一种工业化生产1吨铁镍基高温合金电渣重熔锭碳氢含量的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种工业化生产1吨铁镍基高温合金电渣重熔锭碳氢含量的控制方法，属于电渣重熔技术领域。采用真空感应炉熔炼Φ290mm电极棒；重熔采用全同轴供电、全密闭保护气氛电渣炉，电渣炉结晶器尺寸为Φ350/370

【技术实现步骤摘要】
一种工业化生产1吨铁镍基高温合金电渣重熔锭碳氢含量的控制方法


[0001]本专利技术涉及电渣重熔
，具体为一种工业化生产1吨铁镍基高温合金电渣重熔锭碳氢含量的控制方法。

技术介绍

[0002]铁镍基高温合金是航空、航天、核电等工业领域所需的一种重要结构材料，经过近40多年的发展，该合金已经成为使用面最宽的镍基变形高温合金，特别是在核电能源领域越来越得到广泛应用，故对材料的纯净度和性能提出了更高的要求。该合金最大的特点就是含有5％左右的铌，通过形成γ"(Ni3Nb)作为强化相来提高合金的性能。由于碳与Nb亲和力极强，形成的碳化物硬而脆，成为疲劳的裂纹源，从而减弱了强化效果，影响性能。因此控制合金的碳含量可提高合金的强度和抗疲劳性能。然而，该合金通过真空感应+电渣重熔双联工艺冶炼后，碳含量会增加20
‑
30％左右，而碳增加的根源主要就是重熔渣系，同时，由于使用的又是吸水性很强的高碱度渣系，重熔过程又会造成氢含量的增加，因此如何在电渣重熔工艺过程有效控制合金碳、氢含量的增加，一直以来是个技术难题。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于提供一种工业化生产1吨铁镍基高温合金电渣重熔锭碳氢含量的控制方法，采用该方法冶炼的合金不仅碳含量得到有效控制，而且氢含量也完全满足产品要求。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0005]一种工业化生产1吨铁镍基高温合金电渣重熔锭碳氢含量的控制方法，该方法是在采用电渣重熔工艺制备1吨铁镍基高温合金电渣重熔锭的过程中进行碳氢含量控制，具体包括如下步骤：
[0006]1)采用电渣重熔炉，包括水冷结晶器、底水箱和自耗电极(重熔电极)，重熔前，将结晶器底部端面和结晶器内部清扫干净，选择的重熔电极尺寸为Φ290mm，结晶器规格Φ350/370
×
1650mm；
[0007]2)清理底水箱表面的灰尘及残留物，铺好底水箱保护板和与电极同材质的启动板；
[0008]3)吊装结晶器，确保结晶器与底水箱同轴；吊装重熔电极，将其与电极夹持器连接，并确保其夹紧；
[0009]4)接通水、电、气，检查与结晶器及底水箱连接的水、电、气是否畅通、完好，锁紧保护气氛密封罩；
[0010]5)送电前先向结晶器内部通入15
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20min的高纯氩气，然后送电，氩气保护贯穿于重熔过程的始终；
[0011]6)化渣阶段：将预熔渣料分批加入结晶器中，化渣阶段采用功率和渣阻控制；
[0012]7)熔炼阶段：熔炼阶段采用熔速和渣阻摆动控制；
[0013]8)热封顶阶段：热封顶阶段采用熔速和渣阻摆动控制；热封顶在重熔结束前30min左右进行，逐渐降低熔速，减小电流，增大渣阻摆动值；剩余电极重量达到限定的最小重量值后，熔炼结束；
[0014]9)关氩气阀门、重熔结束1h后，从结晶器中取出电渣锭。
[0015]步骤1)中，所述重熔电极为真空感应炉冶炼，重熔电极使用前，需经400℃烘烤6h以上，去除电极表面所粘附的水分、油脂及切削液。
[0016]步骤2)中，保护板与启动板(与重熔电极同材质)必须同轴焊接，启动板在上方；焊接好后必须经400℃烘烤6h以上，确保表面干燥、平整、光洁，二者接触面良好。
[0017]步骤5)中，送电前及重熔过程中氩气通入量保持为8
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12L/min。
[0018]步骤6)中，重熔用渣系为由氟化钙、氧化钙、氧化铝、氧化镁和二氧化钛组成的五元渣系，渣料组成为(质量分数)：氟化钙为45
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50％，氧化钙为20
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24％，氧化铝为20
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24％，二氧化钛为3
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5％，余料为氧化镁；渣系为预熔渣，使用前须经850
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1050℃烘烤8h以上，高温(850
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1050℃)条件下直接放入真空设备中保存降温；预熔渣中不稳定氧化物杂质氧化锰(MnO)、氧化亚铁(FeO)和二氧化硅(SiO2)总含量小于0.5wt.％。
