真空感应炉冶炼工艺的操作要点

真空感应炉主要用于冶炼Cr≥25%（质量分数，下同）、C≤0.03%的高铬铁素体不锈钢。冶炼工艺的操作要点如下。

1.冶炼用原材料的选用

由于真空感应炉冶炼具有良好的降碳、脱氮、脱氧及去除非金属夹杂物的功能。因此，对原材料的技术要求，特别是碳、氮、氧的要求可以放宽条件。

（1）炉料的配碳量和配氧量 为了保证成品钢中的碳、氮含量达标，必须在原始配料中配入适量的碳和氧，通过相应的真空碳氧反应，以达到降碳脱氮的双重目标。

1）炉料的配碳量。真空感应炉冶炼超低碳钢时，炉料的原始配碳量高低取决于成品含碳量和含氮量水平。当成品要求含氮量很低时，原始配碳量应相应提高，保证较长的沸腾时间，以达到良好的脱氮效果。配碳量过低，沸腾时间不足，达不到预期的脱氮效果。当成品要求含碳量很低时，配碳不宜过高，否则会延长冶炼时间。总之，合适的配碳量应综合考虑成品对碳、氮要求的水平，通过生产实践得出合理的数值。表1-10列出真空感应炉冶炼铁素体不锈钢的炉料配碳量。

表1-10 真空感应炉冶炼铁素体不锈钢的炉料配碳量（质量分数，%）

2）炉料的配氧量。真空感应炉内降低钢中碳所需要的氧量，若无供氧装置则全部由炉料供应。常用的氧化剂有铁精矿粉和氧化铁磷。

理论计算真空下碳的氧化产物为CO时，每氧化1个单位重量碳，需要消耗1.33kg氧。实际炉料配氧量远大于此数值。通常炉料配氧量为理论值的2～3倍，即碳的质量分数降低0.010%，需要的配氧量的质量分数为0.020%～0.030%。冶炼钢中要求含碳量越低，配氧量就越高。

（2）铬铁的选用 真空微碳铬铁[C≤0.020%（质量分数）、Cr≥67%（质量分数）]和铝热法微碳铬铁[C≤0.030%（质量分数）、Cr≥63.0%（质量分数）]都可以作为炉料，用于冶炼Cr≥25%（质量分数）的超低碳铁素体不锈钢。表1-11列出炉料中两种铬铁和纯铁的[C]、[O]、[N]实物分析含量。

表1-11 炉料中[C]、[O]、[N]实物分析含量（质量分数，%）

铬铁中具有高的含氧量，这些氧是Fe₂O₃、Cr₂O₃、SiO₂等。选用高含氧量的微碳铬铁使用时，完全可以省略炉料配氧量。

（3）纯铁的选用 由于真空感应炉冶炼能够有效地降碳和脱氮，因此可以采用C≤0.04%（质量分数）的纯铁冶炼超低碳铬钢。氧气转炉冶炼的纯铁完全可以作为炉料使用。纯铁中氧、氮、碳含量见表1-11。(www.xing528.com)

2.熔化期操作要点

（1）炉料总重量的控制 炉料熔清后，应占坩埚容积的70%左右较为合适。留出30%空间以防止碳氧反应沸腾时钢液溢出。

（2）炉料加热 合炉熔炼室抽真空，真空度达到1～5Pa之后，熔炼室炉体通冷却水，然后送电加热炉料。前期缓慢加热升温，充分排除炉料表面吸附的气体。

（3）炉料的熔化 炉料开始熔化后，控制加热速度，防止喷溅，保持稳定的碳氧反应和沸腾强度。避免炉料粘结架桥。沸腾强度剧烈时，可通过降低加热功率进行调节。必要时为抑制钢液沸腾，可以向炉室充入适当压强的氩气，保持炉料顺利熔化，直至熔清。

熔化末期维持钢液沸腾，以达到降碳和脱氮的目的。通过调节炉室的压强来维持正常的沸腾。沸腾完全平静后，提高温度和真空度，冶炼转入精炼期。

3.精炼期的操作要点

精炼期真空度应达到0.5～2.0Pa，钢液温度为1600～1620℃，精炼时间为40～80min，以达到预期含碳量目标。

精炼期内还应当完成下列各项操作：

（1）深度脱氧和还原氧化物 在精炼期的高温、高真空度条件下，深入发展碳氧反应，降低钢液含氧量和非金属夹杂物含量。同时还原浮游于熔池表面的金属氧化物。

通过真空高温精炼，进一步提高钢液的纯度。为此，在精炼初期向钢中加入少量石墨碎块进行脱氧。石墨加入量以不影响成品钢中的含碳量为准。

（2）调整化学成分 精炼期末取样全分析。含碳、氮量合格后，对铬、硅、锰等进行调整，以达到出钢要求。

（3）对碳、氮的稳定化处理 精炼期末完成化学成分调整之后，根据钢中碳、氮含量加入钛、铌。随后对钢液充分搅拌，使合金完全熔化和分布均匀。

完成以上操作后，调整温度至出钢要求，进行终脱氧或加入稀土元素，立即出钢。