本发明涉及高碳钢的真空感应炉冶炼，具体而言是一种真空感应炉冶炼高碳钢的方法。
背景技术：
1、高碳钢包括钢轨钢、帘线钢、切割线用钢等，每一个品种都有不同的用处：钢轨是铁路轨道的重要组成部分，其主要功能为引导机车车辆的车轮前进，同时承载车轮的作用力并将力传递到轨枕上；帘线钢主要用于轮胎子午线增强用骨架，可以提高轮胎的耐磨性和轮胎尺寸的稳定性，具有强度高、疲劳性能优异等特点，帘线钢是线材制品中要求极高的产品之一，因其需经过多道次拉拔制成直径为0.15～0.38毫米的细丝，因此对断丝率要求极严格；切割钢丝是一种特种钢丝，一般由直径5.5毫米的高碳钢盘条拉拔而成，它集极好的稳定性、均匀性、高精度、高强度等众多特点于一身，是光伏发电、半导体等产业核心硅晶片在高精度切割加工中不可或缺的耗材。由于高碳钢的碳含量高，冶炼过程碳的加入量较大，真空和高温条件下加入后易喷溅，而且难以完全熔化，因此，高碳钢的真空冶炼是重点，也是技术难点。
2、长期以来有许多的冶金工作者从事高碳钢冶炼方面的研究，高碳钢冶炼方面的专利、文献也有很多，但大多数都是关于转炉冶炼高碳钢方面的，关于真空感应炉冶炼高碳钢方面的文献很少。发表在《真空科学与技术学报》2019年第12期的“切割线用钢的真空感应熔炼工艺试验”文章指出：成建强、胡显军等人在容量为150公斤的真空感应炉上开展了高碳钢冶炼试验研究，原料分别为工业纯铁、石墨电极碎块、多晶硅、金属锰和金属铬等，其中工业纯铁在使用前进行抛丸处理并在150℃烘烤2小时，去除表面氧化皮和吸附的水汽；石墨电极纯度达99.8％，比普通增碳剂纯度99.3％要高，故本次试验选用前者，进行破碎，控制粒度在0.5～3厘米范围，并进行不低于2小时的150℃烘烤和保温，去除表面吸附的水汽，冶炼步骤为：①随炉装入工业纯铁、金属铬、硅及0.1％的碳；②抽空至熔炼室真空度值≤10pa后，开始送电，对炉料加热化料；③化料期需持续对熔炼室抽空，控制熔炼室真空度值≤10pa，并根据坩埚内熔炼情况，通过料桶加入二次料；④炉料全部熔清时，停止抽空，往熔炼室充氩至(0.8～1)×104pa，并补加碳至0.93％，搅拌2～5min；⑤调温至1540±5℃，进入精炼期；⑥精炼期时长30～40min，每精炼10min后搅拌2～3min；⑦取样分析，补充氩气至(2.5～3)×104pa，加入金属锰，搅拌2～3min后，进入二次精炼，时长为15～25min；⑧取样分析，微调成分，搅拌2min后，调温至1600±5℃出钢浇铸；⑨次日脱模，成品碳含量为0.93％。该冶炼方法存在以下问题：一是没有明确加碳时间和加碳方式，因为大量的碳加入钢水中会喷溅，而且很难完全熔化；二是精炼期间充入氩气会影响气体和杂质挥发，从而影响精炼效果；三是合金化期间充入的氩气偏小，碳加入后易产生喷溅。
技术实现思路
1、根据上述技术问题，而提供一种真空感应炉冶炼高碳钢的方法。
2、本发明采用的技术手段如下：
3、一种真空感应炉冶炼高碳钢的方法，包括：
4、原料准备：根据高碳钢的钢种成分准备原料，原料中包括纯铁、合金及碳和硅、锰混合物；在根据高碳钢的钢种成分准备原料过程中，先确定坩埚的装入总量，再根据高碳钢的钢种成分计算各种原料的加入量。所述纯铁为工业纯铁，其中碳含量为0.0015％～0.0035％，氧含量为0.0020％～0.0040％。
5、装炉：将纯铁、合金原料中熔点高或不易被氧化的合金(如镍、钴、铬等)、适量的碳装入坩埚中；将碳和硅、锰混合物，以及合金原料中熔点低或易被氧化的合金(如铝、硅、锰、钒铁、铌铁等合金)装入合金料仓。装入坩埚中的碳的质量为装入总量的0.005％～0.008％。
6、模具准备：在加热炉中对漏斗砖、帽口砖和钢锭模进行烘烤保温：在300℃～500℃的温度下烘烤3～6小时，完成烘烤后将模具放置在出钢小车上，待出钢。
7、真空感应炉内抽真空；启动机械泵，当真空度达到650pa时启动罗茨泵，确保真空度小于10pa。
8、送电预热、熔化原料：真空度小于10pa后进行送电预热，从原料预热到熔清总时间为90分钟～120分钟。
