真空感应熔炼碳脱氧研究
真空感应悬浮熔炼实验
一、实验目的1、了解真空感应悬浮熔炼实验的基本原理；2、掌握真空感应悬浮熔炼的操作方法。
二、真空感应熔炼的特点真空感应熔炼作为一个高温冶金过程有很大的优越性，因为它有坚实的热力学基础。
咋非真空感应熔炼过程中，只有控制金属液的温度，而在真空过程中，温度和压力两者都可以控制。
与大气熔炼相比真空感应熔炼有以下优缺点：1、能够比较彻底地清除钢液中的气体根据物理化学中的气体熔解定律，对于双原子气体（H2，N2）来说，它们在钢液中的溶解量是炉气 中该种气体的分压力的平方根成正比的，其间的关系可用下式表示：(H)=k1PH1/2(N)=k2PN1/2式中：（H ）（N ）为氢和氮在钢液中的溶解量；PH 、PN 为炉气中氢和氮的分压力；k1、k2为平衡常数。
由上式可见，当降低炉气中氢气和氮气的分压力时，钢液中的气体含量就会随之减少。
如果炉气中的真空度很高（即pH ≈0,pN ≈0）时，则钢液中的含气就可以降低到很低的程度。
例如，实验结果表明，只要真空度达到10μm 汞柱时，钢中氢的含量可以降低至1ppm 以下。
2、钢液可以充分脱氧和降碳由于钢液的熔化过程是在真空条件下进行，钢液中元素的氧化程度很轻微。
因此，只要炉料很干净，所练出的钢，氧化夹杂物就会很少。
另一方面，在真空条件下，碳的脱氧能力比常压下大为提高。
这是因为碳的氧化反应：C+Fe →CO+Fe 所生成的一氧化碳被抽走，因而使得反应进行得很彻底，钢液脱氧良好。
3、金属元素的蒸发液态合金中每种元素都有一定的蒸气压，当蒸气压超过外界压力时，元素就会蒸发。
在大气熔炼的条件下，只要极少数金属元素会发生显著的蒸发现象。
但在真空条件下熔炼时，钢中蒸汽压较高的元素就会发生显著的蒸发现象，结果会造成钢液化学成分控制的困难。
4、坩埚材料的沾污在真空熔炼条件下，炉衬耐火材料会被钢液所侵蚀，这种侵蚀主要表现为钢液中的碳被还原，其结果是，还原产物进入钢液，使钢液的化学成分发生变化。
真空感应熔炼技术的发展及趋势
真空感应熔炼技术的发展及趋势随着现代工业技术的迅猛发展，人们对机械零件的使用要求越来越高，愈加严苛的使用环境对金属材料的耐高温，耐磨，抗疲劳等性能提出了更高的要求。
对于某些特定的金属或合金材料，无论是前期研发试验还是后期的大批量生产投入使用，研究或得到高性能的金属合金材料都需要金属熔炼设备，表面热处理设备等的支持。
在众多的特种加热或熔炼方法中，感应加热技术用于熔炼制备金属材料或在一定工艺中对材料进行烧结，热处理等，都起到了至关重要的作用。
1、真空感应熔炼技术1.1、原理感应加热技术通常是指真空条件下，通过电磁感应原理使感磁性较好的材料获得感应电流，达到加热的目的一种技术。
电流以一定频率通过环绕在金属材料周围的电磁线圈，变化的电流产生感应磁场，并使得金属内部产生感应电流，并产生大量的热量，用来加热材料。
当热量相对较低时可用于真空感应热处理等工艺，当热量较高时，产生的热量足以熔化金属，用来制备金属或合金材料。
1.2、应用1.2.1、真空感应熔炼真空感应熔炼技术是目前对金属材料加热效率最高、速度最快，低耗节能环保型的感应加热技术。
该技术主要在感应熔炼炉等设备上实现，应用范围十分广泛。
固态的金属原材料放入由线圈缠绕的坩埚中，当电流流经感应线圈时，产生感应电动势并使金属炉料内部产生涡流，电流发热量大于金属炉料散热量的速度时，随着热量越积越多，到达一定程度时，金属由固态熔化为液态，达到冶炼金属的目的。
在此过程中，由于整个过程发生在真空环境下，因此，有利于金属内部气体杂质的祛除，得到的金属合金材料更加纯粹。
同时冶炼过程中，通过真空环境以及感应加热的控制，可以调整熔炼温度并及时补充合金金属，达到精炼的目的。
在熔化过程中，因为感应熔炼技术的特点，液态的金属材料在坩埚内部由于受到电磁力的相互作用，可以自动实现搅拌，使成分更加均匀，这也是感应熔炼技术的一大优势。
与传统的冶炼相比，真空感应熔炼节能，环保，工人作业环境好，劳动强度小，具有很大优势。
一种钛镍合金真空中频感应熔炼去除碳化物方法[发明专利]
![一种钛镍合金真空中频感应熔炼去除碳化物方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/85674be876c66137ef06197e.png)
专利名称：一种钛镍合金真空中频感应熔炼去除碳化物方法专利类型：发明专利
发明人：牛中杰
申请号：CN201510132884.0
申请日：20150326
公开号：CN106148738A
公开日：
20161123
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种钛镍合金真空中频感应熔炼去除碳化物方法，材料为20NiTi、有效层深度1.6mm、模数6.5以下的齿轮零件，同材料圆形试棒、仿齿形试块与齿轮零件的层深、硬度、碳化物等金相组织检验结果基本相符，16mm圆形试棒和仿齿形试块能够作为随炉试棒用于检验上述齿轮零件的渗碳质量。
材料为25NiTi、有效层深度1.6mm、模数6.5以上的齿轮零件，三者之间的渗碳层深度虽然接近，但仿齿形试块的碳化物、残奥氏体等金相检验符合得更好，适用于钛镍合金真空中频感应熔炼。
申请人：西安思维金属材料有限公司
