CN104087767B - 非真空感应炉熔炼镍基合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，首先改造中频感应炉，然后将待熔炼的物料投入坩埚中进行熔化，中频感应炉的频率控制在1868±5HZ范围内；在物料熔化过程中向炉子内连续注入惰性液体对熔融金属熔液进行脱氧处理，物料完全熔化后进行脱氧处理10～15min，熔化后熔融金属熔液的温度控制在1530±5℃范围内；脱氧处理完毕后使炉子温度上升至1550±5℃，然后往熔融金属熔液中添加固体状的免固剂，免固剂与熔融金属熔液的质量比为2:1000～3:1000，当免固剂完全熔化于熔融金属熔液后进行浇注，得到镍基合金件。本发明的优点是：在非真空高温条件下能有效降低出现氧化和吸气现象、并能有效消除驼峰现象。
Description
技术领域
本发明涉及到冶金技术领域，尤其涉及一种非真空感应炉熔炼镍基合金的方法。
背景技术
中频感应炉属于非真空感应炉，中频感应炉内设置有用于熔炼物料的炉子，感应线圈缠绕在炉子的外侧壁上，物料在中频感应炉的高温条件下进行熔炼，熔炼后的熔融金属熔液被浇注到模壳中形成镍基合金件。在熔炼过程中熔融金属熔液会出现氧化和吸气现象，即使在熔炼过程采用覆盖剂覆盖在熔融金属熔液的表面也不能很好地缓解氧化和吸气现象，这就会导致镍基合金件中具有大量的气孔，并且在镍基合金件的晶界上还会生成大量的夹杂物；除此之外，在熔炼过程中，熔融金属熔液因受到中频感应炉中感应线圈产生的电磁力的作用会产生强烈的搅拌，由于电磁搅拌力的存在，使得熔融金属熔液的表面出现驼峰现象，驼峰会破坏覆盖在熔融金属熔液表面的熔渣，使熔渣不能完全覆盖在整个熔融金属熔液的表面，裸露在空气中的熔融金属熔液表面会被氧化并形成金属氧化物，这必然会大大降低熔炼后得到的镍基合金件的综合力学性能。为降低氧化和吸气现象，在熔炼镍基合金时普遍采用真空熔炼或者电渣熔炼，但是真空熔炼设备和电渣熔炼设备的结构复杂、价格昂贵、操作困难而且设备故障多，费时费工，生产效率低，难以满足大批量、结构复杂、尺寸较大的镍基合金件的生产，因而不适于大规模的生产。
发明内容
本发明所需解决的技术问题是：提供一种在非真空高温条件下能有效降低出现氧化和吸气现象的概率、并能有效消除驼峰现象的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，在中频感应炉的炉子中设置坩埚，坩埚的高度与炉子的高度比为0.4:1～0.6:1，将中频感应炉的感应线圈缠绕在炉子的外侧壁上且感应线圈的高度不高于坩埚的高度，感应线圈各匝间的间距为3±0.1mm；然后将待熔炼的物料投入坩埚中进行熔化，熔化后的熔融金属熔液的液面高度要高于感应线圈的高度，中频感应炉的频率控制在1868±5HZ范围内；在物料熔化过程中向炉子内注入惰性液体对熔融金属熔液进行脱氧处理，惰性液体触碰到熔液表面后迅速汽化并扩散形成覆盖在熔液表面的惰性气体层，惰性气体层能将熔液与空气隔开，物料完全熔化后继续进行脱氧处理10～15min，熔化后熔融金属熔液的温度控制在1530±5℃范围内；脱氧处理完毕后使炉子温度上升至1550±5℃，然后往熔融金属熔液中添加固体状的免固剂，免固剂与熔融金属熔液的质量比为2:1000～3:1000，当免固剂完全熔化于熔融金属熔液后进行浇注，得到镍基合金件。
进一步地，前述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其中，感应线圈的高度与感应线圈的直径比为1:0.65～1:0.75。
进一步地，前述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其中，在感应线圈上还套设有坩埚套。
进一步地，前述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其中，熔化后的熔融金属熔液的液面高度至少要比感应线圈高度高5cm。
进一步地，前述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其中，所述的惰性液体为液氮、液氩和液态二氧化碳中的一种。
进一步地，前述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其中，物料的熔化时间控制在1±0.1小时内。