9、钢液精炼；在真空度<10pa的真空条件下进行钢液精炼，温度调至钢种液相线温度+(80℃～100℃)时开始钢液精炼，钢液精炼时间为20分钟～40分钟。
10、脱氧合金化：钢液精炼结束后关闭真空泵，向炉腔内充入惰性气体保护气至30000pa～50000pa，降低钢液温度至液相线温度+(20℃～50℃)，分批次加入合金料仓中的碳和硅、锰混合物，相邻两批次间隔时间为5～8分钟，每批次加完后钢液升温至正常精炼温度，全部加完6～8分钟后依次加入合金料仓中的其它合金。
11、钢液浇注冷却：将合金化后的钢液浇注到钢锭模中，在惰性气体保护气氛下冷却至钢液完全凝固，再置于大气下冷却至常温，然后脱模得到高碳钢铸锭。
12、较现有技术相比，本发明具有以下优点：
13、本发明提供一种真空感应炉冶炼高碳钢的方法，预先加入用于脱氧的碳，且为了降低炉内一氧化碳的分压，促进碳氧反应的进行，原料熔化和钢液精炼过程都在高真空下进行；精炼结束后进行合金化，充入氩气至(3～5)×104pa，碳和硅、锰混合后分批次加入，相邻两批次间隔时间为5～8分钟，加入前降低钢液温度至液相线温度+(20℃～50℃)，加入后升温至正常精炼温度；合金化后调温浇注，其中合金化及浇注、凝固过程都在惰性气体的保护下进行。采用本发明提供的方法可以冶炼出合格的高碳钢，且操作简单易于实施，没有安全隐患。
14、基于上述理由本发明可在高碳钢冶炼等领域广泛推广。
1.一种真空感应炉冶炼高碳钢的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼高碳钢的方法，其特征在于，在根据高碳钢的钢种成分准备原料过程中，先确定坩埚的装入总量，再根据高碳钢的钢种成分计算各种原料的加入量。
3.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼高碳钢的方法，其特征在于，所述纯铁为工业纯铁，其中碳含量为0.0015％～0.0035％，氧含量为0.0020％～0.0040％。
4.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼高碳钢的方法，其特征在于，装入坩埚中的合金为镍、钴、铬合金中的一种或多种；装入合金料仓中的合金为铝、硅、锰、钒铁、铌铁合金中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼高碳钢的方法，其特征在于，装入坩埚中的碳的质量为真空感应炉的装入总量的0.005％～0.008％。
6.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼高碳钢的方法，其特征在于，送电预热、熔化原料及钢液精炼过程中，在真空度<10pa的真空条件下进行。
7.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼高碳钢的方法，其特征在于，送电预热、熔化原料过程中：从原料预热到熔清总时间为90分钟～120分钟。
8.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼高碳钢的方法，其特征在于，钢液精炼过程中：温度调至钢种液相线温度+(80℃～100℃)时开始钢液精炼，钢液精炼时间为20分钟～40分钟。
9.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼高碳钢的方法，其特征在于，将合金料仓中的原料倒入坩埚中进行合金化过程中：分批次加入合金料仓中的碳和硅、锰混合物，相邻两批次间隔时间为5～8分钟，每批次加完后钢液升温至正常精炼温度，全部加完6～8分钟后依次加入合金料仓中的其它合金。
10.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼高碳钢的方法，其特征在于，钢液浇注冷却过程中：钢液浇注前，需要在加热炉中对漏斗砖、帽口砖和钢锭模进行烘烤保温：在300℃～500℃的温度下烘烤3～6小时；