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真空感应熔炼炉是生产高品位高纯、精密合金材料、精密铸件的有效装备。真空感应冶炼是特种冶金中较常用的一种冶炼工艺。真空感应冶炼炉在实验室，真空感应熔炼炉哪家好，机械厂，冶金厂，全国真空感应熔炼炉，材料厂，应用非常广泛。从几人、十几人的小工厂到几百几千人的中型大型厂都能见到真空感应冶炼炉。真空感应冶炼炉一般除实验室冶炼外多数和特种铸造工艺联系在一起。有先进的工艺才能较大限度的发挥真空该应熔炼炉的作用。真空感应熔炼炉是生产高附加值合金铸件的常用设备。真空感应冶炼是较复杂的一种材料加工技术，它需要多方面的理论知识，如冶金学，金属凝固学，机械学，材料学和无机化学等，更需要在实践中总结出各种经验，这样才能不断提高生产合金铸件的成品率及质量。鉴此我们公司对真空感应冶炼炉做以简单的介绍，供共同提高发展。 在真空环境下，碳的行为很有意思。在常压下，碳的脱氧能力较弱，因此常用金属脱氧剂（如硅、铝等）来进行沉淀脱氧，真空感应熔炼炉，但硅、铝脱氧后形成的氧化物夹杂会部分残留在钢中，降低钢的纯洁度。在一般条件下，当钢中〔C〕=0.20%，真空感应熔炼炉价格，与之平衡的〔O〕=0.01%，当钢中〔C〕降低时，与之平衡的〔O〕还要升高，而现今有些特殊用途的钢和合金中的氧含量要求又远低于0.01%，因而在一般条件下仅用碳来脱氧是达不到脱氧要求的。碳氧反应的平衡常数为： K=PCO/(ac ?aO)= PCO/(〔%C〕?fC?〔%O〕?fO) 即：〔%C〕?〔%O〕= PCO/K由于K值在某一温度下是一常数，当将炉内CO不断抽走，即降低炉内的PCO，〔%C〕?〔%O〕的数值也会同时降低，即在真空条件下，碳氧反应会进行的更完全。当气相压力降至0.1atm时，碳的脱氧能力可超过硅；若气相压力降至133.322Pa时，碳的脱氧能力可超过铝。但碳的脱氧能力并不会随着真空度的提高而无限制的提高，因为只有液气分界面的碳氧反应仅只遵循上述热力学原理，金属液体内部的碳氧反应不仅遵循上述热力学原理，还要受到动力学条件的约束。金属液体内部如果要形成CO气泡，那么CO的生成压必须大于炉气压力、气泡产生处金属液柱的静压力和表面张力造成的压力之和。因而仅减小炉气压力（即增加真空度）是不够的，此时限制碳脱氧的主要因素是表面张力和静压力。二十世纪五十年代国际上普遍采用电弧炉或非真空感应炉熔炼高温合金及特种钢。但电弧炉只能熔炼低合金化的合金及铝、钛等易烧损元素少的合金。现代的高温合金含有大量的易烧损元素及微量元素， 必须采用真空下的熔炼工艺。要进一步提高合金的质量、改善合金的铸态组织和热加工塑性、力学性能等， 须采用双联及三联工艺。通常情况下， 对合金化程度较低的合金来说是采用电弧炉熔炼、非真空感应炉熔炼铸成电极后再进行真空自耗或电渣重熔。对合金化程度较高的合金， 则采用真空感应炉熔炼成电极棒， 然后再经真空自耗重熔或电渣重熔。采用不同的冶炼工艺方法冶炼不同类型的合金， 其冶炼工艺因素对冶金质量的影响各不相同。采用电渣重熔金属作为第三次真空电弧重熔的自耗电极， 主要是保证合金具有很低的气体含量。
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轴承钢GCr15的脱氧工艺优化与分析
[导读] 摘　要:分析了电炉→精炼过程中氧、氮含量的变化及炉渣成分变化。减少铝线喂入量,降低炉渣碱度、控制渣中Al2O3含量可有效减少D类夹杂物的生成。保证弱搅拌时间,促进夹杂物的上浮,可有效地去除D类夹杂物。
　　主要用于制造轴承的滚珠和滚圈,它具有很高的硬度、强度和耐磨性。由于轴承在工作时受力的接触面积很小,同时受高速度的反复不断变化的应力,所以对的质量要求比较高。钢的纯净度和耐用寿命有着很密切的关系,因此对钢中气体和夹杂物的含量要求很严。一般广泛应用的为GCr15。南京钢铁联合有限公司(以下简称南钢)GCr15棒线材已生产了2年,实物质量取得了明显提高,钢中氧质量分数基本上能控制在12&10-6以下,但钢中的(球状不变形夹杂物)级别仍然较高,普遍在粗系0.5～1.5级,细系0.5～2.0级(国标要求粗系&1.0级,细系&1.0级)。为了有效去除钢中的D类夹杂,对LF、VD工序专门取过程钢样和渣样,做O、N气体分析和渣样分析,然后做脱氧工艺优化试验,取得了显著效果。
