃；

之后进入真空烧结阶段；

(2)在真空烧结阶段中

先将所述感应圈断电，而后将所述真空感应熔炼炉合炉并抽真空，再在维持真空状态下，控制所述感应圈持续感应加热所述铁模芯及所述炉料，直至所述铁模芯及所述炉料全部熔化；也即，先后依次进行感应圈断电、真空感应熔炼炉合炉并抽真空、感应圈通电的操作，而后保持所述感应圈持续加热。

如此，本发明一实施方式，在1100±20℃以下时，温度低于铁的熔点，铁模芯依然维持着固态形式，这时在非真空的氛围下进行烘烤；随着温度的升高，铁在空气中的氧化会逐渐严重，此时及时地变化为真空氛围，以避免因铁模芯、炉料过于氧化而产生大量黏附于坩埚内壁且难以清除的氧化层，进而保证后续熔炼钢铁时对纯净度的控制；而且该过程中铁模芯和炉料所化成的铁水的纯净度也较高、铁损较小，从而方便对铁水进行有效利用，节约能耗；再一方面，烘烤烧结工序采用先大气状态下低温烘烤、再真空高温烘烤的方式，可以使得坩埚中的大量水汽蒸发到空气中，而避免大量水汽进入真空感应熔炼炉的过滤设备及泵组中而产生不利影响；另外还可以减少现场烟尘的挥发并减低现场高温作业危险。

如前所述，所述非真空烘烤阶段中，保持所述感应圈持续加热，而根据所述坩埚壁的温度T1(也即炉壁热电偶所感测到的温度T1)的变化，所述非真空烘烤阶段大致包括依序进行的以下四个阶段：

第一升温段，所述坩埚壁的温度T1以130～160℃/h的加热速率从室温逐渐升高至500±20℃；

第一保温段，所述坩埚壁的温度T1在500±20℃维持2～3h；

第二升温段，所述坩埚壁的温度T1以130～160℃/h的加热速率升高至1100±20℃；

第二保温段，所述坩埚壁的温度T1在1100±20℃维持2～3h。

如此，本发明一实施方式，通过逐渐升温、保温、升温和保温的过程，并设计各个温段的温度变化速率(如前述加热速率)和目标温度，使得升温过程缓慢进行，从而利于水分从坩埚的耐火材料中充分溢出，达到尽量去除水汽的目的。

可以理解的，加热速率取决于感应圈的送电功率，二者呈正比关系。根据炉壁热电偶所感测到的温度T1，可以对感应圈的送电功率进行控制，以使得所述非真空烘烤阶段中温度的有效控制。另外，感应圈断电，则可以看作是感应圈的送电功率为零的情况。

如前所述，在所述真空烧结阶段中，在维持真空状态下控制所述感应圈持续感应加热。具体地，所述真空烧结阶段包括在维持真空状态下依序进行以下多个阶段：

化料升温段，所述感应圈感应加热所述铁模芯及所述炉料，直至所述铁模芯及所述炉料全部熔化成铁水，此时所述铁水的温度T2维持至少30min恒定不变；

再升温段，所述铁水的温度T2升高至1680±20℃；

再保温段，所述铁水的温度T2在1680±20℃维持1～2h；

搅拌出钢段，将所述感应圈断电后，并将所述真空感应熔炼炉切换至搅拌模式以对铁水进行搅拌，搅拌均匀后调整所述铁水的温度T2至1620±30℃，而后在所述感应圈通电的状态下出钢。如此，本发明一实施方式，可以实现对坩埚的有效烧结，相较于现有技术可以大大提升坩埚的结构强度和致密性。

其中，所述化料升温段中，所述铁模芯及所述炉料逐渐升温至铁的熔点以上，并由固态转变为液体，该过程结束时，所述铁模芯及所述炉料全部熔化成铁水，此时以及之后均可通过真空感应熔炼炉自带的浸入式热电偶来感测铁水的温度T2，从而表征坩埚的温度变化，进而实现工艺控制。

进一步地，一优选实施方式中，在所述非真空烘烤阶段中，在将所述感应圈通电之前，所述炉料在所述铁模芯内以下紧上松的方式布置，且其上表面不低于坩埚的上边沿；

并且，所述化料升温段中，在所述铁模芯及所述炉料全部熔化成铁水之前，可以按照工艺投炉重量的要求，通过所述真空感应熔炼炉的加料室，使用加料桶在真空状态下向坩埚中再次补料。如此，在感应圈通电之前，就提前进行了布料，并且保证布料的高度，以及再次补料，使得感应圈通电加热时，坩埚各处可以受热均匀且烧结到位，进而保证坩埚的各个位置均具有极佳的结构强度和致密性。

另外，在所述真空烧结阶段中，将所述感应圈断电之后且将所述真空感应熔炼炉合炉并抽真空之前，将布置在所述铁模芯的侧壁处以用于感测所述坩埚壁的温度T1的炉壁热电偶拔出。如此，通过将炉壁热电偶及时拔出，可以避免炉壁热电偶在后续的高温环境中被烧毁，而且避免烧坏之后的热电偶构成铁水中的杂质，再者操作顺序的设置可以保证生产过程的安全性。

上文所列出的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法，其特征在于，包括依序进行的捣打坩埚工序和烘烤烧结工序；

