CN102719683A - 一种电渣炉冶炼镍基高温合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电渣炉冶炼镍基高温合金的方法，它包括下述的步骤：Ⅰ装料，将要熔炼的高温合金电极与假电极焊接在一起，结晶器底部放渣料；Ⅱ惰性气体吹扫，闭合保护罩；Ⅲ保护熔炼关闭排烟阀门，向结晶器及保护罩内通入Ar气；Ⅳ引弧化渣；Ⅴ熔炼渣料化清后，熔炼期开始，熔炼过程渣阻摆动＜0.5mΩ；Ⅵ加氧化剂，电渣重熔过程中连续或者间断加入金属铝粉作为脱氧剂；Ⅶ补缩采用三阶段，先快速递减功率补缩，然后慢速递减功率补缩，最后恒功率保温；Ⅷ浇铸、模冷、脱模。本电渣炉冶炼镍基高温合金的方法生产的镍基高温钢锭表面无渣沟缺陷，Al、Ti烧损≤5%。
Description
技术领域
一种电渣炉冶炼镍基高温合金的方法。
背景技术
电渣重熔高温合金，难点在于高温合金中合金≥20ppm，钢锭偏析严重,热加工性能差，锻造时易开裂，锻造成材率≤含量高，且含有Nb、Ti、Mo等极易偏析元素，电渣工艺选择不当会引起钢锭严重偏析，产生黑斑等缺陷；含有Al、Ti等易烧损元素，锭头尾成分偏差大。目前电渣重熔高温合金主要问题是钢锭表面出现渣沟缺陷，Al、Ti烧损率10%，电渣锭头尾Al、Ti偏差大于±0.08%，产品硫含量60%。
发明内容
为了克服现有电渣炉冶炼高温合金的方法的上述不足，本发明公开一种高温合金电渣重熔方法，使用本方法生产的高温合金，钢锭表面无渣沟缺陷，Al、Ti烧损≤5%，电渣锭头尾Al、Ti偏差小于±0.05%，产品硫含量≤10ppm。
本发明是在干燥氩气保护下电渣重熔，保护罩内氧含量不大于200ppm；电渣重熔时选用渣系熔点比镍基高温合金低100-200℃，渣系化学成分重量百分配比为：三元渣：CaF2：65-75%，Al2O3：10-15%，CaO：10-15%；五元渣：CaF2：45-50%，Al2O3：20-25%，CaO：17-22%，MgO：3-5%，TiO2：3-6%，渣料在重熔前充分干燥；电渣重熔过程中连续或者间断加入金属铝作为脱氧剂；加入量为0.1-0.2kg/t。电渣重熔熔化率（kg/h）=（0.7-0.8）×结晶器直径（mm）。
本发明的电渣炉冶炼镍基高温合金的方法包括下述依次的步骤：
Ⅰ装料
将要熔炼的高温合金电极与假电极焊接在一起，并与电极夹持器连接。结晶器底部放置与高温合金相同材料的引弧环、车屑和总渣量8-10%的渣料。（总渣量为钢锭重量的3-5%。）
渣料是三元渣：CaF2：65-75%，Al2O3：10-15%，CaO：10-15%；
或五元渣：CaF2：45-50%，Al2O3：20-25%，CaO：17-22%，MgO：3-5%，TiO2：3-6%；
Ⅱ惰性气体吹扫
闭合保护罩，通入Ar气进行炉底吹扫（氩气压强为0.3±0.1MPa，流量为15-20L/min)同时开启排烟装置，使炉内空气排出，时间5-10分钟。
Ⅲ 保护熔炼
关闭排烟阀门，向结晶器及保护罩内通入Ar气，流量为10-15NL/min,保持保护罩内微正压。（微正压是指压强比一个大气压高0.05-0.1bar)
Ⅳ引弧化渣
化渣电压40-50V，电流5000-7000A，化渣过程以2.0-2.5kg/min的速度均匀加入渣料。
