一種鋼鐵熔煉-模鑄新工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于金屬制造加工領域，涉及一種鋼鐵熔煉-模鑄新工藝。
【背景技術】
[0002] 模鑄成型是制造金屬鍛坯和乳坯的一種重要方式，尤其適用于小批量生產或小噸 位的合金鍛坯的生產。鑄坯的質量主要取決于金屬的純凈度和致密度。傳統的工藝是：真 空熔煉爐冶煉-上澆注法澆注成錠。澆注過程中會形成湍流，鋼液表面爐渣隨鋼流直接卷 入鋼錠內部，形夾雜物；另外，鋼液對中間包或澆注模具有沖刷作用，剝落的耐火材料也會 進入鋼錠內部，形夾雜物，最終降低了鑄坯的質量。澆注過程存在卷入夾渣的可能，是二次 污染的過程，即使在中間包加裝過濾水口效果仍不夠理想。因此，如何控制澆注中的卷渣， 甚至消除卷入夾雜過程就顯得特別有意義。
【發明內容】
[0003] 為了克服現有技術的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種消除澆注過程，避 免卷渣，提高鑄坯潔凈度的鋼鐵熔煉-模鑄新工藝。
[0004] 本發明的目的通過以下技術方案實現：
[0005] -種鋼鐵熔煉-模鑄新工藝，包括以下步驟：
[0006] a)備料：備好鋼種所需原料，進行預處理；將經過預處理的主原料置于坩堝中，然 后將坩堝置于真空熔煉爐的感應圈內；所述坩堝與感應圈之間依次設有填料層和保溫層， 所述保溫層設置在感應圈的內側；所述填料層為鎂砂，所述保溫層為石棉布；
[0007]b)熔化前準備：將真空熔煉爐抽真空，使得真空度為10~30Pa，開始送電，進行預 熱；所述送電功率為30KW，所述預熱時間為25~35min;
[0008] c)熔化：提升功率至60~80KW，送電20~30min，繼續提升功率至80~100kW， 保持功率不變，直至爐料完全熔化；
[0009]d)取樣：對熔化后的爐料進行測溫并通過調節功率控制熔化后爐料的溫度為 1560~1600°C，充入氬氣，取樣檢測，確定熔化后爐料基本成分；
[0010] e)精煉和合金化：取樣檢測完成后，采用底部吹氬氣使得真空度為3000~ 5000Pa，調節功率使得熔化后爐料溫度為1560~1580°C，然后加入合金原料進行合金化處 理，取樣檢測，確定合金化處理后的鋼液中化學成分；
[0011]f)凝固：降低功率，待鋼液表面出現大量結膜時，停電，使得鋼液隨爐冷卻；或者 采用階梯凝固，然后停電，使得鋼液隨爐冷卻；所述降低功率是指將功率降至40kW，所述降 低功率后通電時間為5~10分鐘，所述冷卻時間為1~3h;
[0012] g)脫模：將坩堝與真空熔煉爐鋼殼分離，從坩堝內取出鋼錠并清除表皮。
[0013] 步驟a)所述主原料為低真空下不會揮發的原料；所述主原料包括石墨和純鐵。步 驟e)所述合金原料包括硅鐵、金屬錳和鋁粒；還包括鈦鐵、鉻鐵、鎳鐵、鈮鐵和/或釩鐵。
[0014] 步驟a)所述預處理是指去除鋼種原料中鐵塊的氧化膜，并對鋼種原料中其他原 料分別進行干燥預熱處理。所述干燥預熱處理的溫度為350~500°C，所述干燥預熱時間為lh〇
[0015] 步驟a)所述主原料在加入坩堝中時需先將小塊料加入墊平再加入大塊料，保證 "下緊上松"，減少搭橋和噴濺。
[0016] 步驟a)所述坩堝為剛玉坩堝，成分為氧化鋁為主的耐火材料，安置在熔煉爐鋼殼 內，用以取代傳統的堆砌爐襯而與鋼液直接接觸，同時作為后續凝固成型的鋼錠模。
[0017] 步驟d)和步驟e)中所述取樣應注意待液面基本平靜后方可進行操作以提高精確 度，并按需多次測定。
[0018] 步驟e)中所述精煉指通過底吹氬氣去除氧氮氫氣體，均勻與穩定溫度；所述合金 化的操作過程為：首先按需按量加入硅鐵、金屬錳和/或鉻鐵等合金，熔煉5~8分鐘，然后 取樣分析并調節其元素含量符合成分要求，最后加入鋁粒進行脫氧，2min后按需按量加入 銀鐵、1凡鐵或欽鐵等合金。