地址：710021 陕西省西安市经开区凤城三路46号
国籍：CN
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RH精炼炉真空碳脱氧速率研究
219管理及其他M anagement and otherRH 精炼炉真空碳脱氧速率研究白志坤，张文祥，张万庆，王子然（河钢集团唐钢新区，河北 唐山 063000）摘 要：热力学及动力学方面对HRH 真空精炼炉碳脱氧可行性进行了分析，并对低碳钢进行了小批量试验，通过试验验证了真空碳脱氧可行。
本文通过对RH 精炼炉在真空状态下运行设备工艺进行分析，结合在冶炼过程中热力学和动力学的学科内容，阐述了rh 精炼炉在中空状态下完成脱氧的可行性，通过生产实践研究，对低碳钢进行了部分冶炼试验，验证了可行性的同时明确指出了真空状态下脱氧速率的各种影响因素。
关键词：RH 精炼；脱氧；真空碳中图分类号：TF341 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）24-0219-2 收稿日期：2020-12作者简介：白志坤，男，生于1988年，河北唐山人，本科，中级工程师，研究方向：炼钢工艺技术。
伴随着我国石油化工等工业企业的全面发展，对品种钢的质量有了更高的要求。
随之而来的是各类品种钢需求量越来越大，在品种钢的冶炼过程中主要是针对硫，严格的硼和气体检查，尤其是低硅钢的硼和气体检查，对于优化整个精炼炉的冶炼过程至关重要。
由于生产时间长，该产品采用渣油系列CaO-CaF-A12O，CaO-SiO 渣系统和CaO-CaF 液体系统采用精炼炉碳真空脱氧技术，可以满足应用要求。
1 RH精炼炉工艺流程RH 精炼炉也被称为RH 真空循环脱气方法。
首次使用时是在20世纪的中期，在德国被应用到炼钢中。
该技术主要是从实际生产中借用的。
人们发现在铸造过程中经常会发生结渣。
经过多次实验，可以得出结论，液态钢中的氢和氮是引起这种现象的主要原因，真空清洁技术。
伴随着钢铁冶炼中真空精炼技术的不断成熟，RH 在处理工程中周期短，效率高，被更多的转炉炼钢企业应用于生产实践。
RH 精炼炉是属于对精加工的一种二次加工方法，在整个工艺当中，主要是真空状态进行的，并且将所精炼的炉内壁上，镶嵌耐火衬，使其不收到高温的破坏。
真空感应熔炼工艺对镍基高温合金氧氮含量的影响
1试验方法
按照表1中合金成分，在ZG-25 kg真空感应熔炼炉用相同工艺熔炼不同Cr含量 的合金锭各一炉，合金中Cr含量（质量分数）分别为4%、6%、8%、10%、12%、 14%、16%、18%、20%、22%、24%、26%、33%,其余主量元素保持不变，浇注完 成后从合金锭上部切取试样检测气体含量。
2.2不同熔化时间对氧、氮含量的影响 根据合金成分和每种原材料中氧和氮含量，
计算出原材料中所带入氧和氮含量分别为0.031%和 0.080%„在金属原材料熔化阶段采取不同送电功率控 制熔化速率，熔清后炉前取样检测的氧氮含量见图2 o 从图2中可以看出，原材料中带入的氧和氮含量在熔化 期间得到大幅度降低，氧和氮的脱除率分别高达80% 和30%。随着熔化时间的延长，氧和氮含量继续呈降 低趋势。熔化时间为t时，氧和氮含量分别22x10"和 49x10",熔化时间延长15 min后，氧和氮含量分别下 降为19 X 10"和44 x 10",熔化时间继续延长至30 min 后，氧和氮含量分别降低到14x10"和42 x 10%
鎳基高温合金被广泛应用在航空发动机中热端部件。当高温合金中存在较高 的氧和氮含量时，将与合金元素形成氧化物和氮化物，成为零件服役过程中的裂纹 源。另外，由于氮化物的存在，在合金液凝固过程中将促进碳化物的粗化，并在碳 化物周围形成显微疏松，降低合金性能，零件质量下降皿。因此需要将镇基高温合金 中氧和氮含量控制的越低越好。随着高推重比发动机的发展，发动机材料使用温度 越来越高，对于氧氮含量的要求越来越高真空感应熔炼由于具有良好的真空气氛 有利于将熔炼的鎳基高温合金中的氧、氮有效去除，一般都采用真空感应熔炼生产 鎳基高温合金。牛建平等人研究了CaOt甘蜗熔炼谋基高温合金的脱氧脱氮工艺卩期， 结果显示，通过提高真空度、精炼温度和精炼时间均能提高合金中氧氮脱除率。但 是目前熔炼鎳基高温合金使用最广泛的t甘蜗材料为MgO,对于用MgOtW熔炼镇基 高温合金时，如何有效去除氧和氮含量的工艺硏究较少，因此有必要开展此方面的 工艺研究。
3.真空感应炉熔炼-西安建筑科技大学
3[Ca]+2[P]=Ca 3P2
参与反应的钙可以 是金属钙也可以是 钙的合金（硅钙合 金）或钙的化合物 （CaC2)
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3.6 新技术在感应炉冶炼中的应用
反应产物Ca3P2不溶于钢液，在炼钢温度下会以液态上浮而进入 渣中，在炼钢条件下不稳定，是一种强的还原剂，当炉内气氛氧 势偏高和渣中存在易还原的氧化物时，会发生如下反应：
镁特定的物化性质决定着，在镁的加入操作中，镁的加入 方式回收率的控制都是难以完善解决的工艺问题，使用镁合金 如：Ni-Mg、Ni-Mg-Me以降低镁的蒸汽压，提高熔点和沸点。 镁处理的操作过程为： 精炼期结束后，若要求添加B、Ce,在B、Ce加入后，调节 熔池温度，使温度低于出钢温度20℃; 真空室内充高纯氩气至13-27kPa; 镁以块状的含镁中间合金加入金属熔池; 镁加入后立即大功率搅拌，时间不宜过长，为减少镁的 损失，加镁后，通常1-5min内出钢;
