一种用于粉末回收的真空冶炼炉真空系统参数设计方法技术方案

本发明专利技术涉及金属粉末熔炼、铸造领域，具体涉及一种用于粉末回收的真空冶炼炉真空系统参数设计方法。该方法包括用于粉末回收时，真空感应炉真空系统参数设计及过程控制工艺，通过公式及粉末及感应炉相关参数计算得出真空感应炉真空系统的临界最大抽气量，并在抽真空过程中控制感应炉真空系统参数。本发明专利技术可根据实际情况保证粉末在抽气过程中不被抽起，进入设备抽气管道及真空泵体，进而确保设备真空系统不被粉末“污染”，达到保护冶炼设备、降低粉末冶炼过程中的损耗的效果。实现采用真空感应熔炼炉进行粉末回收的目的的同时，有利于确保冶炼设备的正常使用，且经济效益显著。且经济效益显著。

【技术实现步骤摘要】
一种用于粉末回收的真空冶炼炉真空系统参数设计方法


：
[0001]本专利技术涉及金属粉末熔炼
、
铸造领域，具体涉及一种用于粉末回收的真空冶炼炉真空系统参数设计方法
。

技术介绍

：
[0002]涡轮盘作为航空发动机中的关键部件，其制备材料需具有优异的强韧性
、
疲劳性能
、
可靠性及耐久性
。
高温合金的合金化程度高，基体中强化元素的增多，导致合金中易于出现严重的偏析，进而造成合金组织不均匀
、
热工艺性能恶化的情况，常规铸锻等生产工艺无法满足新型发动机对盘件的要求
。
随着快速雾化制备合金粉末生产工艺及热等静压等先进工艺技术的快速发展，以粉末高温合金技术制备涡轮盘的出现很好的克服了上述问题，并作为航空发动机热端部件得到大量的应用
。
粉末高温合金组织均匀
、
晶粒细小
、
屈服强度高
、
疲劳性能好
。
已成为高推重比高性能发动机涡轮盘的首选材料
。
粉末高温合金材料一般采用预合金粉末
、
热等静压等合理的热加工及热处理工艺等粉末冶金方法制造成为盘件
。
目前在实际生产中，高温合金粉末一般采用氩气雾化工艺
、
等离子旋转电极工艺和溶氢雾化工艺进行生产，但受到粉末使用时粒径要求等诸多限制，粉末整体利用率一般不超过
50
％，造成了大量的资源浪费
。
传统热压烧结工艺可以将高温合金粉末压制成锭进而实现回收，但生产效率相对较低；真空感应熔炼技术具有真空气氛
、
生产效率高等优势，但在生产过程中熔炼室抽真空过程时容易将粉末抽出，污染真空系统
。
因此，对于解决将真空感应熔炼技术应用于高温合金粉末回收，提高粉末回收效率而言，优化真空感应熔炼炉真空系统参数设计是目前亟需解决的问题
。

