專利名稱：真空感應冶煉高氧含量鋼的方法
技術領域：
本發明屬于真空感應冶金技術領域，特別涉及一種真空感應冶煉高氧含量鋼的方法。
背景技術：
真空冶煉始于第一次世界大戰期間，由于真空度較高，除能脫氣外，還能除去合金中蒸氣壓較高的微量雜質，因此，一些高級特殊鋼種也采用真空冶煉。現真空冶煉普遍用于脫氧、脫碳、提高合金收得率、微調鋼液成分等。真空感應冶煉的核心問題是碳氧反應，由于爐內真空度較高，一般爐內氣壓能夠達到40 60Pa，CO的分壓很低，破壞了碳氧的原有平衡，使得鋼水中的氧含量很低。在真空下冶煉時，通常低碳鋼的氧含量為30ppm，高碳鋼的氧含量可以更低，達到20ppm以下。夏云進等曾在真空感應爐中嘗試提高氧的含量，但都是以犧牲碳含量為前提，碳含量通常要求0. 004%左右，因此，在真空下保持適當的碳含量、同時提高氧含量是相當困難的。氧含量對某些鋼種的性能有重要影響，比如易切削鋼，其切削性能受MnS類型的影響，其中I類MnS(球形或紡錘形，單相MnS或氧化物與MnS的復相，均勻分布于基體) 能夠大大地提高切削性能，Sims等對不同類型MnS形成條件的研究中指出，氧含量大于 120ppm時，有助于I類MnS的形成，因此，一般要求易切削鋼的氧含量控制在IOOppm 300ppm，提高I類MnS的比例，改善切削性能。目前各高校、研究院所、企業，均在積極開發高氧含量的新型環保易切削鋼種，在實驗室開發研究階段均利用真空感應爐，冶煉的小鋼錠氧含量通常在30ppm以下，無法真實反映設計成分的切削性能。因此，如果能在真空感應爐中提高氧含量，可為易切削鋼的實驗室開發研究提供技術基礎，加快我國易切削鋼新品開發的步伐，并為后續車間的批量生產提供有力的技術保障。

發明內容
本發明的目的是提供一種真空感應冶煉高氧含量鋼的方法，采用氧化鐵皮或鐵礦石作為供氧源，并在爐中充入氧氣和氬氣，調節爐內氣壓為90000 101325Pa，依次加入氧化鐵皮、合金料、石墨碳，從而保證高的氧含量。—種真空感應冶煉高氧含量鋼的方法的具體過程如下1)裝料將占裝爐量60 % 98 %的工業純鐵裝入坩堝；2)抽真空對真空感應爐的真空室抽真空，在真空度抽至40 601 后，充入 2000 5000Pa 氬氣；3)初煉給真空感應爐送電，將工業純鐵在爐內感應熔煉至清；4)精煉預脫碳將占裝爐量0.025% 0.05%的氧化鐵皮裝入坩堝，進行二次抽真空，使真空度達到50 lOOPa，進行感應精煉，時間為3 10分鐘；5)預充氧精煉結束后，向爐內充入1000 6000 氧氣，提高鋼液內氧的溶解量；6)充氬氣向爐內充入氬氣，使爐內氣壓達到90000 1013001 ；7)增氧向爐內加入占裝爐量0. 0.4%氧化鐵皮，并熔煉至清，與鋼液混合均勻；8)調整合金成分按順序向爐內加入合金料，進行合金化處理，增大電流，使合金快速熔化；9)增碳在合金熔化后，加入占裝爐量0.08% 的石墨碳，并使碳盡快與鋼液混合均勻，時間為1 3分鐘；10)出鋼待合金料全部熔清后，提高鋼液溫度至1600 1650°C，倒鋼澆鑄。進一步的講，步驟4)中所述的占裝爐量0.025% 0.05%的氧化鐵皮也可以為占裝爐量0. 03 % 0. 06 %的鐵礦石更進一步的講，步驟7)中所述的占裝爐量0. 0.4%的氧化鐵皮也可以為占裝爐量0.2 0.5%的鐵礦石本發明提供一種真空感應冶煉高氧含量鋼的方法的技術原理如下第一個問題是真空感應冶煉時鋼液中氧的來源，本發明采用氧化鐵皮作為供氧源，亦可采用鐵礦石增加鋼液中的氧含量；第二，高真空下碳氧濃度積很低，平衡氧含量低于40ppm，本發明采用向爐內充入氧氣和氬氣，降低爐內真空度，提高碳氧平衡濃度積，同時提高爐氣中氧的分壓，從而提高鋼液中的溶解氧含量；第三，本發明合理優化了氧化鐵皮、 合金和石墨碳的加入順序，將石墨碳在最后加入，縮短了碳氧反應時間，提高了鋼液的氧含量；第四，本發明為最大限度地提高氧含量，在精煉時加入了氧化鐵皮，去除工業純鐵中少量的碳；第五，本發明結合鋼種所需要碳的目標值和氧的目標值，通過碳氧平衡濃度積及平衡公式，推算出爐內所需要的氣壓，并結合爐氣中充入不同壓力的氧氣，從而得到所需要的不同的氧含量。