(高清版)GBT 42091-2022 大型锻钢件用真空钢锭的冶炼与铸锭规范

大型锻钢件用真空钢锭的冶炼与铸锭规范I 2规范性引用文件 l3术语和定义 24原材料要求 25设备及仪器要求 26人员要求 37安全环保要求 48冶炼和铸锭工艺 49质量控制、检验和记录 8表1真空泵主要性能参数(推荐值) 3 5Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国机械工业联合会提出。本文件由全国大型铸锻件标准化技术委员会(SAC/TC506)归口。本文件起草单位：二重(德阳)重型装备有限公司、中国第一重型机械股份公司、上海电气上重铸锻有限公司、太原重工股份有限公司、中信重工机械股份有限公司。1大型锻钢件用真空钢锭的冶炼与铸锭规范本文件规定了大型锻钢件用真空钢锭的冶炼和铸锭的原材料、设备及仪器要求、人员要求、安全环本文件适用于大型锻钢件用50t以上真空钢锭(以下简称为“钢锭”)的冶炼和铸锭。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于GB/T223(所有部分)钢铁及合金化学分析方法GB/T549电焊锚链GB/T2272硅铁GB/T3649钼铁GB/T3795锰铁GB/T3864工业氮GB/T4139钒铁GB/T4223废钢铁GB/T4336碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法(常规法)GB/T5611铸造术语GB/T5683铬铁GB/T6414铸件尺寸公差、几何公差与机械加工余量GB/T6516电解镍GB/T8918重要用途钢丝绳GB/T11261钢铁氧含量的测定脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法GB/T20118钢丝绳通用技术条件GB/T25049镍铁GB/T20123钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)GB/T20124钢铁氮含量的测定惰性气体熔融热导法(常规方法)GB/T20125低合金钢多元素含量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法GB/T22589镁碳砖GB/T39733再生钢铁原料AQ2001炼钢安全规程JB/T3261LG系列盛钢桶型式与基本参数2JB/T7333手动起重用夹钳YB/T042冶金石灰YB/T070钢锭模YB/T192炼钢用增碳剂YB/T5049滑板砖YB/T5051硅钙合金YB/T5217萤石YB/T5296炼钢用生铁3术语和定义GB/T5611界定的以及下列术语和定义适用于本文件。真空钢锭vacuumingot通过电炉粗炼、钢包精炼加真空脱气处理、真空浇注(模铸滴流脱气或模铸滴流脱气加真空碳脱氧)的钢锭。4原材料要求4.1生铁、废钢等钢铁原材料应符合YB/T5296、GB/T4223、GB/T39733的规定。4.2石灰、萤石、碳粉、硅钙粉、硅铁粉等渣料原材料应符合YB/T042、YB/T5217、YB/T192、GB/T5683、GB/T6516、GB/T25049、GB/T3649、GB/T4139的规定。4.4高铝砖、镁碳砖、滑板砖等耐火材料应符合GB/T2988、GB/T22589、YB/T5049的规定。4.5根据锻件化学成分和机械性能要求，应对原辅材料的有害残余元素如Ni(当产品对Ni有残余要有残余要求时)等化学元素以及产品对碳当量和焊接要求涉及的化学元素进行相应规定，以满足化学成分要求。