Ⅴ熔炼渣料化清后，熔炼期开始。熔化率（kg/h）=（0.7-0.75）×结晶器直径（mm）。熔炼过程渣阻摆动＜0.5mΩ。
Ⅵ 加氧化剂
电渣重熔过程中连续或者间断加入金属铝粉作为脱氧剂；加入量为0.1-0.2kg/t。
Ⅶ 补缩
采用三阶段，先快速递减功率补缩，然后慢速递减功率补缩，最后恒功率保温。
Ⅷ 浇铸、模冷、脱模
本发明在保护气氛下冶炼镍基高温合金，指的是全密闭保护，从引弧化渣到补缩、模冷整个过程都在氩气保护下进行。
步骤Ⅰ所用渣系为三元渣或添加MgO和TiO2的五元渣，这两种渣系成分都在多元相图的低熔共晶点，熔点为1280-1300℃，适合低熔点的镍基高温合金电渣重熔。渣系在重熔过程流动性好，可避免高温合金电渣锭常见的渣沟缺陷。
为了减少高温合金电渣锭尾部切除率，步骤Ⅰ采用与熔炼合金同材质的引弧屑和引弧环，以避免引弧用材料对合金成分的干扰。
为了排除结晶器及保护罩内原有空气，步骤Ⅱ用氩气进行吹扫，当保护罩内氧含量不大于200ppm时，停止吹扫，防止空气中的氧对合金中Al、Ti等易烧损元素烧损。
步骤Ⅲ为了防止重熔过程空气从保护罩缝隙中进入炉内，持续向保护罩内通入氩气，保持重熔过程保护罩内微正压。
为了使渣料充分熔化，步骤Ⅳ化渣过程渣料加入采用勤加、少加的原则，以2.0-2.5kg/min的速度均匀加入渣料，保证钢锭底部成型及精炼效果。
由于镍基高温合金含有大量合金元素，重熔过程熔速控制不当会造成钢锭严重偏析，所以步骤Ⅴ采用较低熔速冶炼，熔化率（kg/h）=（0.7-0.75）×结晶器直径（mm）。
为了减小电渣锭缩孔深度，步骤Ⅶ采用三段补缩工艺。
利用本发明生产的镍基高温钢锭表面无渣沟缺陷，Al、Ti烧损≤5%，电渣锭头尾Al、Ti偏差小于±0.03%，产品硫含量≤10ppm，钢锭热加工性能好，锻造时不易开裂，锻造成材率大于80%。钢锭偏析程度较小。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。
实施例一
合金种类：GH4169, 电极中Al 0.72%，Ti 0.95%。
结晶器尺寸：φ350×1650mm
渣料为五元渣：CaF2 50%，Al2O3 22%，CaO 20%，MgO 5%，TiO2 3%。渣量：35kg
Ⅰ 装料
将φ280×2200mm GH4169电极与假电极焊接在一起，并与电极夹持器连接。结晶器底部放置同材质引弧环、车屑和3.5kg渣料。
Ⅱ惰性气体吹扫
闭合保护罩，通入Ar气进行炉底吹扫，氩气压强为0.3MPa，同时开启排烟装置，使炉内空气排出，时间10分钟。
Ⅲ保护熔炼
关闭排烟阀门，向结晶器及保护罩内通入Ar气，流量为10ml/min,保持保护罩内微正压（1.05bar)。
Ⅳ引弧化渣
化渣电压45V，电流6000A，化渣过程以2.5kg/min的速度均匀加入渣料。
Ⅴ熔炼
渣料化清后，熔炼期开始。熔化率（kg/h）=245kg/h。熔炼过程渣阻摆动0.35 mΩ。
Ⅵ加氧化剂
电渣重熔过程中连续或者间断加入金属铝粉作为脱氧剂；加入量为0.15kg/t。
Ⅶ补缩
采用三阶段，先降低熔炼功率的50%，补缩20分钟，然后降低熔炼功率的25%，补缩15分钟，最后保持恒功率保温10分钟。