所述捣打坩埚工序包括：

在真空感应熔炼炉中感应圈内的底部，采用耐火材料打结出坩埚底，将所述坩埚底上表面的耐火材料刮平；

将以坩埚内腔尺寸作为外形尺寸制作的模芯在所述坩埚底上居中放置，而后向模芯和感应圈之间的空腔中逐层加料并夯实，以形成坩埚壁；其中，每当向模芯和感应圈之间的空腔中加入厚度为5～10cm的一层耐火材料，使用振动器夯实，而后将该层耐火材料的上部1～3cm划松，再加入下一层耐火材料；

使用预制的成型砖在所述坩埚壁上方制备出坩埚嘴；或者将与水均匀混合后的耐火材料置于所述坩埚壁上方的坩埚嘴预设位置处并且夯实，而后整形出坩埚嘴。

2.根据权利要求1所述的真空感应熔炼炉坩埚的制备方法，其特征在于，所述耐火材料包括氧化铝；

在所述“将与水均匀混合后的耐火材料置于所述坩埚壁上方的坩埚嘴预设位置处并且夯实”中，按照水重量为耐火材料重量的2％～8％的比例，将耐火材料和水混合并搅拌均匀。

3.根据权利要求1所述的真空感应熔炼炉坩埚的制备方法，其特征在于，所述模芯为铁模芯；在所述烘烤烧结工序中，将所述感应圈通电，以感应加热所述铁模芯及布在所述铁模芯内的炉料，所述炉料选用工业纯铁，至所述铁模芯及所述炉料全部熔化后出钢，得到烧结后的坩埚。

4.根据权利要求3所述的真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法，其特征在于，所述铁模芯的侧壁的内壁面设有防护管，或者其侧壁的壁内部设有空腔，所述防护管或者所述空腔自所述铁模芯的上边沿向下延伸；

在所述烘烤烧结工序中：

先根据布置在所述防护管或所述空腔中的炉壁热电偶所感测到的坩埚壁的温度T1，控制所述感应圈持续加热，直至T1达到第一预设温度T01，所述第一预设温度T01小于铁的熔点；

再在所述铁模芯及所述炉料熔化后，根据真空感应熔炼炉自带的浸入式热电偶所感测到的铁水的温度T2，控制所述感应圈的送电功率。

5.根据权利要求4所述的真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法，其特征在于，所述防护管或者所述空腔在竖直方向上的延伸高度不小于所述坩埚内腔的深度的0.55～0.65倍；所述炉壁热电偶的探测头自上而下伸入所述防护管或者所述空腔中，并向下延伸的高度为所述坩埚内腔的深度的0.55～0.65倍。

6.根据权利要求3所述的真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法，其特征在于，所述烘烤烧结工序包括先后进行的：

(1)非真空烘烤阶段

将所述感应圈通电，至所述坩埚壁的温度T1达到第一预设温度T01，所述第一预设温度T01为1100±20℃；

(2)真空烧结阶段

将所述感应圈断电，而后将所述真空感应熔炼炉合炉并抽真空，再在维持真空状态下，控制所述感应圈持续感应加热所述铁模芯及所述炉料，直至所述铁模芯及所述炉料全部熔化。

7.根据权利要求6所述的真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法，其特征在于，所述非真空烘烤阶段包括依序进行的：

第一升温段，所述坩埚壁的温度T1以130～160℃/h的加热速率升高至500±20℃；

第一保温段，所述坩埚壁的温度T1在500±20℃维持2～3h；

第二升温段，所述坩埚壁的温度T1以130～160℃/h的加热速率升高至1100±20℃；

第二保温段，所述坩埚壁的温度T1在1100±20℃维持2～3h。

8.根据权利要求6所述的真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法，其特征在于，所述真空烧结阶段包括在维持真空状态下依序进行的：

化料升温段，所述感应圈感应加热所述铁模芯及所述炉料，直至所述铁模芯及所述炉料全部熔化成铁水，此时所述铁水的温度T2维持至少30min恒定不变；

再升温段，所述铁水的温度T2升高至1680±20℃；

再保温段，所述铁水的温度T2在1680±20℃维持1～2h；

搅拌出钢段，将所述感应圈断电后，并将所述真空感应熔炼炉切换至搅拌模式以对铁水进行搅拌，搅拌均匀后调整所述铁水的温度T2至1620±30℃，而后在所述感应圈通电的状态下出钢。

9.根据权利要求8所述的真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法，其特征在于，在所述非真空烘烤阶段中，在将所述感应圈通电之前，所述炉料在所述铁模芯内以下紧上松的方式布置，且其上表面不低于坩埚的上边沿；

并且，所述化料升温段中，在所述铁模芯及所述炉料全部熔化成铁水之前，通过所述真空感应熔炼炉的加料室，使用加料桶在真空状态下向坩埚中再次补料。

10.根据权利要求6所述的真空感应熔炼炉用坩埚的制备方法，其特征在于，在所述真空烧结阶段中，将所述感应圈断电之后且将所述真空感应熔炼炉合炉并抽真空之前，将布置在所述铁模芯的侧壁处以用于感测所述坩埚壁的温度T1的炉壁热电偶拔出。

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