4.6冶炼用氧气应符合GB/T3863的规定，其中氧气含量(体积分数)应大于或等于99.5%;氮气应符合GB/T3864的规定，其中氮气含量(体积分数)应大于或等于99.2%;纯氩应符合GB/T4842的规定，其中氩气含量(体积分数)应大于或等于99.99%;高纯氩也应符合GB/T4842的规定，其中氩气含量(体积分数)应大于或等于99.999%。5设备及仪器要求5.1电炉设备钢液粗炼应选用大型高功率或超高功率碱性电炉(冶炼能力大于或等于60t),并配有吹氧、喷碳及除尘等设备。5.2钢包炉设备钢液精炼应选用钢包精炼炉。钢包精炼炉应具备受(出)钢工位、保温(烘烤)工位、加热工位、真空脱气/真空吹氧脱碳工位及搅拌功能。35.3铸锭设备5.3.1行车起吊能力应与生产的钢锭锭型相匹配，最小起吊能力应大于或等于100t。5.3.2真空室能力应与生产的钢锭锭型相匹配，最小真空室能力应大于或等于50t。真空泵主要性能参数(推荐值)见表1。表1真空泵主要性能参数(推荐值)参数名称数值抽气量蒸汽泵：≥500kg/h;机械泵：≥200000m³/h工作真空度泵口极限真空度5.4检验设备5.4.1化学成分分析检验使用的设备应经具备相关资质的第三方检测机构检定合格。制造商应具备等)和微量元素(如As、Sn、Sb、5.4.2检验钢锭所使用的检测计量设备应由具备相关资质的第三方检测机构定期进行检查和检定并颁发合格证书。同时，检测时使用的检测设备应在有效的检定期限内。5.5测温仪器宜使用铂铑热电偶测量钢液温度。测温完毕后，应将偶头从钢液中带出，不应丢入钢包或炉体中。测温仪器由具备相关资质的第三方检测机构定期进行检查和检定并颁发合格证书，同时，使用的测温仪器应在有效的检定期限内。5.6.1钢锭模、底盘、保温帽、渣罐等冶金辅具应符合订货图纸的要求，以及YB/T070、GB/T6414的规定。5.6.2钢包、中间包、各种锚链以及钢丝绳(吊索具)、夹钳等冶金辅具和吊具应符合JB/T3261、GB/T549、GB/T20118、GB/T8918、JB/T7335.6.3冶金辅具出现以下任何一条都应报废：a)因灼损或剥落修补不经济时；b)吊把有裂纹，修后起吊不安全时；d)裂纹过大不能使用时。6人员要求冶炼与铸锭操作人员应具备相应的冶炼与铸锭知识和具有相关设备操作证，并应经过专业培训和考核。制造厂应评估冶炼与铸锭操作人员的水平，并按照人员水平安排相应的冶炼与铸锭工作。检验人员应取得相应的专业资格证书后，方可从事相应的检测工作。47安全环保要求7.1应按AQ2001的要求制定冶炼和铸锭工艺过程的事故处理预案，并建立应急处理机制，以应对制造过程中出现的突发事故。7.2在生产过程中，应确保除尘设备、隔音设施完好且正常运行，以满足环境保护的规定。7.3生产现场有害及危险物品控制应符合AQ2001的规定。8冶炼和铸锭工艺8.1工艺流程概述采用电炉熔化钢铁料粗炼钢液，再经过钢包炉真空精炼净化钢液，同时调整化学成分，达到相应材料标准规定的化学成分要求，在真空状态下，按规定温度和浇注速度将钢液注入钢锭模内，最终凝固形成钢锭。8.2冶炼工艺8.2.1电炉冶炼工艺8.2.1.1.1钢铁料备料总量应为计划出钢钢液量除以电炉熔炼收得率的重量。8.2.1.1.2应明确钢铁料的化学成分的来源，并应根据电炉设备能力大小适当控制尺寸、重量，单块边长宜小于或等于1000mm,单重宜小于或等于1000kg。同时，应保证钢铁料备料中无密闭容器、积水和油污、爆炸物、有色金属物、不应进入备料的合金废钢及泥沙等非金属夹杂物。应装在出钢口及炉门口。8.2.1.1.4应根据设备能力进行装料，不应超装，并根据不同炉期适当调整装入量，以确保设备安全生产。8.2.1.2.1在冶炼时应保证大渣量，并控制钢液温度，以确保电炉脱磷效率。8.2.1.2.2电炉冶炼过程中，应由操作人员取试样进行化学成分分析。如化学成分不合格，应继续进行调整，直至化学成分完全符合工艺要求，方可出钢。