CN105063389B - 一种以镍珠为主要原料的真空感应炉冶炼布料方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以镍珠为主要原料的真空感应炉冶炼布料方法，它包括下述步骤：Ⅰ将真空感应炉冶炼坩埚清理；Ⅱ将坩埚倾斜10‑15°后开始装料；Ⅲ 在坩埚底部放入部分镍珠，铺满底部；Ⅳ 将Cr平铺于坩埚内，为Cr的50%±10%；Ⅴ Ni与剩余的Cr混装至坩埚；Cr所占平铺面积百分比10‑25%；将坩埚角度转回至与水平方向垂直；装入Ni珠量大于冶炼总加入Ni珠量的60%，剩余Ni珠作为补加料在熔化末期分批加入；Ⅵ 布料时坩埚底部物料紧实，坩埚中上部物料松散；Ⅶ Al、Ti、B、Mg、Zr易烧损元素在精炼末期及合金化期加入。本发明的布料方法避免了冶炼时Ni珠在感应电流作用下表面产生放电现象，相邻镍珠放电后产生粘连现象。
Description
技术领域
本发明属于真空感应冶炼技术领域，特别是涉及以镍珠为主要原料的真空感应炉冶炼布料方法。
背景技术
真空感应冶炼是高温合金生产的重要工艺，具有脱气能力强、成分精确控制、夹杂物含量低、钢质纯净等一系列优点。对于服役环境恶劣、使用条件严苛条件下的镍基合金，如：石油化工、火力发电、飞行器用涡轮盘、飞机发动机用转轴等规定第一道制造工序必须为真空感应冶炼，并且要求使用纯金属原料。镍基合金中一般Ni含量大于50%，纯金属Ni主要分为镍板、镍豆和镍珠。其中镍珠为最优质原料，杂质元素含量极低，价格较高，主要用做高端、高附加值产品冶炼原料。镍珠为直径5-10mm规则圆球体，其他金属元素如Cr、Co、Mo、Nb、W、Al、Ti等均为板、条、块状。但在真空感应冶炼过程中发现，当以镍珠为主要冶炼原料时，继续采用以镍板、镍豆为主要原料的传统布料方式（传统布料方法为镍铺底，依次加入所有Co、Mo、Nb、W，最后镍铺满）极易产生顶部物料粘结现象，并且无法使用捣料杆解决问题，被迫破真空处理。由于冶炼合金中一般同时含有其他大量的Co、Mo、Nb、W等昂贵金属，致使产生大量的经济损失。以Ni珠为主要原料真空感应冶炼高温合金产生的顶部物料粘结现象，会使金属Ni珠在感应电流作用下表面产生放电现象，相邻镍珠经放电后会产生类似“焊接”粘连现象，而当坩埚表面所有镍珠由于“焊接”成一整体时，相当于在坩埚体上部形成“锅盖”，并且非常结实，无法熔化及下沉，使真空感应冶炼失败。
发明内容
为了克服现有以镍珠为主要原料的真空感应炉冶炼布料方法的上述不足，本发明提供一种避免熔化时所有镍珠形成一整体的以镍珠为主要原料的真空感应炉冶炼布料方法。
本以镍珠为主要原料的真空感应炉冶炼布料方法包括下述依次的步骤：
Ⅰ将真空感应炉冶炼坩埚进行清理，做到无残留金属存在；
Ⅱ将坩埚倾斜10-15°后开始装料；
Ⅲ在坩埚底部先放入部分镍珠，以铺满底部为标准；
Ⅳ将Cr原料平铺于坩埚内，加入重量为合金冶炼所需Cr原料的50%±10%；
Ⅴ进行Ni与剩余的Cr混装至坩埚；要求在原料平铺面上要同时有金属Cr及Ni珠，Cr所占平铺面积百分比在10-25%之间，严禁平铺面上均为Ni珠；而后将坩埚角度转回至与水平方向垂直；装入Ni珠，装入Ni珠量应大于冶炼总加入Ni珠量的60%，小于冶炼总加入Ni珠量的75%；剩余Ni珠作为补加料在熔化末期分批加入；
Ⅵ布料时遵循坩埚底部物料紧实，坩埚中上部物料松散，即坩埚底部物料密度大于坩埚中上部物料密度；
ⅦAl、Ti、B、Mg、Zr易烧损元素做为补加料在精炼末期及合金化期加入。