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3.3真空感应炉冶炼工艺过程
3.3.4 出钢和浇注
合金化结束后，坩埚中的金属液达到预定的成分 和温度，真空度也符合要求，则可出钢； 采用真空浇注，小型炉用上注，大型炉也可以下 注。
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3.4元素的挥发与控制
所有金属都存在一个平衡的蒸汽压pi*,它取决于该金属的物 性、气态的存在形式（单原子、双原子还是多原子组成气态分 子）以及温度。i物质的蒸汽压pi*，与温度的关系式为：
40CrNiMo(SAE4340)，(C：0.42%；Mn：0.76%；Cr：0.77%；
Ni：1.67%；Mo：0.20%)
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3.1.3 真空感应炉熔炼的特点
不同熔炼方法生产的钢与合金中夹杂物含量
钢与合金
Cr20 Cr16Ni25W5AlTi2 氧化物夹杂/%
真空感应炉熔炼高硅电工钢脱氧工艺的研究
真空感应炉熔炼高硅电工钢脱氧工艺的研究杨佳欣;刘静;黎世德;陈子宏;张穗忠【摘要】在50Kg氧化镁坩埚真空感应炉上进行高硅电工钢的脱氧试验.结果表明,通过控制原料的成分、高真空下的碳氧反应和炉衬分解向钢液中的供氧,可使钢液的总氧含量≤15×10-6；在维持高温高真空条件下,当钢液中的反应达到一定程度后,延长精炼时间并不能降低钢液的总氧含量；完成精炼后加入硅钙合金沉淀脱氧可进一步降低钢液的总含氧量,但脱氧效果有限.【期刊名称】《武汉工程职业技术学院学报》【年(卷),期】2011(023)002【总页数】3页(P1-3)【关键词】真空;高硅电工钢;脱氧【作者】杨佳欣;刘静;黎世德;陈子宏;张穗忠【作者单位】武汉科技大学湖北武汉：430081;国家硅钢工程技术研究中心湖北武汉：430080;武汉科技大学湖北武汉：430081;国家硅钢工程技术研究中心湖北武汉：430080;武钢研究院湖北武汉：430080;武钢研究院湖北武汉：430080【正文语种】中文【中图分类】TF131+.40 引言电工钢板包括碳含量很低的<0.5%Si电工钢和0.5%～6.5%Si硅钢两类,主要用作各种电机和变压器的铁芯,是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁合金。
电工钢板在磁性材料中用量最大,也是一种节能的重要金属功能材料。
对于取向硅钢而言,杂质含量、夹杂物和析出物数量及分布状态等对形成(110)[001]织构的二次再结晶发展或者是晶粒取向度有很大影响。
钢中存在大量的氧化物夹杂,不易发展完善的二次再结晶组织,B800值低。
对无取向硅钢而言,氧更是有害元素,氧形成SiO2、Al2O3和MnO等氧化物夹杂,使磁性降低。
MnO等细小氧化物可阻碍晶粒长大,使P1.5/50增高。
氧加速氮在铁中的扩散速度,可间接的加速磁时效。
硅和铝降低碳和氮在α-Fe中的扩散速度,阻碍磁时效,但氧与硅和铝形成氧化物,所以氧也促进磁时效[1]。
Inconel600的熔炼中的脱氧与脱硫
ａ ｐ ｏ ｒ ｔ ｌ ｎ ｒ ｃ ｓ． ｐ ｒ ｐ ａｅ ｍｅｔ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｉ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ ｎ ｏ ｅ ０； ＶＩ ； Ｉ ；ＥＳ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｉ ｃ ｎ ￣Ｏ Ｍ Ｍ Ｒ
Ｉｃｎｌ０ ｎｏｅ ０合金 属 于 Ｎ —Ｃ —Ｆ 型 镍基 高温 ６ ｉ ｒ ｅ
较高时 ， 严重降低合金 的蠕变断裂性能 ． Ｊ 硫在高温合金 Ｉ ｏｅ ０ ｎ ｎｌ ０中偏析到晶界或相 ｃ ６ 界， 并使 晶界和相界弱化 ， 当硫的质量分数较高
达式为 Ｍ ｓ ， ：ｃ 是一种有害相 ， 降低合金 的韧性裂 纹沿 Ｙ相边缘产生和扩展． 随着 ｓ 质量分数的增 加 ， 析 出温度 升 高 ， 量增 多 ， 害 性增 大 ． Ｙ相 数 危 硫 主要偏析到枝晶间， 促进 Ｎ 的偏析 ， ｂ 使枝晶轴 中 的Ｎ ｂ更 多 的向枝 晶 间扩散并 在 Ｌｖｓ ａｅ 相相 富集 ． Ｌｖｓ ａｅ 相也是一种有害相 ， 降低强度 ， 它本身又是 种 脆性 相 ， 界 也 是 裂纹 升 核 和扩 展 的 源 泉 ． 相 Ｓ
一
合金的热加工塑性 最重要的 因素是 ０ Ｓ以及低 、 熔 点 杂质 元 素． 氧在高温合金 Ｉｅｎｌ ０中存在形态为固溶 ｎｏｅ ０ ６ 态 及 氧化 物夹 杂 ， 些 氧 化 物 夹 杂通 常是 疲 劳 裂 这
纹 的萌生 及 扩 展 通 道 ， 而 影 响 ｌｅｎｌ０ 从 ｎｏｅ ０的蠕 ６ 变 断 裂性能 与瞬 间拉 伸 和 冲击 性 能 以及持 久强 度