8.2.1.3.1出钢温度宜大于或等于1650℃。若钢包烘烤效果不理想或倒包出钢时，应适当提高出钢温度。8.2.1.3.2偏心炉底出钢的电炉可执行留钢留渣操作。8.2.1.3.3为减少钢包炉精炼时回磷，宜尽量避免电炉炉渣进入钢包精炼炉。8.2.1.3.4钢包承接钢液前或承接钢液过程中，可根据情况加入铝块、硅铁、锰铁、稻壳、石灰等预脱氧58.2.2钢包炉精炼工艺根据不同的材料牌号、质量等级要求及炼钢工艺的特点，宜将钢包炉真空精炼工艺分为两种精炼流表2精炼流程工艺名称真空度典型锻件范围高真空精炼核电中真空精炼火电、水电、压力容器、支承辊为保证钢包内的温度、成分均匀，并促进钢液去除气体和夹杂物上浮，应在整个精炼过程中进行钢包底吹气，搅拌气体一般为氩气或氮气。根据钢包大小、钢水量、操作工序的不同，应选择不同的吹气制度。一般情况下，在真空处理时，为了达到搅拌效果，有效脱除钢液中的气体，使钢液和炉渣充分接触，应采用较大气体流量搅拌，气体流量宜大于或等于100L/min;在结束真空至出钢期间，为了使夹杂物充分上浮并防止卷入炉渣和钢液吸气，应采用较小气体流量搅拌，气体流量宜小于或等于50L/min。8.2.2.3.1根据材料牌号、炼钢工艺的不同，钢包精炼炉的炉渣成分也不一样。钢包精炼炉初期的造渣操作应根据钢液温度的不同而有所区别。常用的造渣材料有石灰、萤石、铝块、预熔渣等，常用的炉渣渣8.2.2.3.2在钢液倒入钢包精炼炉并开始送电后，即可进行调渣操作。调渣时，应使用CaSi粉、C粉、FeSi粉、Al粉、电石粒等粉状或粒状脱氧剂进行扩散脱氧。在精炼过程中，应观察炉渣的流动性和颜8.2.2.4.1添加合金前，应保证炉渣流动性的良好；应根据钢种化学成分要求选用合适的铁合金及加入时机，以确保高合金收得率。8.2.2.4.2在钢液达到规定温度后，且渣况良好，方可加入合金调整化学成分，以确保合金元素在钢液中快速熔化、均匀分布。合金元素尽可能在真空精炼前加入。8.2.2.4.3钢液中的合金充分熔化后，方可取样进行化学成分分析。对于高熔点铁合金如FeMo、LCr、VCr、FeW等，取样时间比其他合金相应增加。8.2.2.5.2真空处理前，应适当升高钢液温度。该温度应综合考虑过高温度对钢包耐火材料的侵蚀及真空过程的降温，真空前钢水温度在出钢温度的基础上宜相应增加50℃~100℃。8.2.2.5.3针对不同的钢包形状及钢液量，真空处理前，应确保钢包渣面以上有足够的安全高度，以避免真空处理过程中喷溅的钢渣粘住真空盖或进入真空管道。真空处理的自由空间宜大于或等于68.2.2.5.4炼钢工艺应根据材料标准的质量要求和具体的钢包参数确定真空处理的时间，真空时间宜大于或等于15min。8.2.2.6.1出钢前应对钢液的化学成分进行分析，并根据化学成分进行成分准调整。8.2.2.6.2精准调整合金总用量宜小于或等于所用合金总量的20%。8.2.2.6.3若碳含量过低，且用合金无8.2.2.6.4应根据合金微调量确定不同的镇静时间。炼钢工艺应根据浇注温度、钢包温降速度、出钢距浇钢时间等参数来确定出钢温度。出钢温度在钢种熔点的基础上宜相应增加50℃~150℃。8.3真空铸锭工艺8.3.1.1.1安装上水口前，检查上、下座砖(或整体座砖)及固定框三孔(或两孔)同心度，偏心宜小于或等于1mm。8.3.1.1.2上、下滑板安装好后，检查滑板之间的缝隙，缝隙间距宜小于或等于0.06mm。8.3.1.1.3安装下水口后，检查上、下滑板及下水口三孔同心度，偏心宜小于或等于1mm。8.3.1.2.1透气砖、座砖等耐火砖之间的耐火泥料应填塞饱满。8.3.1.2.2装配后应通压缩空气试验，氩气管道及接头处均不应漏气。8.3.1.2.3装配后应检查透气塞的透气情况。8.3.1.3.1根据材料牌号、锭型应选用适合的中间包水口，直径宜大于或等于φ55mm。