CN104190885B - 一种四枪电子束冷床炉生产巨型高纯镍锭方坯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四枪电子束冷床炉生产巨型高纯镍锭方坯的方法，包括以下步骤：选取纯度为99.5%的电解镍，经表面清理后，将电解镍剪切成对角线≤120mm的小块，再次进行清理，烘干后，采用电子束冷床炉进行熔炼，在方型结晶器持续浇铸即可得到巨型高纯镍锭方坯。本发明的方法，采用电子束冷床炉进行熔炼，熔化速度快，全过程熔炼均在高真空的条件下，避免空气污染，能有效去除气体杂质，加之拥有精炼冷床，可以在熔炼过程中实现饱和低蒸汽压夹杂、高密度夹杂及低密度夹杂的去除，实现边熔炼边提纯。通过更换结晶器还可制备出不同规格的巨型高纯镍锭方坯，简化了传统工艺中扒皮、锻造等工艺，降低了生产成本，大大提高镍板、带材的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及了一种四枪电子束冷床炉生产巨型高纯镍锭方坯的方法，属于工程应用技术领域。
背景技术
随着半导体集成电路、微电子工业及航天事业的飞速发展。镍及其合金被广泛用于集成电路中电子、磁性薄膜、高纯试剂、标样等的制备，是现代工业不可或缺的重要材料，在国民经济、国防建设及现代化信息化社会中起着极其重要的战略作用。
目前国内获得高品位的镍原料的方法仍以电解法为主。但采用电解法生产的电解镍密度较低、内部含有大量的气体杂质等缺陷，产品规格形式较为单一，无法满足用户的要求。此后，研究人员在真空状态下将电解镍进行熔炼，此法较好地解决了电解镍材质疏松，内部存在气体杂质等不足，但经过重熔后的铸锭，同时增加扒皮、开坯锻造，去头尾等工序，由于增加的工序工艺较为复杂、生产周期较长，成材率较低，造成加工成本远远高于原料价格，大大降低了镍板、线材的市场竞争力。加之，国内还没有成熟的镍锭锻造工艺及专业的设备，以致生产的镍板、带的重量基本在500kg以下，远远不能满足自动化流水线生产的镍带再加工企业的生产需求，直接影响了镍板、带加工业的发展。
电子束冷床炉熔炼技术是20世纪80年代迅速发展起来的一种生产洁净金属的先进熔炼技术，由于其具有熔炼、精炼区域及浇铸区域，并通过精炼区域将熔炼区域与浇铸区域分开，可以达到精炼、提纯的目的，为目前生产洁净金属材料的一种有效方法。为此，我们采用四枪电子束冷床炉对电解镍进行熔炼，设定特定的熔炼工艺来实现对镍锭的提纯，直接浇铸成符合目前主流镍带、卷的轧机直接轧制规格的高纯镍方坯，不但可较好解决电解镍密度低、内部含有大量的气体杂质等缺陷，也缩短了传统工艺制备镍板的生产工艺流程，还使镍锭的重量大为提升，单锭重可达到11000kg以上，可完全满足自动化流水线生产的要求，还大大降低了生产成本，并解决镍带、卷重量轻、生产成本过高这一瓶颈。
通过对现有技术文献的检索，关于一种四枪电子束冷床炉生产巨型高纯镍锭方坯，尚未发现相关报导。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述出现的不足，提供一种四枪电子束冷床炉生产巨型高纯镍锭方坯的方法，其生产镍锭规格大、重量高、质量好、速度快，工序流程短、操作方便、有效地解决传统方法生产镍锭出现的问题及不足。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
使用纯度为99.5％的电解镍为原料，经表面清理后，对电解镍进行剪切，剪切后镍块的对角线≤120mm，再对剪切后的镍块再次进行清洗，烘干，采用电子束冷床炉进行熔炼，其中所述的烘干温度为140℃～155℃，烘干时间为110min～130min；所述的电子束冷床炉熔炼室真空≤5.0×10-5hPa，电子枪的轰击电压及功率分别为：1#电子枪功率为450～550kW，电压为50±5kV；2#电子枪功率为550～600kW，电压为40±5kV；3#电子枪功率为430～480kW，电压为45±5kV；4#成型电子枪功率为350～400kW，电压为40±5kV；冷却即可得到巨型高纯镍锭方坯。