２ Ｌ ］十 Ｃ Ｏ＋３ ］＝Ｃ Ｌ ， Ｃ Ｓ （ ） 『ａ ４ ａ ｆ Ｓ ａ ａ０ ＋３ ａ ７
其中 ｃ ａ的加入一般都是 在最后 才加入 ， 其 终产物为 Ｃ Ｓ ａ 和氧硫化钙或钙酸盐 的复合 物， 在 合金液 中极易上浮而被除去， 即使有少量残 留， 也 由于它们在变形过程 中始终保持球形 ， 不仅不会 对合金性能造成不利影响 ， 有时还消除合金 的各 向异 性性 能 ｊ ．
3.真空感应炉熔炼-西安建筑科技大学
பைடு நூலகம்
3.1.3 真空感应炉熔炼的特点
不同熔炼方法生产的SAE4340钢中气体含量
冶炼方法 炉料 电弧炉 非真空感应炉 真空感应炉 w[O]/% 0.0251 0.0031 0.0030 0.0003 W[H]/% 0.00018 0.00017 0.00010 0.00001 W[N]/% 0.0029 0.0039 0.0053 0.0005
3
真空感应炉熔炼设备
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ALD生产实验室用真空感应熔炼炉
基本设备为单室系统，含有一个可倾倒坩埚、一个垂直铸模室、一 个真空泵装置和一个冶炼电源。
冷坩埚 熔炼炉
从图看出，除了坩埚和炉体外，其他部分都与真空感应炉相同。冷 坩埚采用铜合金制成，中间通水冷却，坩埚直径可以从0.06m到 lm，高度可达2.5m。整个冷坩埚是由数个中间带通水孔的矩形体 组成，这样增加了坩埚内矩形体之间的电阻，减少铜合金坩埚感应 产生环流。
抽真空时间和熔炼周期短，便于温度压力控制、易 于回收易挥发元素和成分控制准确等特点； 自1988年出现以来，被发达国家列为大型真空 感应炉的重点选择对象。
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3.1 概述
3.1.1 真空感应炉设备
真空感应炉设备按照作业方式分为：间歇式炉子、半连续 和连续式作业的炉子。 真空感应炉配套的设备可以分为电源及电气控制系统、 炉体、真空系统、水冷系统。见下图：
（2）装料要求
下层紧密，上层较松，防止架桥； 根据金属料物化特性装在不同温度分布区域；
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3.3.2 熔化期
当装料完毕后，封闭真空室，开始抽真空。 当真空室压力达到0.67Pa时,便可送电加热炉料。 考虑到炉料在熔化过程中的放气作用,熔化初期不要求 输入最大功率。而是根据炉料的放气情况，逐渐增大 功率，避免大量放气造成喷溅。 当出现剧烈沸腾或喷溅时，可采取减少输入功率或适 当提高熔炼室压力的办法加以控制。 熔池熔清的标志是：熔池表面平静，无气泡逸出。可 转入精炼期。
真空感应熔炼的新技术
真空感应熔炼的新技术摘要：为使从事真空冶金技术人员对国内外真空冶金技术的现状和发展有较全面的了解，综述性详细回顾了真空冶金技术的历史及发展过程，对真空冶金进行了详细分类，对各类常用真空冶炼方法进行了系统论述，介绍了国内外发展情况，指出了发展前景及方向。
关键词：真空冶炼；工艺分类；工业应用Abstract：The history and the developing process of the vacuum metallurgical technology al e described in detail，the classification on the vacuum metallurgy is made，the common used vacuum metallurgical methods are systematically discussed，the development of the vacuum metallurgy at home and abroad is introduced，the prospect and the direction are indicated．Key words：vacuum metallurgy；technological chassification；industry application 真空冶金是指在小于大气压下进行的冶金作业。
真空冶金的应用, 是建立在真空技术的进步和广泛应用基础上的。
获取真空的想法, 出现在公元前384～322 年。
1654年第一台可供实用的真空泵由德国马德堡市市长、工程师O. V . Guerike 制成, 并用来做了有名的“马德堡半球实验”,开始了实际应用真空的时代。
1643 年 E . Tor ricelli 用一端封闭的玻璃管, 测出大气压为760 mm 汞柱高。
1865 年Bessemer设想将炼好的钢在真空中浇铸以消除气泡和裂纹, 但技术和设备都不足以达到要求。
真空感应熔炼含铝钢的脱氧规律
