本發明屬于層流等離子體技術領域，尤其涉及一種合金鋼的冶煉方法。

背景技術：

合金鋼已有一百多年的歷史了。工業上較多地使用合金鋼材大約是在19世紀后半期。當時由于鋼的生產量和使用量不斷增大，機械制造業需要解決鋼的加工切削問題，1868年英國人馬希特發明了成分為2.5%Mn-7%W的自硬鋼，將切削速度提高到5米/分。隨著工程技術的發展，要求加快機械的轉動速度，1901年在西歐出現了高碳鉻滾動軸承鋼。1910年又發展出了18W-4Cr-1V型的高速工具鋼，進一步把切削速度提高到30米/分。可見合金鋼的問世和發展，是適應了社會生產力發展的要求，特別是和機械制造、交通運輸和軍事工業的需要分不開的。20世紀20年代以后，由于電弧爐煉鋼法被推廣使用，為合金鋼的大量生產創造了有利條件。

申請號為CN201010135530.9，名稱為一種電弧爐冶煉高硫合金鋼及其制備方法的發明專利，公開了一種電弧爐冶煉高硫合金鋼及其制備方法，該鋼包括組分鐵、碳和硫，所述高硫合金鋼含硫為0.5%~2.6%。其制備方法包括步驟：向電弧爐中加入廢鋼，送電熔化；接著分別單獨加入鉻、釩、鉬、錳、鎢、或鈦；再加入硫含量為30%~32%的硫化鐵，于1650℃~1680℃下，依次加入重量為廢鋼與硫化鐵總量的0.5%~1.2%的硼砂脫氧劑和0.08%~0.4%稀土硅，鎮靜8分鐘~15分鐘后出鋼。采用本發明提供的高硫合金鋼鑄造出的產品幾乎沒有氣孔、砂眼、夾碴的現象產生，節約了成本，提高了生產效率，降低了勞動強度；其硫化物分布均勻。

目前在合金鋼冶煉的冶煉周期長，生產步驟復雜，無法實現一個裝置完成合金鋼的冶煉。

技術實現要素：

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明提出了一種合金鋼的冶煉方法，實現了集中熱量、高效、連續化進行合金鋼冶煉的目的。

為了達到上述技術效果，本發明采用了如下技術方案：

一種合金鋼的冶煉方法，包括以下步驟：

A、鐵水和廢鋼的處理

將鐵水和廢鋼按照質量比1-3:4-6放入設置有層流等離子體發生器的合金鋼冶煉裝置內升溫進行冶煉；

B、合金1添加

鐵水和廢鋼處理4-8小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點低于1000℃的合金1；

C、合金2添加

鐵水和廢鋼處理8-10小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點高于1000℃的合金2；

D、供氧

采用強供氧手段在合金冶煉裝置內進行快速升溫、脫碳處理；

E、吹惰性氣體

向合金冶煉裝置內出入惰性氣體，吹入惰性氣體的時間為4-9min；通入惰性氣體后再攪拌至少20min；

F、加入硼砂抗氧化劑

向合金鋼冶煉裝置加入硼砂抗氧化劑，在加入時對合金鋼冶煉裝置進行降溫50-100℃；

G、真空加壓

鐵水和廢鋼處理12-14小時后，向合金鋼冶煉裝置內通入真空，所述真空的流量為9.5L/min；所述真空的相對真空度為-20KPa。

本發明在步驟B中，向合金鋼冶煉裝置內加入包括二氧化硅的渣料1進行保護。

本發明在步驟C中，向合金鋼冶煉裝置內加入包括石灰的渣料2進行保護。

本發明所述渣料1為二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鎂和氧化鈣的混合物；二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鎂和氧化鈣的質量份數比為3-5:2-7:25-35:6-15。

本發明所述渣料2為石灰和螢石的混合物；石灰和螢石的質量份數比為1-3:4-7。

本發明在步驟D中，加入的惰性氣體包括氦、氖、氬、氪和氙中的一種或者兩種以上的混合物。

本發明采用的合金鋼冶煉裝置，包括進料通道、冶煉爐、廢料出口和加熱裝置，其特征在于：還包括預熱室、真空蓋和加壓裝置；所述加熱裝置包括層流等離子體發生器和電加熱夾層；所述進料通道依次連接預熱室和冶煉爐；所述加壓裝置從冶煉爐的側壁通入。