本发明的有益效果是：利用高于感应线圈的熔融金属熔液的液体重力、以及对坩埚、炉子、感应线圈之间的参数设置及工作频率等参数的设置能够消除驼峰现象，保证熔渣能够完全覆盖在整个熔融金属熔液的表面上，从而降低熔融金属熔液的氧化及吸气程度；而脱氧处理中，惰性液体形成的惰性气体层能够更好地覆盖并停留在熔融金属熔液的表面，将熔融金属熔液与空气隔开，进一步降低了熔融金属熔液的氧化及吸气程度，使位于熔融金属熔液表面的氧气的体积分数≤0.1%。除此之外，免固剂不仅具有很强的脱氧和除气能力，而且还能细化晶粒，使镍基合金件的晶粒大小能降低27%，从而更好地提高了镍基合金件的综合力学性能，大大降低了镍基合金件的报废率。
附图说明
图1是本发明所述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法中改造后的中频感应炉的内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。
实施例一
本实施例以熔炼95kg的物料为例进行说明，如图1所示，在中频感应炉的炉子2中设置坩埚1，坩埚1的高度与炉子2的高度比为0.4:1，感应线圈3缠绕在炉子2的外侧壁上且感应线圈3的高度不高于坩埚1的高度，感应线圈3的负载品质因数为20，感应线圈3的匝数为18匝，各匝间的间距为2.9mm，感应线圈3的高度与感应线圈3的直径比为1:0.65，在感应线圈3上还套设有坩埚套4；然后将待熔炼的95kg物料投入坩埚1中进行熔化，熔化后的熔融金属熔液的液面高度要高于感应线圈3的高度，本实施例中，熔化后的熔融金属熔液的液面高度至少要比感应线圈3的高度高5cm，熔化时间为0.9小时，中频感应炉的频率为1863HZ；在物料熔化过程中向炉子2内注入惰性液体对熔融金属熔液进行脱氧处理，在实际应用中，在物料熔化过程中也可以连续向炉子2内注入惰性液体，本实施例中所述的惰性液体为液氮、液氩和液态二氧化碳中的一种。惰性液体触碰到熔液表面后迅速汽化并扩散形成覆盖在熔液表面的惰性气体层，惰性气体层能将熔液与空气隔开，物料完全熔化后继续进行脱氧处理10min，熔化后的熔融金属熔液的温度为1525℃；脱氧处理完毕后使炉子温度上升至1545℃，然后往熔融金属熔液中添加固体状的免固剂，免固剂学名为精炼剂，可以直接从市场上购买到，免固剂与熔融金属熔液的质量比为2:1000，当免固剂完全熔化于熔融金属熔液后进行浇注，得到镍基合金件。本实施例中所述的待熔炼的物料也可以采用回炉料，所述的回炉料是指废镍基合金件、浇口、冒口等废金属。
实施例二
本实施例以熔炼100kg的物料为例进行说明，如图1所示，在中频感应炉的炉子2中设置坩埚1，坩埚1的高度与炉子2的高度比为0.51:1，感应线圈3缠绕在炉子2的外侧壁上且感应线圈3的高度不高于坩埚1的高度，感应线圈3的负载品质因数为20，感应线圈3的匝数为18匝，各匝间的间距为3mm，感应线圈3的高度与感应线圈3的直径比为1:0.712，在感应线圈3上还套设有坩埚套4；然后将待熔炼的100kg物料投入坩埚1中进行熔化，熔化后的熔融金属熔液的液面高度要高于感应线圈3的高度，本实施例中，熔化后的熔融金属熔液的液面高度至少要比感应线圈3的高度高5cm，熔化时间为1小时，中频感应炉的频率为1868HZ；在物料熔化过程中向炉子2内注入惰性液体对熔融金属熔液进行脱氧处理，在实际应用中，在物料熔化过程中也可以连续向炉子2内注入惰性液体，本实施例中所述的惰性液体为液氮、液氩和液态二氧化碳中的一种。惰性液体触碰到熔液表面后迅速汽化并扩散形成覆盖在熔液表面的惰性气体层，惰性气体层能将熔液与空气隔开，物料完全熔化后继续进行脱氧处理13min，熔化后的熔融金属熔液的温度为1530℃；脱氧处理完毕后使炉子温度上升至1550℃，然后往熔融金属熔液中添加固体状的免固剂，免固剂与熔融金属熔液的质量比为2.5:1000，当免固剂完全熔化于熔融金属熔液后进行浇注，得到镍基合金件。本实施例中所述的待熔炼的物料也可以采用回炉料。
实施例三