第19卷第11期2007年11月 钢铁研究学报 Journal of Iron and Steel ResearchVol.19,No.11November 2007基金项目:国家自然科学基金和上海宝钢集团公司联合资助项目(50374054)作者简介:薛正良(19622),男,博士,教授; E 2m ail :xuezhl2008@ ; 修订日期:2007204229真空感应熔炼含铝钢的脱氧规律薛正良1, 齐江华1, 周国凡1, 金 焱1, 胡会军2(1.武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,湖北武汉430081;2.张家港浦项不锈钢有限公司技术中心,江苏张家港215625)摘 要:通过热力学分析研究了用氧化钙坩埚熔炼含铝钢时熔炼温度、真空度和钢液铝含量与氧化钙分解向钢液增氧的关系。
在25kg 真空感应炉中分别用电熔镁砂和氧化钙砂捣打坩埚熔炼含铝钢,在10～50Pa 真空度下,镁砂坩埚表现出强烈的供氧倾向,全氧含量随着钢中铝烧损量的增加而增加;而氧化钙坩埚不向钢液供氧。
随着钢液中Al 2O 3夹杂被氧化钙坩埚吸收同化,全氧的质量分数逐渐下降至3×10-6。
关键词:氧化钙坩埚;真空感应熔炼;含铝钢;极低氧钢中图分类号:TF704 文献标识码:A 文章编号:100120963(2007)1120018203Deoxidizing La w of Aluminum 2Containing Steel During VIMXU E Zheng 2liang 1, Q I Jiang 2hua 1, ZHOU Guo 2fan 1, J IN Yan 1, HU Hui 2jun 2(1.Key Laboratory for Ferrous Metallurgy and Resources Utilization of Ministry of Education ,Wuhan University of Science and Technology ,Wuhan 430081,Hubei ,China ; 2.Technology Center ,Zhangjiagang Pohang Stainless Steel Co L td ,Zhangjiagang 215625,Jiangsu ,China )Abstract :The effect of the smelting temperature ,vacuum and aluminum content on oxygen pickup in molten steel originated f rom the decomposition of CaO lining is studied during vacuum induction melting aluminum 2containing steel with the help of thermodynamics f undamentals.The smelting of aluminum 2containing steel has been f ulfilled by 25kg vacuum induction f urnace with the f used magnesia crucibles and calsia crucibles molded by ramming process.At the vacuum level from 10Pa to 50Pa ,the magnesia crucible presented a strong tendency of oxygen pickup in molten steel f rom which the total oxygen content of steel was increased with the increasing of aluminum burning loss.When the calsia crucibles were used ,the oxygen pickup in molten steel did not occur.Because the alu 2mina inclusions in molten steel were assimilated by calsia crucible during vacuum induction melting ,the total oxy 2gen of the steel was gradually decreased to 010003%.K ey w ords :calsia crucible ;V IM ;aluminum 2containing steel ;extra 2low oxygen steel 真空感应炉通常用来熔炼某些含铝、钛等活泼金属元素的高强度特殊钢种或合金,真空下炉衬材料的热分解将造成这些活泼金属元素的烧损和氧化物夹杂的增加。
RH碳脱氧工艺的研究及实践
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3 RH碳脱氧工艺研究
RH轻处理低碳钢碳脱氧工艺合金化过程的碳控制
RH轻处理低碳钢碳脱氧工艺为保证采用高锰替代中锰，必须保证 RH脱氧前碳含量保持较低的水平，为高锰合金化创造条件。 锰的合金化调整，必须在脱氧后2min进行，以保证在合金化调整时 钢水脱氧完全。同时根据RH前的转炉钢水残锰量及钢种的实际锰要求 进行锰的合金调整。 从实际生产过程看，通过对RH脱碳终点的碳的控制调整，RH轻处理 低碳钢碳脱氧工艺可以满足此类钢种的成份要求，与半脱氧工艺相比， 成品碳含量波动小。同时生产过程控制稳定。