　　1　氧、氮和夹杂物分析
　　O、N数据见表1,LF吊桶样w([O])=(8～13)&10-6,w([N])=(48～54)&10-6,VD吊桶样w([O])=(9～14)&10-6,w([N])=(32～40)&10-6,VD过程w([O])下降14&10-6。可见,原冶炼工艺中的钢液脱氧任务主要在LF完成,VD主要作用是脱氮,脱氧效果并不明显。个别炉号[O]上升,这是由于VD初始[O]已经很低、真空处理时真空度不够低,真空时间不足或VD前后钢水可能有裸露现象等原因而造成。钢材成品中的(球状不变形夹杂物)级别较高,普遍在粗系0.5～1.5级,细系0.5～2.0级(国家标准要求粗系&1.0级,细系&1.0级)。
　　2　精炼渣成分分析
　　表2为8炉渣样的分析数据。VD过程中渣中w(CaO)平均上升0.16 %,基本不变,下降炉次是由于钢中SiO2、Al2O3夹杂上浮后渣量增加而造成。
　　VD过程w(SiO2)平均下降3.04 %,这是因为在真空条件下,碳的脱氧能力超过硅,碳将(SiO2)还原成Si,生成CO。(SiO2)的下降导致R2平均上升5.53,VD后平均R2高达12.58。这么高的炉渣恶化炉渣流动性,对脱氧、脱硫均很不利。
　　VD过程w(Al2O3)平均上升2.95 %,表明脱氧产物(Al2O3)在真空的良好搅拌下从钢液中分离,被渣吸附。有关研究表明,有44 %的脱氧产物在真空处理过程中上浮。
　　VD过程w(S)上升0.05 %,说明VD过程钢水在进一步脱硫。
　　3　脱氧工艺分析
　　3.1　脱氧剂的分析
　　GCr15脱氧元素主要是Si和Al,出钢时喂Al线进行钢液的脱氧,精炼开始和结束时喂Al丝脱氧,使钢中进一步下降。运用吹氩搅拌,除了起搅拌作用外,同时还有脱气的作用。有关资料显示,当每吨钢吹Ar量达0.1 m3时,常压下的吹Ar脱气率可达70 %,当真空度达50.66kPa时,吹Ar脱氧量大于90 %。为此,脱氧工艺可以作适当调整:(1)适当减少加Al量,以减少Al2O3的生成量,提高LF结束时的[O],充分发挥VD的脱氧作用。(2)延长吹Ar时间,一方面提高吹Ar脱气率,另一方面促进Al2O3夹杂物的上浮。
　　3.2　渣系成分分析
　　在采用铝脱氧的情况下,脱氧夹杂物主要是Al2O3基夹杂,精炼渣对此夹杂的吸附能力主要取决于精炼渣中Al2O3活度的高低。为了使精炼渣具有良好的吸附Al2O3夹杂的能力,根据目前的炉渣成分,需降低炉渣,提高渣中SiO2,降低造渣料中的Al2O3,促使形成CaO-SiO2-Al2O3渣系中的低熔点产物。在CaO-SiO2-Al2O3三元系夹杂物中,具有良好变形能力的夹杂物组分分布在钙斜长石(CaO&Al2O3&2 SiO2)与磷石英和假硅灰石(CaO&SiO2)相邻的周边低熔点区。该区域内Al2O3相成分在15 %～20 %。GCr15原用的造渣原料为改性渣和铝质调渣剂,由于改性渣和铝质调渣剂中含有较高的Al2O3成分,改性渣w(Al2O3)=18 %～20 %,铝质调渣剂成分为w(Al2O3)&75 %,造成精炼渣中初始Al2O3就很高,LF未期w(Al2O3)达31.2 %,VD结束后w(Al2O3)达34.14 %,整个精炼过程中w(Al2O3)均在30 %以上,这不利于炉渣吸附Al2O3夹杂。若减少改性渣和铝质调渣剂的加入量,降低造渣料中的Al2O3,保证真空下w(Al2O3)在20 %以下,将大大促进精炼渣对Al2O3夹杂的吸附。
　　中的,几乎全是含钙的铝酸盐,钢液中一定数量的钙是球状夹杂物生成的必要条件。随着精炼渣R2的提高,渣中自由CaO含量增加,CaO活度随之增大,有利于钙进入钢液。这就要求精炼渣降低。
　　配制1种适当成分的精炼渣,要达到3个目的:(1)具有一定程度的脱硫能力,使中的A类(硫化物)夹杂物的数量控制在一定范围内;(2)具有吸收脱氧产物Al2O3夹杂的能力,以便在搅拌精炼过程中最大程度地降低氧化物夹杂的数量;(3)减少或消除含CaO的。采用高渣精炼,硫含量及Al2O3夹杂含量都可降到很低的程度,但球状夹杂物出现率升高;酸性渣虽然消除了球状夹杂物,但对降低钢中硫含量的能力很有限,硫化物夹杂和氧化物夹杂的数量都较高。国内数家特殊钢厂吹氩精炼工艺均采用低渣,控制在2.5以下,钢中w(Ca)一般不超过20&10-6,塑性夹杂物占夹杂物总量的比例可达90 %以上。