本实施例以熔炼105kg的物料为例进行说明，如图1所示，在中频感应炉的炉子2中设置坩埚1，坩埚1的高度与炉子2的高度比为0.6:1，感应线圈3缠绕在炉子2的外侧壁上且感应线圈3的高度不高于坩埚1的高度，感应线圈3的负载品质因数为20，感应线圈3的匝数为18匝，各匝间的间距为3.1mm，感应线圈3的高度与感应线圈3的直径比为1:0.75，在感应线圈3上还套设有坩埚套4；然后将待熔炼的105kg物料投入坩埚1中进行熔化，熔化后的熔融金属熔液的液面高度要高于感应线圈3的高度，本实施例中，熔化后的熔融金属熔液的液面高度至少要比感应线圈3的高度高5cm，熔化时间为1.1小时，中频感应炉的频率为1873HZ；在物料熔化过程中向炉子2内注入惰性液体对熔融金属熔液进行脱氧处理，在实际应用中，在物料熔化过程中也可以连续向炉子2内注入惰性液体，本实施例中所述的惰性液体为液氮、液氩和液态二氧化碳中的一种。惰性液体触碰到熔液表面后迅速汽化并扩散形成覆盖在熔液表面的惰性气体层，惰性气体层能将熔液与空气隔开，物料完全熔化后继续进行脱氧处理15min，熔化后的熔融金属熔液的温度为1535℃；脱氧处理完毕后使炉子温度上升至1555℃，然后往熔融金属熔液中添加固体状的免固剂，免固剂与熔融金属熔液的质量比为3:1000，当免固剂完全熔化于熔融金属熔液后进行浇注，得到镍基合金件。本实施例中所述的待熔炼的物料也可以采用回炉料。
本发明的优点是：通过对中频感应炉进行改造，利用高于感应线圈的熔融金属熔液的液体重力、以及对坩埚、炉子、感应线圈之间的参数设置及工作频率等参数的设置能够消除驼峰现象，保证熔渣能够完全覆盖在整个熔融金属熔液的表面上，使熔融金属熔液的表面不直接与气体接触，从而降低了熔融金属熔液的氧化及吸气程度；此外，对工作频率等参数的设置提高了物料的熔化速度，相同质量的物料的熔化时间比采用常规熔炼方法进行熔炼的熔化时间至少减少了0.5小时，这就减少了熔融金属熔液停留在炉子中的时间，进一步降低了熔融金属熔液的氧化及吸气程度。而脱氧处理中，由于惰性液体的密度比气体的密度要大，因而惰性液体形成的惰性气体层能够更好地覆盖并停留在金属熔液的表面，将金属熔液与空气隔开，使位于金属熔液表面的氧气的体积分数≤0.1%，更进一步降低了熔融金属熔液的氧化及吸气程度，而且熔渣能减少85%左右，有效提高浇注时金属熔液的流动性能，浇注温度相比采用常规熔炼方法进行浇注的浇注温度降低了40℃左右。除此之外，免固剂不仅具有很强的脱氧和除气能力，而且还能细化晶粒，使细化后的镍基合金铸件的晶粒大小能降低27%，从而更好地提高了镍基合金件的综合力学性能，大大降低了镍基合金件的报废率。
Claims (3)
1.非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其特征在于：在中频感应炉的炉子中设置坩埚，坩埚的高度与炉子的高度比为0.4:1～0.6:1，将中频感应炉的感应线圈缠绕在炉子的外侧壁上且感应线圈的高度不高于坩埚的高度，感应线圈各匝间的间距为3±0.1mm；感应线圈的高度与感应线圈的直径比为1:0.65～1:0.75；然后将待熔炼的物料投入坩埚中进行熔化，熔化后的熔融金属熔液的液面高度要高于感应线圈的高度，且熔化后的熔融金属熔液的液面高度至少要比感应线圈高度高5cm；中频感应炉的频率控制在1868±5HZ范围内；在物料熔化过程中向炉子内注入惰性液体对熔融金属熔液进行脱氧处理，惰性液体触碰到熔液表面后迅速汽化并扩散形成覆盖在熔液表面的惰性气体层，惰性气体层能将熔液与空气隔开，所述的惰性液体为液氮、液氩和液态二氧化碳中的一种；物料完全熔化后继续进行脱氧处理10～15min，熔化后熔融金属熔液的温度控制在1530±5℃范围内；脱氧处理完毕后使炉子温度上升至1550±5℃，然后往熔融金属熔液中添加固体状的免固剂，所述的免固剂为精炼剂，免固剂与熔融金属熔液的质量比为2:1000～3:1000，当免固剂完全熔化于熔融金属熔液后进行浇注，得到镍基合金件。
2.按照权利要求1所述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其特征在于：在感应线圈上还套设有坩埚套。
3.按照权利要求1或2所述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其特征在于：物料的熔化时间控制在1±0.1小时内。
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