本发明并将小镍块装进电子束冷床炉的进料系统中，并对炉体进行抽进空，当炉体真空达到≤5.0×10-5hPa时，对电子枪腔体进行抽真空，当达到启枪条件时，开启1#电子枪对熔炼冷床进行预热，预热结束后，开启进料系统将原料送入到熔炼冷床中，并将电子枪的功率加载至熔炼所需要的功率。开始进行熔炼，当镍液液位高于熔炼冷床并开始流入精炼冷床时，开启2#电子枪对镍液进行初次精炼，当整个精炼冷床被镍液完全铺盖时，开启3#电子枪进行二次精炼提纯，当精炼完成时，开启3#电子枪的溢流图形，使镍液流进结晶器，并同时开启4#成型电子枪以保证浇铸的连续性及成型的良好性。当结晶器的镍液液位升至指定的位置时，开始进行拉锭。当达指定的长度时，停止进料，依次关闭1#、2#、3#电子枪，当镍液不再流进结晶器的时候，用4#成型电子枪进行补缩，补缩完成后，将引锭装置降至低位，将熔炼室与拉锭室隔离，并对拉锭室进行冲氩冷却，冷却完成后，即可获得巨型高纯镍锭方坯。
本发明具有以下优点：
1、铸锭品质高，可达99.95％以上；
2、铸锭规格巨大；
3、浇铸速度快，最高可达1200kg/h；
4、熔炼过程简单、操作方便；
5、能缩短工艺流程，获得明显的经济效益；
6、节能环保。
综上所述，本发明生产镍锭的品质高，规格巨大，能满足现代自动化流水线生产的要求，并能获得良好的经济效益。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的描述。
一种四枪电子束冷床炉生产巨型高纯镍锭的方法，本发明特征在于，其制备过程中使用纯度为99.5％的电解镍为原料，经表面清理后，对电解镍进行剪切，剪切后镍块的对角线≤120mm，再对剪切后的镍块再次进行清洗，烘干，采用电子束冷床炉进行熔炼，其中所述的烘干温度为140℃～155℃，烘干时间为110min～130min；所述的电子束冷床炉熔炼室真空≤5.0×10-5hPa，电子枪的轰击电压及功率分别为：1#电子枪功率为450～550kW，电压为50±5kV；2#电子枪功率为550～600kW，电压为40±5kV；3#电子枪功率为430～480kW，电压为45±5kV；4#成型电子枪功率为350～400kW，电压为40±5kV；冷却即可得到巨型高纯镍锭方坯。
实施例一
使用纯度为99.5％的电解镍为原料，经表面清理后，对电解镍进行剪切，剪切后镍块的对角线≤120mm，再对剪切后的镍块再次进行清洗，烘干，烘干温度为140℃，烘干时间为130min，并将小镍块装进电子束冷床炉的进料系统中，并对炉体进行抽进空，当炉体真空达到≤5.0×10-5hPa时，对电子枪腔体进行抽真空，当达到启枪条件时，开启1#电子枪对熔炼冷床进行预热，预热功率为300kW，电压为40kV，预热结束后，开启进料系统将原料送入到熔炼冷床中，并将电子枪的功率加载至熔炼所需要的功率,熔炼功率为450kW，电压为45kV。开始进行熔炼，当镍液液位高于熔炼冷床并开始流入精炼冷床时，开启2#电子枪对镍液进行初次精炼，初精炼功率为550kW，电压为35kV。当整个精炼冷床被镍液完全铺盖时，开启3#电子枪进行二次精炼提纯，二次精炼功率为430kW，电压为40kV。当精炼完成时，开启3#电子枪的溢流图形，使镍液流进结晶器，并同时开启4#成型电子枪以保证浇铸的连续性及成型的良好性，成型电子枪功率为400kW，电压为45kV。当结晶器的镍液液位升至指定的位置时(结晶器的尺寸为1050mm×210mm)，开始进行拉锭，拉锭速度为800kg/h当锭长达8000mm，停止进料，依次关闭1#、2#、3#电子枪，当镍液不再流进结晶器的时候，用4#电子枪进行补缩，补缩完成后，将引锭装置降至低位，将熔炼室与拉锭室隔离，并对拉锭室进行冲氩冷却，冷却完成后，即可获得巨型高纯镍锭方坯。
实施例二