3.3　搅拌工艺分析
　　与LF精炼相比,真空下钢水静压力较小,夹杂物容易上浮,所以应优化LF与VD的搅拌时间,确保VD真空处理15～25 min。加强真空搅拌处理比加强LF弱搅拌处理更能有效促进夹杂物的上浮。
　　优化搅拌工艺,制定适宜的吹氩流量。对于上VD的钢种,由于其出钢量比普通钢种少20%～25 %,所以其吹氩流量应适当减少,否则搅拌强度过大,上浮到渣中的夹杂又回到钢水中,甚至出现钢水裸露现象。合理的吹氩流量应使混匀时间短,净化效果最佳,还不致于出现卷渣现象,避免钢水与空气接触。为促使夹杂物的分离,炉渣粘度要适当高一些,避免渣与钢混合,以防止二次氧化。
　　4　脱氧工艺优化试验
　　根据以上生产数据分析,对GCr15脱氧工艺进行优化试验。
　　4.1　试验内容
　　(1)降低精炼渣,R2从5.0～7.0降至2.0～3.0;
　　(2)造渣剂由改性渣加铝质调渣剂改为石灰加萤石,降低精炼渣起始Al2O3浓度;
　　(3)减少Al线喂入量,由Al脱氧改为Al加Si脱氧,减少铝酸钙的生成量;
　　(4)保证弱搅拌时间,促进夹杂物上浮;
　　(5)保证真空压力小于67 Pa,真空下处理时间达15~20 min。
　　4.2　VD精炼渣样成分与成品分析
　　表3为GCr15钢VD精炼渣的分析数据。
　　注:R2=m(CaO)/m(SiO2);R4=m(CaO+MgO)/m(SiO2+Al2O3)
　　试验中将炉渣R2控制在2.5～3.5,渣中w(Al2O3)控制在20 %以下。炉渣w(FeO)在0.5%左右,说明炉渣还原性较好,铝线加入量减少后并没有影响炉渣的还原性能,炉渣脱硫能力得到了提高。
　　脱氧工艺改变后,成品w([O])范围基本上在(7～12)&10-6,与原工艺相当,级别粗系、细系均为0～1.0级,与试验前相比,级别明显下降。
　　5　结　论
　　(1)调整造渣料的配比,减少造渣剂所带入的Al2O3,控制渣中Al2O3含量,可有效提高精炼渣对钢液中Al2O3夹杂的吸附;
　　(2)适当减少铝线加入量,采用Al加Si脱氧,控制Al2O3夹杂的生成量;
　　(3)降低炉渣和钢中[Als],LF渣保持R2=2.5～3.0,VD渣保持R2=3.0～3.5,控制钢液的含钙量,从而控制球状夹杂物的生成条件;
　　(4)优化搅拌工艺,保证弱搅拌时间和合适的吹氩流量,可加强的上浮去除;
　　(5)保证真空压力和真空处理时间,可充分发挥VD的脱氧能力。
　　[参 考 文 献]
　　[1]赵　沛,成国光.炉外精炼及铁水预处理实用手册[M].北京:冶金工业出版社,.
　　[2]王立峰,王万军,王新华.钢中夹杂物控制技术研究[A].冶金研究[C],北京:冶金工业出版社,.
　　[3]薛正良.钢的脱氧与氧化物夹杂控制[J].特殊钢,):24-26.
　　[4]刘　昊.100 t UHP EAF-LF-CCM流程的控制[J].特殊钢,):46-48.
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真空脱氧原理及特点
    
将已炼成合格的钢水置于真空条件下，这样就打破[C]、[O]之间原有的平衡状态，引起了[C]和[O]继续反应，也就是通过钢中碳脱除钢中的氧。
在真空条件下，由于Pco的降低，破坏了[C]、[O]原有平衡的同时，碳的脱氧能力急剧增强，甚至超过了硅或铝的脱氧能力。钢水在真空处理时，随着真空度的提高，Pco不断下降，钢中氧含量也逐渐降低，脱氧比较彻底。
真空处理后，低碳钢中氧含量可低于0.003％；而高碳钢则可降到0.0007％～0.002％。
真空脱氧是以碳脱氧，经处理后，钢中碳含量可以从0.04％降至平衡时的0.005％。由于产物是CO气体，它不会残留于钢中沾污钢水，在CO气泡上浮的同时还会搅动钢水，不仅均匀了温度和成分，还将钢中的氢等有害气体和非金属夹杂物带出，有利于净化钢水。
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