粒100g、石墨电极块200g;纯铁块用角磨机去除氧化皮，其他原料分别在加热 炉内进行干燥预热，温度为400°C，时间为1小时；
[0034] b)送主料：将150kg纯铁和100g石墨电极块送入内置坩埚中，注意先用小块料将 炉底垫平再加大块料，保证"下紧上松"，减少搭桥和喷溅，然后将内置坩埚置于熔炼炉的感 应线圈内，内置坩埚和感应线圈之间填入镁砂；内置坩埚的真空感应炉的示意图如图1所 示；
[0035] c)熔化前准备：熔化前抽真空度达20Pa，开始送电，送电功率30KW，供电约30分 钟，进行热炉；
[0036] d)熔化：提升功率到达70kW，送电30分钟，然后功率继续升至90kW，保持功率不 变，直至炉料完全熔化；
[0037] e)温度测定和调节：用快速热电偶对钢水进行测温，钢水温度要求到达1560~ 1600°C，通过调节功率大小，控制温度稳定在要求范围内；
[0038] f)取样：取样前充氩气保护，充氩气后真空度为4000Pa，然后用取样枪进行取样 检测，确定钢水基本成分，以便后续精炼和成分调整；
[0039] g)精炼和合金化：根据步骤f取样分析结果进行精炼和合金化操作，所述精炼指 通过底吹氩气去除氧氮氢气体，温度控制在1560~1580°C，真空度保持在3000~5000Pa 范围内；精炼后进行合金化的操作过程为：首先加入硅铁500g、金属锰1500g，熔炼6min，然 后取样分析并调节C、Si、Μη元素含量至符合成分要求，最后加入铝粒100g进行脱氧，2min 后加入375g钛铁合金；
[0040] h)定成分和温度：取样确认钢水达到预定的化学成分（0. 05%C-0. 25%Si-1. 0% Μη-0. 10%Ti;测定温度并确定温度稳定在1560~1580°C;否则重复步骤g;
[0041] i)凝固：将功率降到40kW，通电8分钟，待钢液表面出现大量结膜时停电随炉冷 却，冷却时间约3小时；
[0042] j)脱模：放出镁砂，内置坩埚与熔炼炉钢壳分离，从坩埚内取出钢锭并清除表皮。
[0043] 将本发明的工艺与一般工艺进行比较，对比数据如表1所示。
[0044] -般工艺：（1)未加中间包的情形：备料-送料-熔前准备-熔化-精炼和合金 化-定成分和温度-直接浇注入钢模-冷却成型-脱模。
[0045] (2)加中间包的情形：备料-送料-熔前准备-熔化-精炼和合金化-定成分和 温度-流经中间包注入模具-冷却成型-脱模。
[0046] 经过多次的试验和分析，本发明获得的钢坯质量优于一般工艺获得的钢坯（表1 为部分对比数据）。其中，C类-硅酸盐类是最重要的对比项，源于中间包和钢锭模具的耐 火材料和矿石钢渣。
[0047] 模铸成型获取钢坯的工艺有直接浇注入模和流经中间包浇注两种，钢锭模具一般 有耐火材料模具和钢制模具两类。从表1可见，同为使用钢制模具，加装了中间包的钢坯夹 杂物评级平均为C1. 0,未加中间包的钢坯夹杂物评级平均为C2. 0。这是因为中间包的存 在缓冲了湍急的钢铁熔体，使得钢流垂直注入模具，减少湍流，避免了钢液对模具四壁的冲 刷，其对夹杂物的控制发挥了很好的作用。实践表明，钢锭模具类型的选用同样重要。从表 1可见，同在加装中间包的条件下，使用耐火材料模具所获得的钢坯夹杂物级别不稳定且都 属粗系，严重损坏钢坯质量。相较之下，钢制模具获得的钢坯的夹杂级别较稳定和细小。当 然，这与高质量高洁净钢坯还存在一定差距。
[0048] 本发明直接消除浇注工序，避免了钢铁熔体的湍急流动和冲刷作用，使得钢渣和 夹杂充分浮出和祛除。改进后的钢坯夹杂物级别优化到<C0. 5,提升了一个档次。
[0049] 表1本发明与一般工艺条件下的夹杂物评级比较
[0050]
[0051] 注：1、夹杂物评级按标准GB/T10561-2005/IS0 4967:1998(E)《钢中非金属夹杂 物含量的测定标准评级图显微检验法》执行；2、A类-硫化物类；B类-氧化铝类；C类-硅 酸盐类；D类-球状氧化物类；DS类-单颗粒球状类；e-粗系。
【主权项】