本发明的以镍珠为主要原料的真空感应炉冶炼布料方法，步骤Ⅲ在坩埚底部先放入部分镍珠，冶炼含有C的合金时，将C放置在底部平铺镍珠的中心部位，并且避免与坩埚壁相接触；即该操作插入步骤Ⅲ中。
步骤Ⅵ时，避免C与Cr接触。即该操作插入步骤Ⅵ中。
上述的以镍珠为主要原料的真空感应炉冶炼布料方法，其特征是：
步骤Ⅲ在坩埚底部先放入部分镍珠，铺满底部后，冶炼合金中含有Co、Nb、Mo、W四种原料中的一种或者多种时，装料顺序为在底部铺满镍珠基础之上，合金原料按Co、Nb、Mo、W排列依次平铺加入。即该操作插入步骤Ⅲ中。
本发明的优点
1）坩埚倾斜10-15°装料，装满后将角度旋回，可以有效防止由于物料在平面方向上挤压过紧，造成的熔化期物料下沉困难问题。
2）Co导磁性好，如装在坩埚中上部，极易在熔化期Co首先熔化，而上部其他物料还未熔化，从而造成未熔物料卡料，因此将Co装在坩埚下部。
3）Nb、Mo、W均属于难熔合金，装在坩埚中下部，可延长其在与底部熔化合金液接触时间，促使其熔化完全。
4）由于镍珠尺寸小，比表面积大，因此在熔化时镍珠间极易产生电弧，从而结合成一整体。Cr、Ni混装的目的在于避免熔化时所有镍珠形成一整体，使镍珠能够逐渐落入至金属熔池，从而避免Ni珠在感应电流作用下表面产生放电现象，相邻镍珠放电后会产生类似焊接粘连现象。
5）随炉加入的C不应与坩埚壁相接触，否则由于C与坩埚反应，脱碳不脱氧，影响合金脱氧效果；C也不应与Cr相接触，因为C与Cr容易结合，对脱氧效果有影响。
采用此布料方式，有效杜绝了冶炼时Ni珠在感应电流作用下表面产生放电现象，相邻镍珠放电后会产生类似焊接粘连现象发生，并且不受冶炼过程参数变化的影响，避免了由Ni珠在感应电流作用下相邻镍珠产生类似焊接粘连现象而产生的大量经济损失。
具体实施方式
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，下述实施例不是对本发明的限制。
实施例一
采用500Kg真空感应炉冶炼Inconel740H合金。合金中含有Ni、Cr、Co、Nb、C、Al、Ti、B、Mg、Zr元素。
Ⅰ将真空感应炉冶炼坩埚进行清理，去除金属残渣。
Ⅱ将坩埚角度倾斜15°。
Ⅲ取部分Ni珠将坩埚底部铺满，本实施例的合金中含有C、Co和Nb，将C放置于Ni珠层中心位置；而后按顺序分别平铺加入Co板、Nb条。
Ⅳ将Cr原料平铺于坩埚内，加入重量为合金冶炼所需Cr原料的1/2的Cr块。
Ⅴ进行Cr、Ni混装直至坩埚。要求在原料平铺面上要同时有金属Cr及Ni珠，Cr所占平铺面积比约为20—22%。严禁平铺面上均为Ni珠。而后将坩埚角度转回至与水平方向垂直。装入Ni珠，装入Ni珠量为冶炼总加入Ni珠量的65%，剩余Ni珠作为补加料在熔化末期分批加入，关闭炉盖抽真空。
Ⅵ布料时遵循坩埚底部物料紧实，坩埚中上部物料松散，即坩埚底部物料密度大于坩埚中上部物料密度，避免C与Cr接触；熔化期功率为240KW，剩余Ni珠分两批补加，整个熔化期无Ni珠在感应电流作用下相邻镍珠产生类似焊接粘连现象发生，熔化期耗时120min，真空度≤5Pa。
Ⅶ炉料全部熔清后精炼30min，加入Al和Ti，继续精炼10min，真空室充氩至33000Pa，加入B、Mg、Zr，搅拌1min后浇注。钢锭成分满足要求。
实施例二
采用500Kg真空感应炉冶炼Inconel617合金。合金中含有Ni、Cr、Co、Mo、C、Al、Ti、B元素。
Ⅰ将真空感应炉冶炼坩埚进行清理，去除金属残渣。
Ⅱ将坩埚角度倾斜10°。
Ⅲ取部分Ni珠将坩埚底部铺满，而后将C放置于Ni珠层中心位置。