Ⅷ 浇铸、模冷、脱模
浇铸成钢锭，模冷脱模后，钢锭取样分析：Al烧损4.5%，Ti烧损3.2%，电渣锭头尾Al、Ti偏差±0.03%，产品硫含量8ppm，钢锭锻造成材率82.5%。
实施例二
合金种类：Inconel690 电极中Al0.70%，Ti0.63%。
结晶器尺寸：φ290×1650mm
渣料为三元渣：CaF2：68%，Al2O3：17%，CaO：15%，渣量28kg
Ⅰ装料
将φ220×1700mm Inconel690电极与假电极焊接在一起，并与电极夹持器连接。结晶器底部放置同材质引弧环、车屑和2.5kg渣料。
Ⅱ 惰性气体吹扫
闭合保护罩，通入Ar气进行炉底吹扫，氩气压强为0.3MPa，同时开启排烟装置，使炉内空气排出，时间5分钟。
Ⅲ 保护熔炼
关闭排烟阀门，向结晶器及保护罩内通入Ar气，流量为5l/min,保持保护罩内微正压（1.08bar）。
Ⅳ 引弧化渣
化渣电压40V，电流6000A，化渣过程以2.0kg/min的速度均匀加入渣料。
Ⅴ 熔炼
渣料化清后，熔炼期开始。熔化率（kg/h）=200kg/h。熔炼过程渣阻摆动0.30 mΩ。
Ⅵ 加氧化剂
电渣重熔过程中连续或者间断加入金属铝粉作为脱氧剂；加入量为0.10kg/t。
Ⅶ 补缩
采用三阶段，先降低熔炼功率的50%，补缩20分钟，然后降低熔炼功率的25%，补缩15分钟，最后恒功率保温10分钟。
Ⅷ 浇铸、模冷、脱模。
浇铸成钢锭，模冷脱模后，Al烧损3.7%，Ti烧损2.1%，电渣锭头尾Al、Ti偏差±0.04%，产品硫含量9ppm，钢锭锻造成材率86.3%。
说明
本发明所述的镍基高温合金是指以镍为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。
Claims (1)
1. 一种电渣炉冶炼镍基高温合金的方法，它包括下述依次的步骤：
Ⅰ 装料
将要熔炼的高温合金电极与假电极焊接在一起，并与电极夹持器连接；结晶器底部放置与高温合金相同材料的引弧环、车屑和总渣量8-10%的渣料：
渣料是三元渣：CaF2：65-75%，Al2O3：10-15%，CaO：10-15%；
或五元渣：CaF2：45-50%，Al2O3：20-25%，CaO：17-22%，MgO：3-5%，TiO2：3-6%；
Ⅱ 惰性气体吹扫
闭合保护罩，通入Ar气进行炉底吹扫，同时开启排烟装置，使炉内空气排出，时间5-10分钟；
Ⅲ 保护熔炼
关闭排烟阀门，向结晶器及保护罩内通入Ar气，流量为10～15NL/min,保持保护罩内微正压；
Ⅳ 引弧化渣
化渣电压40～50V，电流5000-7000A，化渣过程以2.0～2.5kg/min的速度均匀加入渣料；
Ⅴ 熔炼渣料化清后，熔炼期开始；熔化率（kg/h）=（0.7-0.75）×结晶器直径 直径单位mm；熔炼过程渣阻摆动＜0.5mΩ；
Ⅵ 加氧化剂
电渣重熔过程中连续或者间断加入金属铝粉作为脱氧剂；加入量为0.1～0.2kg/t；
Ⅶ 补缩
采用三阶段，先快速递减功率补缩，然后慢速递减功率补缩，最后恒功率保温；
Ⅷ 浇铸、模冷、脱模。
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