1. 一种钢铁熔炼-模铸新工艺，其特征在于：包括以下步骤： a) 备料：备好钢种所需原料，进行预处理；将经过预处理的主原料置于坩埚中，然后将 坩埚置于真空熔炼炉的感应圈内； b) 熔化前准备：将真空熔炼炉抽真空，使得真空度为10~30Pa，开始送电，进行预热； c) 熔化：提升功率至60~80KW，送电20~30min，继续提升功率至80~100kW，保持 功率不变，直至炉料完全熔化； d) 取样：对熔化后的炉料进行测温并通过调节功率控制熔化后炉料的温度为1560~ 1600°C，充入氩气，取样检测，确定熔化后炉料基本成分； e) 精炼和合金化：取样检测完成后，采用底部吹氩气使得真空度为3000~5000Pa，调 节功率使得熔化后炉料温度为1560~1580°C，然后加入合金原料进行合金化处理，取样检 测，确定合金化处理后的钢液中化学成分； f) 凝固：降低功率，待钢液表面出现大量结膜时，停电，使得钢液随炉冷却；或者采用 阶梯凝固，然后停电，使得钢液随炉冷却； g) 脱模：将坩埚与真空熔炼炉钢壳分离，从坩埚内取出钢锭并清除表皮。2. 根据权利要求1所述钢铁熔炼-模铸新工艺，其特征在于：步骤a)所述主原料在加 入坩埚中时需先将小块料加入垫平再加入大块料；步骤a)所述坩埚为刚玉坩埚。3. 根据权利要求1所述钢铁熔炼-模铸新工艺，其特征在于：步骤a)所述坩埚与感应 圈之间依次设有填料层和保温层，所述保温层设置在感应圈的内侧； 步骤a)所述主原料为低真空下不会挥发的原料。4. 根据权利要求3所述钢铁熔炼-模铸新工艺，其特征在于：所述填料层为镁砂，所述 保温层为石棉布；步骤a)所述主原料包括石墨和纯铁。5. 根据权利要求1所述钢铁熔炼-模铸新工艺，其特征在于：步骤a)所述预处理是指 去除钢种原料中铁块的氧化膜，并对钢种原料中其他原料分别进行干燥预热处理。6. 根据权利要求5所述钢铁熔炼-模铸新工艺，其特征在于：所述干燥预热处理的温 度为350~500°C，所述干燥预热时间为lh。7. 根据权利要求1所述钢铁熔炼-模铸新工艺，其特征在于：步骤e)所述合金原料包 括娃铁、金属猛和错粒。8. 根据权利要求7所述钢铁熔炼-模铸新工艺，其特征在于：步骤e)所述合金原料还 包括钦铁、络铁、银铁、银铁和/或I凡铁。9. 根据权利要求1所述钢铁熔炼-模铸新工艺，其特征在于：步骤b)所述送电功率为 30KW，所述预热时间为25~35min;步骤f)所述降低功率是指将功率降至40kW;步骤f)所 述冷却时间为1~3h。10. 根据权利要求1所述钢铁熔炼-模铸新工艺，其特征在于：步骤f)所述阶梯凝固是 指：将熔炼炉的感应线圈设为多组，各组感应线圈采用并联电路控制，感应线圈组由下往上 分别标记为1#~N#圈，在凝固开始时，降低各线圈组的功率，1#圈功率降为零，2~N#圈 功率降低后的关系为2#的功率小于3#，3#小于4#，依次类推；15~25min后，将2#圈的功 率降为零，其他线圈功率相应降低并满足2#的功率小于3#，3#小于4#，依次类推，当N#圈 功率降为零，然后停电，打开真空，使得钢液随炉冷却。
【专利摘要】本发明属于金属制造加工领域，公开了一种钢铁熔炼-模铸新工艺。所述工艺为：a)备好所需原料，进行预处理；将主原料置于坩埚中，然后将坩埚置于真空熔炼炉的感应圈内；b)抽真空，送电预热；c)提升功率至60～80KW，送电20～30min，继续提升功率至80～100kW，保持功率不变，直至炉料完全熔化；d)测温和控温，充入氩气，取样检测，确定基本成分；e)精炼和合金化处理，取样检测，确定钢液中化学成分；f)降低功率，待钢液表面出现大量结膜时，停电，使得钢液随炉冷却；或者采用阶梯凝固；g)脱模。本发明消除浇注环节，获得高洁净度铸锭；同时本发明工艺简单，安全性好，所用材料成本低廉，节能高效。
【IPC分类】B22D7/00
【公开号】CN105344949
【申请号】CN201510819152
【发明人】彭政务, 李烈军, 高吉祥, 郭如峰
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月20日