一種鋼鐵熔煉-模鑄新工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬制造加工領(lǐng)域，涉及一種鋼鐵熔煉-模鑄新工藝。
【背景技術(shù)】
[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(chǎn)或小噸 位的合金鍛坯的生產(chǎn)。鑄坯的質(zhì)量主要取決于金屬的純凈度和致密度。傳統(tǒng)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(huì)形成湍流，鋼液表面爐渣隨鋼流直接卷 入鋼錠內(nèi)部，形夾雜物；另外，鋼液對(duì)中間包或澆注模具有沖刷作用，剝落的耐火材料也會(huì) 進(jìn)入鋼錠內(nèi)部，形夾雜物，最終降低了鑄坯的質(zhì)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(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)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(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[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(jìn)行預(yù)處理；將經(jīng)過預(yù)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(yīng)圈內(nèi)；所述坩堝與感應(yīng)圈之間依次設(shè)有填料層和保溫層， 所述保溫層設(shè)置在感應(yīng)圈的內(nèi)側(cè)；所述填料層為鎂砂，所述保溫層為石棉布；
[0007]b)熔化前準(zhǔn)備：將真空熔煉爐抽真空，使得真空度為10~30Pa，開始送電，進(jìn)行預(yù) 熱；所述送電功率為30KW，所述預(yù)熱時(shí)間為25~35min;
[0008] c)熔化：提升功率至60~80KW，送電20~30min，繼續(xù)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(duì)熔化后的爐料進(jìn)行測(cè)溫并通過調(diào)節(jié)功率控制熔化后爐料的溫度為 1560~1600°C，充入氬氣，取樣檢測(cè)，確定熔化后爐料基本成分；
[0010] e)精煉和合金化：取樣檢測(cè)完成后，采用底部吹氬氣使得真空度為3000~ 5000Pa，調(diào)節(jié)功率使得熔化后爐料溫度為1560~1580°C，然后加入合金原料進(jìn)行合金化處 理，取樣檢測(cè)，確定合金化處理后的鋼液中化學(xué)成分；
[0011]f)凝固：降低功率，待鋼液表面出現(xiàn)大量結(jié)膜時(shí)，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(shí)間為5~10分鐘，所述冷卻時(shí)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(nèi)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(huì)揮發(fā)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(yù)處理是指去除鋼種原料中鐵塊的氧化膜，并對(duì)鋼種原料中其他原 料分別進(jìn)行干燥預(yù)熱處理。所述干燥預(yù)熱處理的溫度為350~500°C，所述干燥預(yù)熱時(shí)間為lh〇
[0015] 步驟a)所述主原料在加入坩堝中時(shí)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(nèi)，用以取代傳統(tǒng)的堆砌爐襯而與鋼液直接接觸，同時(shí)作為后續(xù)凝固成型的鋼錠模。
[0017] 步驟d)和步驟e)中所述取樣應(yīng)注意待液面基本平靜后方可進(jìn)行操作以提高精確 度，并按需多次測(cè)定。
[0018] 步驟e)中所述精煉指通過底吹氬氣去除氧氮?dú)錃怏w，均勻與穩(wěn)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(diào)節(jié)其元素含量符合成分要求，最后加入鋁粒進(jìn)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(yōu)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(yīng)線圈設(shè)為多組（各組感應(yīng)線圈采用并聯(lián)電路控制），由下往上分別標(biāo)記為1#~N#圈 (1#圈靠近熔煉爐底部），在凝固開始時(shí)，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(guān)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(yīng)降低并滿足2#的功率小于3#，3#小于4#，依次類推，當(dāng)N#圈功 率降為零，然后停電，打開真空，隨爐冷卻。
[0020] 所述感應(yīng)線圈優(yōu)選設(shè)為4組，冷卻階段開始時(shí)，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(xù)性，對(duì)鋼鐵材料的性能產(chǎn)生不利的影響，給 產(chǎn)品質(zhì)量帶來極大的危害。因而，熔煉-模鑄過程應(yīng)力求消除和減少鋼中的夾雜物，以滿 足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。
[0023] 經(jīng)過對(duì)傳統(tǒng)模鑄成型工藝的多次試驗(yàn)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(jīng)過流槽直接流入鋼錠模具內(nèi)，鋼流呈拋物線 形狀，鋼水落點(diǎn)隨爐子傾動(dòng)不斷變化，鋼錠模具擺放稍有偏差鋼水流沖擊模具側(cè)壁，燒壞模 具；即使先注入中間包，也對(duì)中間包有沖刷作用，并且?guī)胫虚g包表皮夾雜。同時(shí)，爐子鋼液 表面爐渣隨鋼流直接進(jìn)入鋼模卷入鋼錠內(nèi)部，引起內(nèi)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(shí)間長，容易出現(xiàn)冷包；水口材質(zhì)為鎂碳質(zhì)，導(dǎo)熱快， 澆注過程中經(jīng)常出現(xiàn)凍包。為此，需要提高感應(yīng)爐出鋼溫度，并且加強(qiáng)中間包真空室外的烘 烤；這對(duì)能源增加了有一定損耗。
[0024] 本發(fā)明的方法消除了澆注工序，大大提高了鋼錠的純凈度和質(zhì)量。本工藝采用內(nèi) 置坩堝以代替爐襯，同時(shí)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(wěn)流 動(dòng)，大大降低卷入鋼渣的概率；同時(shí)鋼水精煉過程中可以持續(xù)吹氬氣攪拌，更充分的去除夾 雜。經(jīng)過新工藝獲得的鋼坯夾雜物級(jí)別<C0. 5,遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他工藝獲得的鋼坯質(zhì)量。
[0025] 本工藝在一般模鑄成型工藝的設(shè)備條件下略作調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)，并且本工藝更為便 捷有效。本工藝采用內(nèi)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(shí)對(duì)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(yàn)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(yōu)越的，具有很好的使 用價(jià)值。
[0026] 從安全性上考慮，本工藝操作簡便，人為操作環(huán)節(jié)減少，沒有澆注過程，避免了高 溫傾動(dòng)爐子的操作，安全性更有保障。鋼液在爐體內(nèi)靜置冷卻的過程中，不存在特殊的熱場(chǎng) 和力場(chǎng)，是一個(gè)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(jìn) 一步消除漏鋼的可能性。同時(shí)，冷卻的過程中，鋼坯收縮力向內(nèi)，不會(huì)膨脹或引發(fā)不安全因 素。
[0027] 綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、消除澆注環(huán)節(jié)，獲得高潔凈度鑄錠；2、整體熔 煉所用材料成本低廉，節(jié)能高效。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明的內(nèi)置坩堝的真空感應(yīng)爐的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但是需 要說明的是，實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0030] 實(shí)施例
[0031] 本發(fā)明采用200Kg多功能真空感應(yīng)爐，內(nèi)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(yàn)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(shí)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