本钢（集团）公司
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3 RH碳脱氧工艺研究
3.2.3转炉终点的碳氧含量确定
为了得到RH前的碳氧值，保证RH前碳为0.05%，RH前氧为 500ppm，必须确定在出钢过程不脱氧的条件下，钢水在出钢及运 输过程的碳氧值变化。 通过实际生产，当出钢碳大于0.06%时，终点至RH前在钢中氧没有 明显降低的情况下，钢中碳一般可降低0.01-0.03%。因此转炉终点氧按 500ppm控制，保证终点氧不大于700ppm；终点碳近0.08%控制，保 证终点碳不小于0.06%。
200 182 180 160 145 140 120 100 碳脱氧 半脱氧
脱氧合金化耗铝量,kg
图14 碳脱氧工艺与半脱氧工艺的实际脱氧合金化耗铝量
本钢（集团）公司
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4 碳脱氧工艺的实施效果
4.4脱碳终点碳含量降低保证了高锰合金化的使用
从图15可见，与半脱氧工艺相比，碳脱氧工艺的实际成品碳含量平均高 0.002%。半脱氧采用中锰合金化，目前使用中锰的平均锰含量为78.11；平均 碳含量为1.90%，碳脱氧采用高锰合金化，目前使用中锰的平均锰含量为68.64； 平均碳含量为6.55%。按平均钢水调锰量为0.18%计，则碳脱氧工艺RH脱氧前 的平均碳C碳脱氧为： C碳脱氧=0.027-0.18%÷68.64%×6.55%=0.0098% 而半脱氧工艺RH脱氧前的平均碳C半脱氧为： C半脱氧=0.025-0.18%÷78.11%×1.90%=0.0216% 采用半脱氧工艺生产RH轻处理钢，平均每炉使用396kg中锰。RH轻处理钢 碳脱氧工艺实施以来，由于终点碳的降低，全部采用高锰替代中锰进行合金化， 平均每炉高锰的使用量为451kg。
大型电站转子钢真空碳脱氧的工业性试验研究
大型电站转子钢真空碳脱氧的工业性试验研究
李德明;姜钧普
【期刊名称】《中国重型装备》
【年(卷),期】2000(000)002
【摘要】通过6炉次钢液脱氧试验，结果表明：调整炉渣成分并采取一系列控制，可获得稳定良好的脱氧效果，并提出了“钢包炉内适量的铝沉淀脱氧＋充分的真空碳脱氧”处理低硅转子钢的冶炼工艺。
【总页数】5页(P32-36)
【作者】李德明;姜钧普
【作者单位】中国第二重型机械集团公司;北京科技大学
【正文语种】中文
【相关文献】
1.电站汽轮机转子主轴锻件使用真空碳脱氧工艺的效果 [J], 李继民;胡初民
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3.17CrNiMo6渗碳齿轮钢真空碳脱氧技术应用研究 [J], 辛雪倩;李建军;刘琦;祁一星;薛良良
4.GCr18Mo轴承钢真空碳脱氧研究 [J], 秦礼彬; 郭曙强; 郑红妍; 潘长啸; 石世隆; 任忠鸣
5.耐火材料对真空碳脱氧GCr18 Mo轴承钢洁净度的影响 [J], 郑红妍; 郭曙强; 秦礼彬; 石世隆; 潘长啸; 任忠鸣
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真空氧气脱碳评价报告
真空氧气脱碳（VOD）评价报告组长：林雨菲组员：金宜家，胡小宇郭烈，洪建武李思雯，李力婕2015/3/24真空氧气脱碳（VOD）法评价报告摘要：真空吹氧脱碳法（vacuumoxygendecarburizationprocess,VOD）：在真空室中向钢液吹氧，产生沸腾，同时由于真空中碳脱氧的能力增强，也有氧化脱碳作用，进一步加强了精炼效果。
是现今世界范围内第二位的不锈钢冶炼手段。
可以冶炼超低碳、高难度、高纯度的不锈钢产品。
本报告将会从VOD法的设备以及工艺流程等方面的优缺点，存在安全问题进行评价，提出对应的措施意见。
一、真空氧气脱碳（VOD）法简介一种在真空条件下吹氧脱碳并吹氩搅拌生产高铬不锈钢的炉外精炼技术。
是真空吹氧脱碳法的简称，VOD法是在真空减压条件下顶吹氧气脱碳，并通过包底吹氩促进钢液循环，在冶炼不锈钢时能容易的把钢中碳降到0.02％～0.08％范围内而几乎不氧化铬。
并对钢液进行真空处理，加上氩气的搅拌作用，反应的动力学条件很有利，能获得良好的去气、去夹杂物的效果。
1965年联邦德国Edelstahlwerk Witten公司于1965年开发的(50tVOD炉)。
世界VOD炉的总数已有50台以上，容量在5～150t之间，最大的是日本新日铁八幡制铁厂的150t VOD炉。
中国采用VOD法精炼虽起步较晚(1978年在大连)，但也有了一定的基础和规模，除大连外，重庆、上海、抚顺、西宁、北京等均先后建有VOD炉，并各自取得了具有本厂特色的经验。
二、VOD设备组成评价VOD设备组成：真空罐、真空泵、钢包、氧枪、加料系统及取样、测温装置和终点控制仪表等部分组成；真空罐真空罐 VOD炉有两种型式：钢包置于真空罐内进行精炼的罐式和在钢包上直接加真空盖的桶式。
罐式VOD炉有许多优点：罐盖面积大，易于布置不同用途的装置；罐内可容纳大小不同的钢包；易与真空泵连接；钢包上部不必带法兰，结构简单且可以使用较小的自由空间；易于设置防溅盖；真空罐密封法兰较大，罐盖落下时易于对准，较易保证密封等。
