[发明专利]真空感应冶炼高氧含量钢的方法

说明书

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。