采用单真空冶炼工艺生产中间轴锻件

马 环 李金良 高建军

(天津重型装备工程研究有限公司，天津300457)

采用单真空冶炼工艺生产中间轴锻件

马 环 李金良 高建军

(天津重型装备工程研究有限公司，天津300457)

通过精选炼钢原料和严格执行各工序的控制措施，使钢水中的H、O和N含量符合技术要求。采用精炼炉精炼和真空浇注的单真空冶炼方法生产水电中间轴锻件，达到简化生产流程和降低生产成本的目的。

中间轴;冶炼工艺;气体含量

我公司以往生产水电中间轴产品通常采用双真空冶炼方法(VD+VT)，目的是去除钢液中气体，提高钢液纯净度，但也会增加冶炼时间和生产成本。

2013年初，公司新订一支水电中间轴锻件，材质为20MnSi，粗加工图见图1。针对此件产品专门组织研讨小组进行炼钢工艺评审。该锻件是空心锻件，相对实心锻件氢扩散较充分，且钢中的合金加入量较少。根据锻件结构特点，研究认为可通过严格执行各工序相应的保障措施，尽量减少各个冶炼环节带入钢水中的H、O和N，采用精炼炉精炼和真空浇注的单真空冶炼方法进行生产，从而达到简化生产流程，节约成本的目的。本文对优化后的冶炼工艺进行阐述。

1 冶炼过程分析

1.1 工艺流程

电炉初炼→精炼炉精炼调成分→真空浇注。

1.2 电炉冶炼

电炉钢铁料配入时减少外购废钢配入量，由于外购废钢多为轻薄料，氧化严重，还可能因为存放不当使废钢受潮，会将废钢上附着的水分以结晶水形式进入钢中，使钢液中的H、O含量升高。为避免该问题，电炉装入钢铁料中选用我厂大型机架的机架冒口返回料，该返回料属大型返回料，成本低且氧化程度低，避免了电炉原料配备时带入较多的氢。

图1 中间轴空心锻件图Figure 1 Drawing of intermediate shaft hollow forging

电炉熔炼增加配碳量，由以往配量0.6%增至0.8%，同时加大炉门氧枪碳粉喷入量，在氧化期使熔池充分沸腾，为钢液去气提供良好的动力学条件。

电炉炼钢时选用偏心炉底电炉冶炼，因为偏心底出钢时炉体倾动小，钢流短且呈直线状，钢液热量损耗相对出钢槽出钢小。出钢方式采用直受，避免倒包造成的热损失，因此出钢温度比出钢槽出钢方式降低15～25℃。钢液温度越低，气体在钢中的溶解度也越低，并且出钢过程中钢液的吸气量也会减少。

1.3 精炼炉精炼

接钢前精炼包进行充分烘烤，要求受钢包烘烤温度必须大于800℃，对于所要加入的造渣材料和合金严格执行相应的烘烤制度，保证加入的造渣材料和合金清洁干燥。

表1 20M nSi钢的化学成分(质量分数，%)Table 1 Chem ical composition of 20MnSi steel(mass fraction，%)

表2 冶炼过程气体含量(×10-6)Table 2 Gas content of sm elting process(×10-6)

表3 中间包气体含量(×10-6)Table 3 Gas content in the tundish(×10-6)

兑钢时严禁粗炼渣进入精炼包。精炼时氩气流量以不裸露钢液面为宜，精炼期间控制在(60～80)L/min，出钢前降低氩气流量至(25～40) L/min，软吹时间控制在15 min～30 min。

1.4 铸锭操作

浇注准备时，钢锭模、底盘、保温帽、中间包、导流管都要充分清洁干燥，否则残留的水分会进入钢水污染钢液。同时要将真空盖内外侧清理干净，辅具装配前对内外表面彻底吹风除尘，保证整个浇注系统无锈、无油、无尘。

在精炼炉出钢时，中间包进行氩气置换，直到精炼包开浇为止，目的是使整个中间包布满氩气气氛，防止钢水进入中间包后被空气污染。在整个浇注过程中保持中间包芯杆吹氩。

2 生产试制

在原料和各环节工艺确定后，我厂组织了生产试制。实际生产中钢液成分控制见表1。

冶炼过程中，为严格监控H、O和N的含量变化，多次取气体样，分别经过RH2型定氢仪和TC136氮氧联测仪测得H、O和N的含量。具体取样节点及测得结果见表2。

3 讨论

为了对比生产试制的效果，将生产试制测得的中间包内钢液气体含量与以往VD+VT冶炼方法作对比，如表3所示。结果表明两者的气体含量十分相近，精炼炉精炼和真空浇注的单真空冶炼方法可以满足钢液中气体含量的要求。

以往双真空冶炼方法(VD+VT)在精炼炉工段至少需要3 h以上，而本次生产试制用时160 min，表明单真空冶炼方法至少可以缩短冶炼时间30min以上。该冶炼方法在生产节奏紧张时的优势尤为明显。采用此方法最终生产出的成品完全满足技术条件要求。

4 结束语

理论分析和生产试制表明，采用精炼炉精炼和真空浇注的单真空冶炼方法生产水电中间轴锻件不仅能使钢锭气体含量合格，还能有效降低生产成本，缩短冶炼时间。单真空冶炼工艺最重要的是要强化各个环节的控制。

编辑 杜青泉

Single Vacuum Smelting Process for Intermediate Shaft Forging

M a Huan，Li Jinliang，Gao Jianjun

Through the strict selection of raw material for steelmaking and executing the corresponding control measures for the smelting process，H＆O＆N contents in molten steelmeet technical requirements.Single vacuum melting processwith refining by refinery furnace and Vacuum pouring is used to produce the intermediate shaft forging for the hydropower，this can simplify production process and reduce production costs.

intermediate shaft;smelting process;gas content

TF111

B

2013—06—13

马环(1984—)，女，助理工程师，主要从事模铸工艺设计工作。