[0019] 步驟f)中所述凝固優選采用階梯凝固，改善縮松縮孔。所述階梯凝固：將熔煉爐 的感應線圈設為多組（各組感應線圈采用并聯電路控制），由下往上分別標記為1#~N#圈 (1#圈靠近熔煉爐底部），在凝固開始時，降低各線圈的功率，1#圈功率降為零，2~N#圈功 率降低后的關系為2#的功率小于3#，3#小于4#，依次類推；15~25min后，將2#圈的功率 降為零，其他線圈功率相應降低并滿足2#的功率小于3#，3#小于4#，依次類推，當N#圈功 率降為零，然后停電，打開真空，隨爐冷卻。
[0020] 所述感應線圈優選設為4組，冷卻階段開始時，最下端1#圈功率降為零，2#圈為 10kW，3#圈為35kW，最上端的4#圈為60kW;20分鐘后，2#圈功率降至零，3#圈為10kW，最 上端的4#圈為50kW;再20分鐘后，3#圈功率降至零，最上端的4#圈由50kW逐漸降至零， 隨后停電，破開真空，隨爐冷卻。
[0021] 步驟g)所述分離是指放出鎂砂就可將坩堝與真空熔煉爐分離。
[0022] 鑄坯中夾雜物的存在破壞了鋼的連續性，對鋼鐵材料的性能產生不利的影響，給 產品質量帶來極大的危害。因而，熔煉-模鑄過程應力求消除和減少鋼中的夾雜物，以滿 足產品的質量要求。
[0023] 經過對傳統模鑄成型工藝的多次試驗與分析，大量夾雜物是在澆注的過程中卷入 的，主要是C類-硅酸鹽類夾雜。目前，真空爐澆注過程一般采用上澆注法，鋼錠模具有耐火 材料模具和鋼制模具兩種。澆注過程中鋼流經過流槽直接流入鋼錠模具內，鋼流呈拋物線 形狀，鋼水落點隨爐子傾動不斷變化，鋼錠模具擺放稍有偏差鋼水流沖擊模具側壁，燒壞模 具；即使先注入中間包，也對中間包有沖刷作用，并且帶入中間包表皮夾雜。同時，爐子鋼液 表面爐渣隨鋼流直接進入鋼模卷入鋼錠內部，引起內部夾雜，這是任何澆注方法所不能避 免的。此外，由于中間包放置真空室的時間長，容易出現冷包；水口材質為鎂碳質，導熱快， 澆注過程中經常出現凍包。為此，需要提高感應爐出鋼溫度，并且加強中間包真空室外的烘 烤；這對能源增加了有一定損耗。
[0024] 本發明的方法消除了澆注工序，大大提高了鋼錠的純凈度和質量。本工藝采用內 置坩堝以代替爐襯，同時作為鋼錠模具，鋼液熔煉后直接冷卻成型，避免了鋼液的不平穩流 動，大大降低卷入鋼渣的概率；同時鋼水精煉過程中可以持續吹氬氣攪拌，更充分的去除夾 雜。經過新工藝獲得的鋼坯夾雜物級別<C0. 5,遠遠優于其他工藝獲得的鋼坯質量。
[0025] 本工藝在一般模鑄成型工藝的設備條件下略作調整即可實現，并且本工藝更為便 捷有效。本工藝采用內置坩堝即坩堝，因而省略了爐襯的搗制、干燥、烘烤等工序；以坩堝為 鋼錠模具凝固成型，因而消除澆注工序，無需使用和烘烤中間包，同時對鋼液的過熱度要求 降低，穿爐事故的概率也隨之降低。多次的試驗證明，本工藝可以控制鋼水溫度接近鋼種液 相線溫度再停電冷卻，這種可控性在各類凝固成型方法中都是極其優越的，具有很好的使 用價值。
[0026] 從安全性上考慮，本工藝操作簡便，人為操作環節減少，沒有澆注過程，避免了高 溫傾動爐子的操作，安全性更有保障。鋼液在爐體內靜置冷卻的過程中，不存在特殊的熱場 和力場，是一個自由凝固的過程；也就是說，鋼液從外部開始凝固，一旦形成鋼坯表殼，將進 一步消除漏鋼的可能性。同時，冷卻的過程中，鋼坯收縮力向內，不會膨脹或引發不安全因 素。
[0027] 綜上所述，本發明具有以下優點：1、消除澆注環節，獲得高潔凈度鑄錠；2、整體熔 煉所用材料成本低廉，節能高效。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發明的內置坩堝的真空感應爐的示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 為更好地理解本發明，下面結合實施例和附圖對本發明作進一步的描述，但是需 要說明的是，實施例并不構成對本發明保護范圍的限定。
[0030] 實施例
[0031] 本發明采用200Kg多功能真空感應爐，內置坩堝采用A1203為主的耐火材料按真 空爐鋼殼尺寸制成，試驗鋼種為鈦微合金鋼，成分為：〇. 05%C-0. 25%Si-1. 0%Μη-0. 10% Ti〇
[0032] 具體實施步驟為：
[0033] a)備料：備好純鐵150kg、硅鐵500g(含75 %Si)、金屬錳1500g、鈦鐵375g(含 40%Ti)、鋁