8.3.1.3.2安装芯杆前，应再一次检查确认水口工作面的完好情况及是否有下沉。装好的芯杆检查塞头与水口接触的严密程度，接触良好时，再锁紧芯杆。8.3.1.3.3中间包装配到真空盖前，应再次对真空盖密封圈之内的范围进行清理。中间包应按定位标志对正定位，以便中间包水口与导流管口对正。8.3.1.3.4中间包系统检查、清理完后盖上盖板，盖盖板时注意不应碰撞芯杆。8.3.1.3.5盖板盖好后，进行烘烤，直至浇钢。烘烤时间宜大于或等于1h,包壁中部温度宜大于或等于8.3.1.4.1安装导流管前，应仔细清理导流管的各个部位。8.3.1.4.2导流管应在装配底盘前安装到真空盖上。8.3.1.4.3导流环砖材质一般为高铝质。为避免导流环砖下部结瘤，最下面一环宜采用石墨等材质。7所有导流环砖应与导流管钢壳保持同心。8.3.1.4.4导流管装配好后，应烘烤干燥，宜用小火烘烤大于或等于12h。圈)及保温帽使用前应清除油污、铁锈、残钢、残渣及附着物等影响钢锭质量的杂物。底盘、钢锭模(包括钢锭模加高圈)及保温帽之间的装配面应平整，发8.3.1.5.2装配前底盘、钢锭模(包括钢锭模加高圈)温度宜大于或等于70℃。8.3.1.5.3装配时宜尽可能使真空室、底盘、钢锭模及保温帽的中心线对正。底盘中心线与真空室中心线的偏差宜小于40mm。8.3.1.5.4装配时应保证钢锭模与底盘、保温帽与钢锭模(包括钢锭模加高圈)之间接触严实。钢锭模加高圈和钢锭模棱线应对正。8.3.2.1钢包精炼炉钢水注入中间包，需要注流保护时，在开浇前通入保护气体。8.3.2.2真空系统应处于正常状态。开浇前应保证真空室内真空度符合工艺要求。一般锻件开浇前的真空度宜小于或等于67Pa。8.3.2.3钢包的起落和移动应保持平稳，并保持适当的浇注速度，以保证钢液在模内平稳上升。8.3.2.4如中间包浇注时，中间包内兑入的钢液积存至一定高度(宜为中间包高度的2/3)应进行测温、取样。达到规定的工艺浇注温度后，应打开中间包水口进行浇注。8.3.2.5在中间包浇注时，钢包兑钢时应及时打掉水口钢瘤，确保钢瘤不掉入中间包内。8.3.2.6浇注应根据注温范围，遵循高温慢注，低温快注的原则。对无法调整的超出注温范围的高、低温钢，应根据钢液温度、兑钢衔接状况等调整注速。8.3.2.7多包合浇时，应严格控制各钢包的衔接时间，间隔时间应根据中间包内钢水量情况，间隔时间宜小于或等于4min。8.3.2.8浇注后期应提前疏散真空室周围的人员，全体人员疏散到安全位置。8.3.2.9浇注完成后，应在钢锭冒口结壳前及时加入适量的发热剂及稻壳，以保证钢锭在凝固过程中的冒口补缩。8.3.2.10浇钢结束后应将包内钢渣翻入渣罐或指定地点，在翻包时宜尽量缓慢，防止突然将包内的渣子及残钢翻出发生喷溅。翻包时四周人员不应靠近，以免发生意外。8.3.3钢锭的热送8.3.3.1钢锭在浇注完成后，应在规定的时间内进行脱模热送。8.3.3.2钢锭脱模前应准备好吊链、钢丝绳和专用吊具。8.3.3.3脱模起吊钢锭及装车过程应由专人指挥，以保证安全并防止事故发生。8.3.4.2砌筑用砖不应有裂纹或缺棱少角；应规范砌筑及摆放，保证表观良好。8.3.4.3吊钢包前，应保证生产现场作业顺畅，以保证浇注过程顺利进行。89质量控制、检验和记录9.1质量控制9.1.1质量体系控制为了确保钢锭的质量受控，钢锭制造商应建立完备的质量保证体系，并获得ISO9000质量体系认证及对应产品质量认证。9.1.2钢中气体及残余有害元素控制钢液出钢前H、O含量(质量分数)控制推荐值为：H含量小于或等于2.0×10-6、O含量小于或等于35×10-6。钢锭的化学成分中，P、S、As、Sn、Sb、Cu(当产品对Cu有残余要求时)、Co(当产品对Co有残余要求时)、B(