本發明帶來的有益效果有：

本發明在設置有層流等離子體發生裝置的合金鋼冶煉裝置內進行合金鋼冶煉，鐵水和廢鋼按照比例先進行升溫冶煉，冶煉完全后，再依次加入合金1和合金2，合金1和合金2的熔點不同，在加入熔點低的合金1，再加入熔點高的合金2，使得合金能夠充分的熔化。再向合金鋼冶煉裝置內供氧，通入氧氣，加快合金鋼冶煉裝置的壓力，動能增加，反應更加完全。再加入惰性氣體，惰性氣體能加快合金鋼冶煉裝置內部的氣體流動，氣體流動能夠使得熱量分布均勻。再通過真空加壓。氧氣、惰性氣體和真空依次加入，既能保證熔化的完全，又能保證氣體的流動，又能保證合金冶煉裝置內部的壓強。氧氣、惰性氣體和真空的加入順序保證了氣體的混合均勻，防止氣體密度不均勻而造成合金鋼冶煉裝置內部的反應不完全。

具體實施方式

實施例1

一種合金鋼的冶煉方法，包括以下步驟：

A、鐵水和廢鋼的處理

將鐵水和廢鋼按照質量比1-3:4-6放入設置有層流等離子體發生器的合金鋼冶煉裝置內升溫進行冶煉；

B、合金1添加

鐵水和廢鋼處理4-8小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點低于1000℃的合金1；

C、合金2添加

鐵水和廢鋼處理8-10小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點高于1000℃的合金2；

D、供氧

采用強供氧手段在合金冶煉裝置內進行快速升溫、脫碳處理；

E、吹惰性氣體

向合金冶煉裝置內出入惰性氣體，吹入惰性氣體的時間為4-9min；通入惰性氣體后再攪拌至少20min；

F、加入硼砂抗氧化劑

向合金鋼冶煉裝置加入硼砂抗氧化劑，在加入時對合金鋼冶煉裝置進行降溫50-100℃；

G、真空加壓

鐵水和廢鋼處理12-14小時后，向合金鋼冶煉裝置內通入真空，所述真空的流量為9.5L/min；所述真空的相對真空度為-20KPa。

實施例2

一種合金鋼的冶煉方法，包括以下步驟：

A、鐵水和廢鋼的處理

將鐵水和廢鋼按照質量比1-3:4-6放入設置有層流等離子體發生器的合金鋼冶煉裝置內升溫進行冶煉；

B、合金1添加

鐵水和廢鋼處理4-8小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點低于1000℃的合金1；

C、合金2添加

鐵水和廢鋼處理8-10小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點高于1000℃的合金2；

D、供氧

采用強供氧手段在合金冶煉裝置內進行快速升溫、脫碳處理；

E、吹惰性氣體

向合金冶煉裝置內出入惰性氣體，吹入惰性氣體的時間為4-9min；通入惰性氣體后再攪拌至少20min；

F、加入硼砂抗氧化劑

向合金鋼冶煉裝置加入硼砂抗氧化劑，在加入時對合金鋼冶煉裝置進行降溫50-100℃；

G、真空加壓

鐵水和廢鋼處理12-14小時后，向合金鋼冶煉裝置內通入真空，所述真空的流量為9.5L/min；所述真空的相對真空度為-20KPa。

優選的，本發明在步驟B中，向合金鋼冶煉裝置內加入包括二氧化硅的渣料1進行保護。

實施例3

一種合金鋼的冶煉方法，包括以下步驟：

A、鐵水和廢鋼的處理

將鐵水和廢鋼按照質量比1-3:4-6放入設置有層流等離子體發生器的合金鋼冶煉裝置內升溫進行冶煉；

B、合金1添加

鐵水和廢鋼處理4-8小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點低于1000℃的合金1；

C、合金2添加

鐵水和廢鋼處理8-10小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點高于1000℃的合金2；

D、供氧

采用強供氧手段在合金冶煉裝置內進行快速升溫、脫碳處理；

E、吹惰性氣體

向合金冶煉裝置內出入惰性氣體，吹入惰性氣體的時間為4-9min；通入惰性氣體后再攪拌至少20min；

F、加入硼砂抗氧化劑

向合金鋼冶煉裝置加入硼砂抗氧化劑，在加入時對合金鋼冶煉裝置進行降溫50-100℃；

G、真空加壓

鐵水和廢鋼處理12-14小時后，向合金鋼冶煉裝置內通入真空，所述真空的流量為9.5L/min；所述真空的相對真空度為-20KPa。

優選的，本發明在步驟C中，向合金鋼冶煉裝置內加入包括石灰的渣料2進行保護。

實施例4

一種合金鋼的冶煉方法，包括以下步驟：

A、鐵水和廢鋼的處理

將鐵水和廢鋼按照質量比1-3:4-6放入設置有層流等離子體發生器的合金鋼冶煉裝置內升溫進行冶煉；

B、合金1添加

鐵水和廢鋼處理4-8小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點低于1000℃的合金1；

C、合金2添加

鐵水和廢鋼處理8-10小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點高于1000℃的合金2；

D、供氧

采用強供氧手段在合金冶煉裝置內進行快速升溫、脫碳處理；

E、吹惰性氣體

向合金冶煉裝置內出入惰性氣體，吹入惰性氣體的時間為4-9min；通入惰性氣體后再攪拌至少20min；

F、加入硼砂抗氧化劑

向合金鋼冶煉裝置加入硼砂抗氧化劑，在加入時對合金鋼冶煉裝置進行降溫50-100℃；

G、真空加壓

鐵水和廢鋼處理12-14小時后，向合金鋼冶煉裝置內通入真空，所述真空的流量為9.5L/min；所述真空的相對真空度為-20KPa。

優選的，本發明所述渣料1為二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鎂和氧化鈣的混合物；二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鎂和氧化鈣的質量份數比為3-5:2-7:25-35:6-15。