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第38卷 第6期2003年6月 钢 铁I RON AND ST EELV o l.39,N o.6June2003真空感应熔炼碳脱氧研究3薛正良 李正邦 张家雯 高银露(钢铁研究总院)摘 要 为制备无固相脱氧产物的高洁净钢,在真空感应炉内用碳对无铝高纯铁进行脱氧。
研究发现,在较高的真空度下炉衬材料的热稳定性对钢液终点氧含量产生决定性的影响。
当钢液实际氧含量高于炉衬分解平衡氧含量时,碳脱氧反应速度决定于钢液中氧的扩散速度;当钢液中实际氧含量低于炉衬分解平衡氧含量时,碳脱氧反应速度受炉衬向钢液供氧速度控制。
关键词 真空感应熔炼 碳脱氧 氧化钙炉衬①STUDY ON D EOX I D IZAT I ON B Y CARB ON IN V I M REF IN ING XU E Zhengliang L I Zhengbang ZHAN G J iaw en GAO Y in lu(Cen tral Iron and Steel R esearch In stitu te)ABSTRACT In o rder to p roduce the ex tra clean steel w ithou t so lid deox idizati on p roducts, alum inum2free super clean iron w as deox idized by carbon in V I M refin ing.It w as found that the final oxygen con ten t in m o lten steel is h igh ly affected by the ther m odynam ic stab ility of lin ing m aterials at h igh vacuum.T he carbon deox idizati on rate is deter m ined by diffu si on rate of disso lved oxygen in m o lten steel if the oxygen con ten t disso lved in m o lten steel is h igher than the equ ilib rium oxygen con ten t betw een lin ing and m o lten steel.KEY WOR D S V I M refin ing,deox idizati on by carbon,calcia lin ing1 前言为了研究细晶粒高强度钢的疲劳断裂和延滞断裂性能,需要熔炼出夹杂含量极低的钢,且钢中析出的夹杂物颗粒尺寸应小于材料的晶粒度。
用强脱氧元素铝对钢液实施脱氧时,会在钢液中析出脱氧产物A l2O3,这类脱氧产物一经析出就很难将它们与钢液完全分离。
为此,本研究拟在真空感应炉中用碳对钢液进行真空脱氧,以便将钢中的溶解氧降低到钢种固相线温度下与相应脱氧元素含量对应的平衡值以下,从而防止钢液在精炼和凝固过程中析出固相脱氧产物。
本文的研究工作主要探索真空感应熔炼条件下碳脱氧的基本规律。
2 原材料的准备与处理为了排除强脱氧元素铝对钢液脱氧的影响,必须将原料纯铁中的铝含量降低到极限水平。
为此,将经过深度脱硫和脱磷的纯铁在200kg中频感应炉中进行脱铝处理,最后得到精炼高纯铁(表1)。
高纯铁中氧已接近饱和,铝已降到3×10-6。
第二步将精炼高纯铁在25kg真空感应炉中用碳进行初脱氧,将氧含量从0122%降低到(20～40)×10-6。
表1 纯铁化学成分T able1 Compo siti ons of refined extra2clean iron%元素C Si M n P S A l T[O]N精炼高纯铁01010100101001010020100101000301220101初脱氧纯铁0114～0144—————010021～010*********～0100113国家自然科学基金资助项目(50174048)联系人:薛正良,教授,北京(100081)钢铁研究总院冶金工艺研究所3 炉衬材质对真空碳脱氧的影响311 真空下炉衬稳定性分析真空感应熔炼时通常用电熔镁砂和石灰砂作炉衬,这两种炉衬的主要成分是M gO和CaO,它们在高温下将发生分解。
随系统真空度提高(真空室压力下降)和熔炼温度升高,M gO的热稳定性逐渐下降。
1600℃时当系统压力低于50Pa时,M gO的热稳定性急剧下降;相比而言CaO的热稳定性远比M gO好,1600℃时只有当系统压力低于2Pa时,CaO的稳定性才迅速下降。
温度变动对CaO热稳定性的影响也很小。
由此可见,在较高的真空度下熔炼超低氧金属材料时,,而应采用CaO质炉衬。
312 不同性质的炉衬对钢液真空碳脱氧的影响实验选择电熔镁砂、石灰砂和整体成型预制氧化钙坩埚作炉衬对钢液进行真空脱氧。
第一步在25 kg真空感应炉中用捣打镁砂炉衬进行脱氧。
考虑到较高真空度下镁砂的不稳定性,将真空度控制在200Pa左右对钢液进行初脱氧,同时避免了钢液剧烈喷溅现象。
第二步分别在10kg和25kg真空感应炉中用氧化钙质炉衬对钢液进行深脱氧和合金化。
