ICS77.140.85 CCS J 32
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T42091—2022
大型锻钢件用真空钢锭的冶炼与铸锭规范
Specification of smelting and casting of vacuum ingotfor heavy steelforgings
2022-12-30实施
2022-12-30发布
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发布 GB/T42091—2022
目 次
前言 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
原材料要求 5 设备及仪器要求 6 人员要求
4
安全环保要求 8 冶炼和铸锭工艺
7
质量控制、检验和记录·
9
表1 真空泵主要性能参数（推荐值）表2 精炼流程 GB/T 42091—2022
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《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 弯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。
本文件主要起草人：蒋新亮、邓琴、谢云飞、高建军、杨海石、马宏、曹岸春、金杨、董涛、蔡静、杨建春、 朱伟伟、杜旋、陈培红、王刚、邱斌、高金强、宋玉冰。
= GB/T42091—2022
大型锻钢件用真空钢锭的冶炼与铸锭规范
1范围
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、安全环保要求、冶炼和铸锭工艺、质量控制、检验和记录。
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；不注期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T223（所有部分） 钢铁及合金化学分析方法 GB/T 549 电焊锚链 GB/T 2272 硅铁 GB/T 2988 高铝砖 GB/T 3649 钼铁 GB/T 3795 锰铁 GB/T 3863 工业氧 GB/T 3864 工业氮 GB/T 4139 钒铁 GB/T 4223 废钢铁 GB/T 4336 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/T 4842 氟 GB/T 5611 铸造术语 GB/T 5683 铬铁 GB/T 6414 铸件 尺寸公差、几何公差与机械加工余量 GB/T 6516 电解镍 GB/T 8918 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/T 20118 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/T 20124 钢铁 氮含量的测定性气体熔融热导法（常规方法） GB/T 20125 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/T 39733 再生钢铁原料 AQ2001 炼钢安全规程 JB/T3261 LG系列盛钢桶型式与基本参数
1 GB/T42091—2022
JB/T7333 手动起重用夹钳 YB/T 042 冶金石灰 YB/T 070 钢锭模 YB/T 192 炼钢用增碳剂 YB/T 5049 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。
3.1
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、 YB/T 5051,GB/T 2272的规定 4.3硅铁、锰铁、铬铁、电解镍、镍铁、钼铁、钒铁等金属或合金原材料应符合GB/T2272、GB/T3795、 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有残余要求时）、Mo（当产品对Mo有残余要求时）、Cu、As、Sn、Sb、Co（当产品对Co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%：高纯氟也应符合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， 2 GB/T42091—2022
7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 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钢铁料备料
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 8.2.1.1.3 3钢铁料的布料应满足分层装料、下部致密、上部疏松、中间高、四周低的要求，同时，大块料不应装在出钢口及炉门口。 8.2.1.1.4 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人量，以确保设备安全生产。
8.2.1.2 电炉冶炼
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 电炉出钢 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，可根据情况加人铝块、硅铁、锰铁、稻壳、石灰等预脱氧剂、预熔渣料、保温材料等。
4 GB/T42091—2022
8.2.2钢包炉精炼工艺 8.2.2.1精炼流程
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程，见表2。
表2精炼流程
真空度 ≤133 Pa ≤4.0 kPa
工艺名称高真空精炼中真空精炼
典型锻件范围
核电
火电、水电、压力容器、支承辊
8.2.2.2包底吹气搅拌
为保证钢包内的温度、成分均勾，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人炉渣和钢液吸气，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造渣及调渣 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，常用的炉渣渣系有CaO-SiO2、CaO-CaF2、CaO-SiO2-Al2O，等。 8.2.2.3.2在钢液倒人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、A1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色，并根据钢液中氧含量适时使用CaSi粉、C粉、FeSi粉、AI粉、电石粒等粉状或粒状脱氧剂进行调渣。 8.2.2.4合金化 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人时机，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人。 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真空处理 8.2.2.5.1 真空处理前，应调整炉渣并保证其良好的流动性，以便进行真空脱气、脱硫。 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 900 mm。