氧含量對易切削鋼的切削性能有重要影響，一般要求氧含量控制在120ppm 300ppm，提高I類MnS的比例，改善切削性能。本發明針對真空環境下提高氧含量的技術難點一一給出了解決方案，成功地在真空感應爐中提高氧含量，使鋼液中的氧含量控制為 100 300ppm，同時保證碳含量大于0. 05%，突破了真空冶煉的技術瓶頸，為易切削鋼的實驗室開發研究提供技術基礎，加快我國易切削鋼新品開發的步伐，并為后續車間的批量生產提供有力的技術保障。
具體實施例方式下面用實施例對本發明作進一步闡述，但這些實施例絕非對本發明有任何限制。 本領域技術人員在本說明書的啟示下對本發明實施中所作的任何變動都將落在權利要求書的范圍內。實施例1在裝爐量80kg的真空感應爐中，冶煉低碳高硫高氧的AISI 1215易切削鋼。1.目標鋼種的化學成分(單位Wt % )
權利要求
1.一種真空感應冶煉高氧含量鋼的方法，包括以下步驟1)裝料將占裝爐量60% 98%的工業純鐵裝入坩堝；2)抽真空對真空感應爐的真空室抽真空，在真空度抽至40 601 后，充入2000 5000Pa 氬氣；3)初煉給真空感應爐送電，將工業純鐵在爐內感應熔煉至清；4)精煉預脫碳將占裝爐量0.025% 0. 05%的氧化鐵皮裝入坩堝，進行二次抽真空， 使真空度達到50 lOOPa，進行感應精煉，時間為3 10分鐘，除去工業純鐵中的少量的 C；5)預充氧精煉結束后，向爐內充入1000 6000 氧氣，提高鋼液內氧的溶解量；6)充氬氣向爐內充入氬氣，使爐內氣壓達到90000 1013001 ；7)增氧向爐內加入占裝爐量0.1 % 0. 4%氧化鐵皮，并熔煉至清，與鋼液混合均勻；8)調整合金成分按順序向爐內加入合金料，進行合金化處理，增大電流，使合金快速熔化；9)增碳在合金熔化后，加入占裝爐量0.08% 的石墨碳，并使碳盡快與鋼液混合均勻，時間為1 3分鐘；10)出鋼待合金料全部熔清后，提高鋼液溫度至1580 1650°C，倒鋼澆鑄。
2.根據權利要求1所述的真空感應冶煉高氧含量鋼的方法，其特征在于在步驟4) 中，所述的占裝爐量0. 025 % 0. 05 %的氧化鐵皮也可以為占裝爐量0. 03 % 0. 06 %的鐵礦石。
3.根據權利要求1所述的真空感應冶煉高氧含量鋼的方法，其特征在于在步驟7) 中，所述的占裝爐量0. 0. 4%的氧化鐵皮也可以為占裝爐量0. 2 0. 5%的鐵礦石。
4.根據權利要求1所述的真空感應冶煉高氧含量鋼的方法，其特征在于該方法可以使碳含量大于0. 05%，同時鋼液中的氧含量控制在100 300ppm。
全文摘要
本發明公開了一種真空感應冶煉高氧含量鋼的方法，該方法包括以下步驟采用氧化鐵皮或鐵礦石作為供氧源，并在爐中充入氧氣和氬氣，調節爐內氣壓，合理優化氧化鐵皮、合金料和石墨碳的加入順序，從而保證高氧含量。本發明解決了高真空度與高氧含量的矛盾問題，極大地提高了鋼水中的氧含量，為真空下冶煉高氧含量鋼種提供了技術保證。
文檔編號C21C7/10GK102534124SQ20121004870
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月29日 優先權日2012年2月29日
發明者劉建民, 周鋮, 賀瑩瑩, 麻晗 申請人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司