實施例5

一種合金鋼的冶煉方法，包括以下步驟：

A、鐵水和廢鋼的處理

將鐵水和廢鋼按照質量比1-3:4-6放入設置有層流等離子體發生器的合金鋼冶煉裝置內升溫進行冶煉；

B、合金1添加

鐵水和廢鋼處理4-8小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點低于1000℃的合金1；

C、合金2添加

鐵水和廢鋼處理8-10小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點高于1000℃的合金2；

D、供氧

采用強供氧手段在合金冶煉裝置內進行快速升溫、脫碳處理；

E、吹惰性氣體

向合金冶煉裝置內出入惰性氣體，吹入惰性氣體的時間為4-9min；通入惰性氣體后再攪拌至少20min；

F、加入硼砂抗氧化劑

向合金鋼冶煉裝置加入硼砂抗氧化劑，在加入時對合金鋼冶煉裝置進行降溫50-100℃；

G、真空加壓

鐵水和廢鋼處理12-14小時后，向合金鋼冶煉裝置內通入真空，所述真空的流量為9.5L/min；所述真空的相對真空度為-20KPa。

優選的，本發明所述渣料2為石灰和螢石的混合物；石灰和螢石的質量份數比為1-3:4-7。

實施例6

一種合金鋼的冶煉方法，包括以下步驟：

A、鐵水和廢鋼的處理

將鐵水和廢鋼按照質量比1-3:4-6放入設置有層流等離子體發生器的合金鋼冶煉裝置內升溫進行冶煉；

B、合金1添加

鐵水和廢鋼處理4-8小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點低于1000℃的合金1；

C、合金2添加

鐵水和廢鋼處理8-10小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點高于1000℃的合金2；

D、供氧

采用強供氧手段在合金冶煉裝置內進行快速升溫、脫碳處理；

E、吹惰性氣體

向合金冶煉裝置內出入惰性氣體，吹入惰性氣體的時間為4-9min；通入惰性氣體后再攪拌至少20min；

F、加入硼砂抗氧化劑

向合金鋼冶煉裝置加入硼砂抗氧化劑，在加入時對合金鋼冶煉裝置進行降溫50-100℃；

G、真空加壓

鐵水和廢鋼處理12-14小時后，向合金鋼冶煉裝置內通入真空，所述真空的流量為9.5L/min；所述真空的相對真空度為-20KPa。

優選的，本發明在步驟D中，加入的惰性氣體包括氦、氖、氬、氪和氙中的一種或者兩種以上的混合物。

實施例7

一種合金鋼的冶煉方法，包括以下步驟：

A、鐵水和廢鋼的處理

將鐵水和廢鋼按照質量比1-3:4-6放入設置有層流等離子體發生器的合金鋼冶煉裝置內升溫進行冶煉；

B、合金1添加

鐵水和廢鋼處理4-8小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點低于1000℃的合金1；

C、合金2添加