15 ICS77.140.85 CCS J 32
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原材料要求 5 设备及仪器要求 6 人员要求
4
安全环保要求 8 冶炼和铸锭工艺
7
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9
表1 真空泵主要性能参数（推荐值）表2 精炼流程 GB/T 42091—2022
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《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 弯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。
本文件主要起草人：蒋新亮、邓琴、谢云飞、高建军、杨海石、马宏、曹岸春、金杨、董涛、蔡静、杨建春、 朱伟伟、杜旋、陈培红、王刚、邱斌、高金强、宋玉冰。
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大型锻钢件用真空钢锭的冶炼与铸锭规范
1范围
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、安全环保要求、冶炼和铸锭工艺、质量控制、检验和记录。
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；不注期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T223（所有部分） 钢铁及合金化学分析方法 GB/T 549 电焊锚链 GB/T 2272 硅铁 GB/T 2988 高铝砖 GB/T 3649 钼铁 GB/T 3795 锰铁 GB/T 3863 工业氧 GB/T 3864 工业氮 GB/T 4139 钒铁 GB/T 4223 废钢铁 GB/T 4336 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/T 4842 氟 GB/T 5611 铸造术语 GB/T 5683 铬铁 GB/T 6414 铸件 尺寸公差、几何公差与机械加工余量 GB/T 6516 电解镍 GB/T 8918 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/T 20118 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/T 20124 钢铁 氮含量的测定性气体熔融热导法（常规方法） GB/T 20125 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/T 39733 再生钢铁原料 AQ2001 炼钢安全规程 JB/T3261 LG系列盛钢桶型式与基本参数
1 GB/T42091—2022
JB/T7333 手动起重用夹钳 YB/T 042 冶金石灰 YB/T 070 钢锭模 YB/T 192 炼钢用增碳剂 YB/T 5049 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。
3.1
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、 YB/T 5051,GB/T 2272的规定 4.3硅铁、锰铁、铬铁、电解镍、镍铁、钼铁、钒铁等金属或合金原材料应符合GB/T2272、GB/T3795、 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有残余要求时）、Mo（当产品对Mo有残余要求时）、Cu、As、Sn、Sb、Co（当产品对Co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%：高纯氟也应符合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， 2 GB/T42091—2022
7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 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钢铁料备料
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 8.2.1.1.3 3钢铁料的布料应满足分层装料、下部致密、上部疏松、中间高、四周低的要求，同时，大块料不应装在出钢口及炉门口。 8.2.1.1.4 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人量，以确保设备安全生产。
8.2.1.2 电炉冶炼
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 电炉出钢 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，可根据情况加人铝块、硅铁、锰铁、稻壳、石灰等预脱氧剂、预熔渣料、保温材料等。
4 GB/T42091—2022
8.2.2钢包炉精炼工艺 8.2.2.1精炼流程
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程，见表2。
表2精炼流程
真空度 ≤133 Pa ≤4.0 kPa
工艺名称高真空精炼中真空精炼
典型锻件范围
核电
火电、水电、压力容器、支承辊
8.2.2.2包底吹气搅拌
为保证钢包内的温度、成分均勾，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人炉渣和钢液吸气，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造渣及调渣 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，常用的炉渣渣系有CaO-SiO2、CaO-CaF2、CaO-SiO2-Al2O，等。 8.2.2.3.2在钢液倒人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、A1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色，并根据钢液中氧含量适时使用CaSi粉、C粉、FeSi粉、AI粉、电石粒等粉状或粒状脱氧剂进行调渣。 8.2.2.4合金化 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人时机，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人。 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真空处理 8.2.2.5.1 真空处理前，应调整炉渣并保证其良好的流动性，以便进行真空脱气、脱硫。 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 900 mm。
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