使用纯度为99.5％的电解镍为原料，经表面清理后，对电解镍进行剪切，剪切后镍块的对角线≤120mm，再对剪切后的镍块再次进行清洗，烘干，烘干温度为148℃，烘干时间为120min，并将小镍块装进电子束冷床炉的进料系统中，并对炉体进行抽进空，当炉体真空达到≤5.0×10-5hPa时，对电子枪腔体进行抽真空，当达到启枪条件时，开启1#电子枪对熔炼冷床进行预热，预热功率为300W，电压为40kV，预热结束后，开启进料系统将原料送入到熔炼冷床中，并将电子枪的功率加载至熔炼所需要的功率,熔炼功率为500kW，电压为50kV。开始进行熔炼，当镍液液位高于熔炼冷床并开始流入精炼冷床时，开启2#电子枪对镍液进行初次精炼，初精炼功率为575kW，电压为40kV。当整个精炼冷床被镍液完全铺盖时，开启3#电子枪进行二次精炼提纯，二次精炼功率为455kW，电压为45kV。当精炼完成时，开启3#电子枪的溢流图形，使镍液流进结晶器，并同时开启4#成型电子枪以保证浇铸的连续性及成型的良好性，成型电子枪功率为375kW，电压为40kV。当结晶器的镍液液位升至指定的位置时(结晶器的尺寸为1050mm×210mm)，开始进行拉锭，拉锭速度为800kg/h当锭长达8000mm，停止进料，依次关闭1#、2#、3#电子枪，当镍液不再流进结晶器的时候，用4#成型电子枪进行补缩，补缩完成后，将引锭装置降至低位，将熔炼室与拉锭室隔离，并对拉锭室进行冲氩冷却，冷却完成后，即可获得巨型高纯镍锭方坯。
实施例三
使用纯度为99.5％的电解镍为原料，经表面清理后，对电解镍进行剪切，剪切后镍块的对角线≤120mm，再对剪切后的镍块再次进行清洗，烘干，烘干温度为155℃，烘干时间为110min，并将小镍块装进电子束冷床炉的进料系统中，并对炉体进行抽进空，当炉体真空达到≤5.0×10-5hPa时，对电子枪腔体进行抽真空，当达到启枪条件时，开启1#电子枪对熔炼冷床进行预热，预热功率为300kW，电压为40kV，预热结束后，开启进料系统将原料送入到熔炼冷床中，并将电子枪的功率加载至熔炼所需要的功率,熔炼功率为550kW，电压为55kV。开始进行熔炼，当镍液液位高于熔炼冷床并开始流入精炼冷床时，开启2#电子枪对镍液进行初次精炼，初精炼功率为600kW，电压为45kV。当整个精炼冷床被镍液完全铺盖时，开启3#电子枪进行二次精炼提纯，二次精炼功率为480kW，电压为50kV。当精炼完成时，开启3#电子枪的溢流图形，使镍液流进结晶器，并同时开启4#成型电子枪以保证浇铸的连续性及成型的良好性，成型电子枪功率为350kW，电压为40kV。当结晶器的镍液液位升至指定的位置时(结晶器的尺寸为1050mm×210mm)，开始进行拉锭，拉锭速度为800kg/h当锭长达8000mm，停止进料，依次关闭1#、2#、3#电子枪，当镍液不再流进结晶器的时候，用4#成型电子枪进行补缩，补缩完成后，将引锭装置降至低位，将熔炼室与拉锭室隔离，并对拉锭室进行冲氩冷却，冷却完成后，即可获得巨型高纯镍锭方坯。
Claims (1)
1.一种四枪电子束冷床炉生产巨型高纯镍锭方坯的方法，其特征在于，其制备过程中使用纯度为99.5％的电解镍为原料，经表面清理后，对电解镍进行剪切，剪切后镍块的对角线≤120mm，再对剪切后的镍块再次进行清洗，烘干，采用电子束冷床炉进行熔炼，其中所述的烘干温度为140℃～155℃，烘干时间为110min～130min；所述的电子束冷床炉熔炼室真空≤5.0×10-5hPa，电子枪的轰击电压及功率分别为：1#电子枪功率为450～550kW，电压为50±5kV；2#电子枪功率为550～600kW，电压为40±5kV；3#电子枪功率为430～480kW，电压为45±5kV；4#成型电子枪功率为350～400kW，电压为40±5kV；冷却即可得到巨型高纯镍锭方坯；
当炉体真空达到≤5.0×10-5hPa时，对电子枪腔体进行抽真空，当达到启枪条件时，开启1#电子枪对熔炼冷床进行预热，预热结束后，开启进料系统将原料送入到熔炼冷床中，并将电子枪的功率加载至熔炼所需要的功率；开始进行熔炼，当镍液液位高于熔炼冷床并开始流入精炼冷床时，开启2#电子枪对镍液进行初次精炼，当整个精炼冷床被镍液完全铺盖时，开启3#电子枪进行二次精炼提纯，当精炼完成时，开启3#电子枪的溢流图形，使镍液流进结晶器，并同时开启4#成型电子枪以保证浇铸的连续性及成型的良好性；当结晶器的镍液液位升至指定的位置时，开始进行拉锭；当达指定的长度时，停止进料，依次关闭1#、2#、3#电子枪，当镍液不再流进结晶器的时候，用4#成型电子枪进行补缩，补缩完成后，将引锭装置降至低位，将熔炼室与拉锭室隔离，并对拉锭室进行冲氩冷却。
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