而后按顺序分别平铺加入Co板、Mo条。
Ⅳ将Cr原料平铺于坩埚内，加入重量为合金冶炼所需Cr原料的1/2的Cr块。
Ⅴ进行Cr、Ni混装，Cr所占平铺面积比约为15－18%，装入坩埚。严禁平铺面上均为Ni珠。而后将坩埚角度转回至与水平方向垂直，装入Ni珠，装入Ni珠量为冶炼总加入Ni珠量的62%，剩余Ni珠作为补加料分批放入补加料斗，在熔化末期加入，关闭炉盖抽真空。
Ⅵ布料时遵循坩埚底部物料紧实，坩埚中上部物料松散，避免C与Cr接触；熔化期功率为300KW，剩余Ni珠分三批补加，整个熔化期无Ni珠在感应电流作用下相邻镍珠产生类似焊接粘连现象发生，熔化期耗时110min，真空度≤5Pa。
Ⅶ炉料全部熔清后精炼25min，加入Al和Ti，继续精炼5min，真空室充氩至40000Pa，加入B，搅拌2min后浇注。钢锭成分满足要求。
实施例三
采用500Kg真空感应炉冶炼C-2000合金。合金中含有Ni、Cr、Mo、Al、C元素。
Ⅰ将真空感应炉冶炼坩埚进行清理，去除金属残渣。
Ⅱ将坩埚角度倾斜15°。
Ⅲ取部分Ni珠将坩埚底部铺满，而后将C放置于Ni珠层中心位置。
而后平铺加入Mo条。
Ⅳ将Cr原料平铺于坩埚内，加入重量为合金冶炼所需Cr原料的1/2的Cr块。
Ⅴ最后进行Cr、Ni混装，Cr所占平铺面积比约为15—18%，装入坩埚。严禁平铺面上均为Ni珠。而后将坩埚角度转回至与水平方向垂直，装入Ni珠，装入Ni珠量为冶炼总加入Ni珠量的65%，剩余Ni珠作为补加料分批放入补加料斗，在熔化末期加入，关闭炉盖抽真空。
Ⅵ布料时遵循坩埚底部物料紧实，坩埚中上部物料松散，避免C与Cr接触；熔化期功率为340KW，剩余Ni珠分二批补加，整个熔化期无Ni珠在感应电流作用下相邻镍珠产生类似焊接粘连现象发生，熔化期耗时120min，真空度≤5Pa。
Ⅶ炉料全部熔清后精炼35min，加入Al，继续精炼10min，真空室充氩至41000Pa，浇注。钢锭成分满足要求。
Claims (3)
1.一种以镍珠为主要原料的真空感应炉冶炼布料方法，它包括下述依次的步骤：
Ⅰ将真空感应炉冶炼坩埚进行清理，做到无残留金属存在；
Ⅱ将坩埚倾斜10-15°后开始装料；
Ⅲ在坩埚底部先放入部分镍珠，以铺满底部为标准；
Ⅳ将Cr原料平铺于坩埚内，加入重量为合金冶炼所需Cr原料的50%±10%；
Ⅴ进行Ni与剩余的Cr混装至坩埚；要求在原料平铺面上要同时有金属Cr及Ni珠，Cr所占平铺面积百分比在10-25%之间，严禁平铺面上均为Ni珠；而后将坩埚角度转回至与水平方向垂直；装入Ni珠，装入Ni珠量应大于冶炼总加入Ni珠量的60%，小于冶炼总加入Ni珠量的75%；剩余Ni珠作为补加料在熔化末期分批加入；
Ⅵ布料时遵循坩埚底部物料紧实，坩埚中上部物料松散；
ⅦAl、Ti、B、Mg、Zr易烧损元素做为补加料在精炼末期及合金化期加入。
2.根据权利要求1所述的以镍珠为主要原料的真空感应炉冶炼布料方法，其特征是：
步骤Ⅲ在坩埚底部先放入部分镍珠，铺满底部后，冶炼合金中含有Co、Nb、Mo、W四种原料中的一种或者多种时，装料顺序为在底部铺满镍珠基础之上，合金原料按Co、Nb、Mo、W排列依次平铺加入。
3.根据权利要求1 所述的以镍珠为主要原料的真空感应炉冶炼布料方法，其特征是：步骤Ⅲ在坩埚底部先放入部分镍珠，冶炼含有C的合金时，将C放置在底部平铺镍珠的中心部位，并且避免与坩埚壁相接触；
步骤Ⅵ时，避免C与Cr接触。
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