[0019]步骤7)中，熔炼阶段采用熔速和渣阻摆动控制，熔速限定为(3.3
‑
3.8)kg/min。
[0020]步骤8)中，热封顶阶段采用熔速和渣阻摆动控制，熔速从热封顶开始到熔炼结束速度从3.3
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3.8kg/min线性下降到2.6kg/min。
[0021]本专利技术控制方法设计机理如下：
[0022]本专利技术是针对铁镍基高温合金的成分特点，选用一种熔点低、碱度高、新配比的五元预熔渣，该渣需在850
‑
1050℃高温炉内烘烤8h以上，然后迅速转入罐内封存；重熔时在结晶器底部、底水箱上方由下向上依次放置保护板和与电极同材质的启动版，二者预先已同轴焊接且经过400℃烘烤6h以上；重熔前先向结晶器内通入10
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15min的氩气，排出结晶器器内部的空气及水分、送电前再开启排风除尘系统，对重熔气氛进行控制。事实证明，采用该方法冶炼的合金不仅碳含量得到有效控制，而且氢含量也完全满足产品要求。
[0023]本专利技术的优点：
[0024]1、利用氩气比重大于空气比重的特点，向结晶器内部通入氩气，可将其内部的空气(特别是氧气)排出，降低了渣池上方的氧分压及水汽，同时由于所用电渣炉为全密闭保护气氛电渣炉，可进一步与空气隔绝，保证了重熔气氛的“纯净”。
[0025]2、重熔所用的渣料为高碱度的五元预熔渣系，经过850℃
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1050℃的长时烘烤后，渣中的碳可与空气中的氧充分反映生成气体排出，有效去除了预熔渣中的碳及水分，从根源上切断了碳增加的源头。
[0026]3、渣阻和渣阻摆动控制实现了熔炼控制过程的稳定，避免了其他控制方式给电极浸入渣池深度带来的不确定性。
附图说明
[0027]图1为两种重熔工艺生产的棒材夹杂物金相照片；其中：(a)原工艺生产的棒材；(b)实施例1工艺生产的棒材。
具体实施方式
[0028]以下结合附图和实施例详述本专利技术。
[0029]实施例1：
[0030]本实施例为工业化生产1吨铁镍基高温合金电渣重熔锭碳氢含量的控制方法，过程如下：
[0031]1、采用保护气氛电渣重熔炉，型号为F350/0.5I，包括水冷结晶器、底水箱和自耗电极(重熔电极)，水冷结晶器和底水箱之间放置保护板和启动板，启动板在保护板的上方；重熔前，将结晶器底部端面和结晶器内部清扫干净。重熔电极为真空感应炉冶炼制备，使用前，电极需经400℃烘烤6h，去除电极表面所粘附的水分、油脂及切削液；重熔电极尺寸为Φ290mm，结晶器规格Φ350/370
×
1650mm。
[0032]2、清理底水箱表面的灰尘及残留物，铺好底水箱保护板(材质为45钢)和与电极同材质的启动板。保护板与启动板(与重熔电极同材质)必须同轴焊接，启动板在上方；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工业化生产1吨铁镍基高温合金电渣重熔锭碳氢含量的控制方法，其特征在于：该方法是在采用电渣重熔工艺制备1吨铁镍基高温合金电渣重熔锭的过程中进行碳氢含量控制，具体包括如下步骤：1)采用电渣重熔炉，包括水冷结晶器、底水箱和自耗电极(重熔电极)，水冷结晶器和底水箱之间放置保护板和启动板，启动板在保护板的上方；重熔前，将结晶器底部端面和结晶器内部清扫干净，选择的重熔电极尺寸为Φ290mm，结晶器规格Φ350/370
×
1650mm；2)清理底水箱表面的灰尘及残留物，铺好底水箱保护板和与电极同材质的启动板；3)吊装结晶器，确保结晶器与底水箱同轴；吊装重熔电极，将其与电极夹持器连接，并确保其夹紧；4)接通水、电、气，检查与结晶器及底水箱连接的水、电、气是否畅通、完好，锁紧保护气氛密封罩；5)送电前先向结晶器内部通入15
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20min的高纯氩气，然后送电，氩气保护贯穿于重熔过程的始终；6)化渣阶段：将预熔渣料分批加入结晶器中，化渣阶段采用功率和渣阻控制；7)熔炼阶段：熔炼阶段采用熔速和渣阻摆动控制；8)热封顶阶段：热封顶阶段采用熔速和渣阻摆动控制；热封顶在重熔结束前30min左右进行，逐渐降低熔速，减小电流，增大渣阻摆动值；剩余电极重量达到限定的最小重量值后，熔炼结束；9)关氩气阀门、重熔结束1h后，从结晶器中取出电渣锭。2.按照权利要求1所述的工业化生产1吨铁镍基高温合金电渣重熔锭碳氢含量的控制方法，其特征在于：步骤1)中，所述重熔电极为真空感应炉冶炼，重熔电极使用前，需经400℃烘烤6h以上，去除电极表面所粘附的水分、油脂及切削液。3.按照权利要求1所述的工业化生产1吨铁镍基高温合金电渣重熔锭碳氢含量的控制方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马颖澈，查向东，高明，张龙，李昊泽，刘奎，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：