10kg真空感应炉用预制氧化钙坩埚,精炼真空度为617Pa;25kg真空感应炉用石灰砂捣打内衬,真空度为015Pa。
用捣打石灰砂作炉衬真空熔炼钢液时,钢液氧含量可降低到(415～610)×10-6,用预制氧化钙坩埚时达到的氧含量为(1213～1613)×10-6。
预制氧化钙坩埚是用加入防吸水材料的石灰砂经等静压成型后烧制而成,炉衬中氧化钙含量一般在85%～90%;而捣打炉衬用的氧化钙砂的氧化钙含量达到95%,因而用后者作炉衬精炼钢液时的脱氧深度也高于前者。
4 钢液碳含量对真空碳脱氧的影响真空下碳的脱氧反应可表达为[1]:[C]+[O]=CO(1) 从热力学角度看,当脱氧反应受碳氧反应控制时,在一定真空度下提高钢液碳含量对降低钢液氧含量有利。
在本实验选定的钢液含碳范围内,钢液中实际达到的[O]并没有因[C]的增加而降低。
表现在碳氧积([C][O])上,随钢液[C]增加碳氧积升高,见图1。
在本研究选择的条件下,由于钢液中碳含量远比氧含量高得多,因此,真空下钢液碳脱氧速度主要受氧的扩散控制。
在这种情况下,钢液中[C]的增加并不能提高碳脱氧反应的速度。
相反,钢液中[C]的增加降低了[O]的活度,使深脱氧变得困难。
图1 碳氧积与钢液碳含量和炉衬材质的关系F ig11 R elati onsh i p among[C][O]and carboncontent and linings5 真空度对碳脱氧的影响在25kg真空感应炉中用镁砂捣打内衬,将21 kg[C]=0133%的钢样熔化后在200Pa真空度下保持15m in后出钢。
将该钢锭切除帽口,并将表面氧化皮去除后重新熔化,在25Pa真空度下保持15 m in后出钢。
分析钢锭氧含量已从真空度为200Pa 时的32×10-6上升到真空度为25Pa时的54×10-6。
在镁砂捣打的10kg真空感应炉中,将氧含量为1115×10-6的铝脱氧低碳钢和氧含量为30×10-6的铝脱氧结构钢(工业生产的42C r M o)在617Pa的真空度下重新熔炼,发现两个钢样均发生了增氧现象,见表2。
表2 铝脱氧钢真空精炼时的增氧现象T able2 O xygen p ick up in alum inum k illed steelafter V I M refining钢种炉衬材质真空度 Pa全氧含量变化 10-6精炼前精炼后低碳钢镁砂6171115401042C r M o镁砂61730104415上述试验结果与前面的热力学分析结果是一致的,它表明在镁砂捣打的坩埚内熔炼钢液时,采用较高的真空度对钢液脱氧是无济于事的,高真空下镁砂的分解只能使钢液进一步增氧。
当用氧化钙制作的坩埚熔炼钢液时,由于氧化钙优异的热稳定性,在真空精炼时它不会对钢液增氧。
当钢液用碳脱氧时,由于熔池内钢液的脱氧速度决定于氧的扩散速度,这时过高的真空度无助于钢液内氧的扩散。
另外,由于碳氧反应主要发生在钢液自由表面和钢液与炉衬的上部接触面上,而每1・31・第6期 薛正良等:真空感应熔炼碳脱氧研究mm深的钢液将产生70Pa静压,这时过高的真空度并不能对整个熔池的碳氧反应产生实质性的影响。
相反,过高的真空度会降低氧化钙的热稳定性(如系统压力小于1Pa时),不利于钢液的深度脱氧。
6 真空碳脱氧动力学分析真空精炼过程中钢液的脱氧速度受以下两方面的因素控制:①钢液中溶解氧的扩散速度;②真空下炉衬材料分解向钢液的供氧速度。
在较高的真空度下对钢液进行碳脱氧时,当钢液中实际氧含量([O])降低到小于与炉衬平衡的氧含量[O]lining时,炉衬开始分解并向钢液供氧。
随碳氧反应进行,钢液脱氧速度逐渐减小,炉衬供氧速度逐渐增加,当两者达到相等时钢液中的氧含量达到最低值。
对M gO炉衬,降低熔炼温度和选择较低的真空度均能使([O]lining)下降,从而有利于降低钢中的氧含量。
当使用氧化钙炉衬时,若系统压力高于2Pa,则[O]>[O]lining,炉衬不向钢液供氧。
用外力加强熔池搅拌(如底吹氩),加快钢液表面的更新速度,同时适当延长真空保持时间可望将钢液氧含量降得更低。
7 结论(1)用真空感应炉对钢液进行真空碳脱氧时,钢液的脱氧深度决定于炉衬材料在炼钢温度下的热稳定性。
用热稳定性好的CaO材料制作的坩埚对钢液实施脱氧时可获得很低的钢液氧含量。
(2)当钢液中实际氧含量([O])低于炉衬分解平衡的氧含量([O]lining)时,炉衬开始向钢液供氧。
钢液的最终氧含量决定于炉衬向钢液的供氧速度。
高温和高真空精炼只会使钢液的氧含量升高。
当钢液中实际氧含量([O])高于炉衬分解平衡的氧含量([O]lining)时,钢液的脱氧速度仅决定于钢液中氧向反应界面的扩散速度。
因此,应根据钢液所需的脱氧深度合理选择炉衬材质和精炼真空度。
(3)当钢液的脱氧速度受钢液中氧的扩散控制时,提高钢液碳含量并不能提高碳脱氧反应的速度。
在这种情况下,追求过高的真空度也不可能对整个熔池的碳氧反应产生实质性的影响,相反会降低炉衬的稳定性,对钢液的深脱氧不利。
参 考 文 献 1 曲 英1炼钢学原理1北京:冶金工业出版社,19801新 书 介 绍 原苏联和乌克兰著名教授、乌克兰科学院院士米・依・伽西克(M.I.Gasik)学术渊博,具有深厚的冶金物化和化工理论基础、丰富的科学研究经验及宽广的生产知识。