鐵水和廢鋼處理8-10小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點高于1000℃的合金2；

D、供氧

采用強供氧手段在合金冶煉裝置內進行快速升溫、脫碳處理；

E、吹惰性氣體

向合金冶煉裝置內出入惰性氣體，吹入惰性氣體的時間為4-9min；通入惰性氣體后再攪拌至少20min；

F、加入硼砂抗氧化劑

向合金鋼冶煉裝置加入硼砂抗氧化劑，在加入時對合金鋼冶煉裝置進行降溫50-100℃；

G、真空加壓

鐵水和廢鋼處理12-14小時后，向合金鋼冶煉裝置內通入真空，所述真空的流量為9.5L/min；所述真空的相對真空度為-20KPa。

優選的，本發明采用的合金鋼冶煉裝置，包括進料通道、冶煉爐、廢料出口和加熱裝置，其特征在于：還包括預熱室、真空蓋和加壓裝置；所述加熱裝置包括層流等離子體發生器和電加熱夾層；所述進料通道依次連接預熱室和冶煉爐；所述加壓裝置從冶煉爐的側壁通入。

實施例8

一種合金鋼的冶煉方法，包括以下步驟：

A、鐵水和廢鋼的處理

將鐵水和廢鋼按照質量比1-3:4-6放入設置有層流等離子體發生器的合金鋼冶煉裝置內升溫進行冶煉；

B、合金1添加

鐵水和廢鋼處理4-8小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點低于1000℃的合金1；

C、合金2添加

鐵水和廢鋼處理8-10小時后，向合金鋼冶煉裝置內加入熔點高于1000℃的合金2；

D、供氧

采用強供氧手段在合金冶煉裝置內進行快速升溫、脫碳處理；

E、吹惰性氣體

向合金冶煉裝置內出入惰性氣體，吹入惰性氣體的時間為4-9min；通入惰性氣體后再攪拌至少20min；

F、加入硼砂抗氧化劑

向合金鋼冶煉裝置加入硼砂抗氧化劑，在加入時對合金鋼冶煉裝置進行降溫50-100℃；

G、真空加壓

鐵水和廢鋼處理12-14小時后，向合金鋼冶煉裝置內通入真空，所述真空的流量為9.5L/min；所述真空的相對真空度為-20KPa。

優選的，本發明在步驟B中，向合金鋼冶煉裝置內加入包括二氧化硅的渣料1進行保護。

優選的，本發明在步驟C中，向合金鋼冶煉裝置內加入包括石灰的渣料2進行保護。

優選的，本發明所述渣料1為二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鎂和氧化鈣的混合物；二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鎂和氧化鈣的質量份數比為3-5:2-7:25-35:6-15。

優選的，本發明所述渣料2為石灰和螢石的混合物；石灰和螢石的質量份數比為1-3:4-7。

優選的，本發明在步驟D中，加入的惰性氣體包括氦、氖、氬、氪和氙中的一種或者兩種以上的混合物。

優選的，本發明采用的合金鋼冶煉裝置，包括進料通道、冶煉爐、廢料出口和加熱裝置，其特征在于：還包括預熱室、真空蓋和加壓裝置；所述加熱裝置包括層流等離子體發生器和電加熱夾層；所述進料通道依次連接預熱室和冶煉爐；所述加壓裝置從冶煉爐的側壁通入。