技术实现思路

：
[0003]为了解决现有技术的缺点与不足，本专利技术提供了一种用于粉末回收的真空冶炼炉真空系统参数设计方法，该方法通过合理的真空冶炼过程真空系统的参数设计，实现真空感应熔炼工艺回收废旧粉末，对于提高废旧粉末回收效率
、
降低粉末生产成本具有极高的经济效益
。
[0004]本专利技术采用的技术解决方案是：
[0005]一种用于粉末回收的真空冶炼炉真空系统参数设计方法，包括以下步骤：
[0006](1)
根据所需冶炼回收的粉末参数及熔炼设备相关尺寸参数，按照公式
(1)
～
(4)
计算真空系统临界抽气量；
[0007]首先根据伯努利方程及重力公式，按公式
(1)
计算得出抽真空过程中，粉末不被抽出的临界条件：
[0008][0009]式中，
ρ
f
为粉末真密度，单位为
kg/m3；
R
f
为粉末最小粒径，单位为
m
；
g
为重力加速度，取
9.81m/s2；
ρ
q
为室温空气密度，取
1.29kg/m3；
v
q
为抽气速度，单位为
m/s
；
[0010]R
f
为粉末最小粒径按经验公式
(2)
进行近似取值：
[0011]R
f
＝
aD
10
(2)
[0012]式中，
D
10
为粉末体积含量占比全部粉末
10
％的最小临界粒径，单位为
m
；
a
为经验系数，取
0.2
～
0.5
；
[0013]炉体内临界抽气量按公式
(3)、(4)
计算：
[0014]Q
L
＝
1000v
q
S(3)
[0015]式中，
Q
L
为理论临界抽气量，单位为
L/s
；
S
为炉内垂直抽气管道最大截面积，单位为
m2；
[0016][0017]式中，
Q1为感应炉真空系统临界最大抽气量，单位为
L/s
；
b
为经验系数，取2～
10
；
[0018](2)
将需冶炼回收的粉末及熔化引子按要求放置在熔炼坩埚内，关闭炉门；
[0019](3)
开启真空系统进行熔炼室抽真空，此时真空系统抽气量应不超过按公式
(1)
～
(4)
计算真空系统抽气量；待熔炼室真空度降低至
1000Pa
以下后，将真空系统抽气量调整至最大，并继续抽真空；
[0020](4)
待真空度抽至满足要求后，送电开始冶炼；熔化后经高温精炼和低温精炼后浇注，得到重熔母合金锭
。
[0021]所述的用于粉末回收的真空冶炼炉真空系统参数设计方法，步骤
(2)
中，熔化引子总质量为冶炼回收的粉末总质量的
0.05
～
0.25
倍
。
[0022]本专利技术的设计思想是：
[0023]随着我国航空航天事业的快速发展，粉末合金的应用范围将越来越广，其需求量逐渐增多，产生的废旧高温合金粉末数量也将越来越大
。
相较于传统粉末冶金方法，使用真空感应熔炼技术回收废旧粉末效率更高，同时熔炼过程中的真空气氛及精炼工艺有利于粉末脱气，对于重熔合金锭气体元素的去除十分有利，对重熔合金锭二次制粉具有重要意义
。
[0024]由于废旧金属粉末粒径较小，比表面积相对较大，因此在真空感应熔炼抽气过程中，炉体内气压变化产生的升力极易使粉末由坩埚中抽起，进而进入真空管路
。
本专利技术通过公式及粉末与感应炉相关参数计算得出真空感应炉真空系统的临界最大抽气量，并在抽真空过程中控制感应炉真空系统参数，根据实际情况控制在抽气过程中粉末受到的升力，进而保证粉末在抽气过程中不被抽起，进入设备抽气管道及真空泵体，进而确保设备真空系统不被粉末“污染”，达到保护冶炼设备
、
降低粉末冶炼过程中的损耗的效果
。
[0025]本专利技术的优点及有益效果是：
[0026]本专利技术通过合理的真空系统参数设计，解决了采用真空感应熔炼炉进行废旧粉末回收时，在抽真空过程中因粉末尺寸
、
质量小而出现粉末被抽出的问题，避免了真空系统被污染，提高了设备真空系统的使用寿命，确保设备正常运行，经济效益显著
。
具体实施方式
[0027]在具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于粉末回收的真空冶炼炉真空系统参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
根据所需冶炼回收的粉末参数及熔炼设备相关尺寸参数，按照公式
(1)
～
(4)
计算真空系统临界抽气量；首先根据伯努利方程及重力公式，按公式
(1)
计算得出抽真空过程中，粉末不被抽出的临界条件：式中，
ρ
f
为粉末真密度，单位为
kg/m3；
R
f
为粉末最小粒径，单位为
m
；
g
为重力加速度，取
9.81m/s2；
ρ
q
为室温空气密度，取
1.29kg/m3；
v
q
为抽气速度，单位为
m/s
；
R
f
为粉末最小粒径按经验公式
(2)
进行近似取值：式中，
D
10
为粉末体积含量占比全部粉末
10
％的最小临界粒径，单位为
m
；
a
为经验系数，取
0.2
～
0.5
...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴宏宇，谢君，李金国，梁静静，侯桂臣，周亦胄，孙晓峰，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：