CN108559860B - 一种用于镍基合金真空感应熔炼高效脱硫的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于镍基合金真空感应熔炉高效脱硫的装置，包括真空感应熔炉，还包括补补加料与喂线装置，补加料与喂线装置设于真空感应熔炉炉盖上方，通过补加料与喂线装置将镁或钙包芯线插入真空感应熔炉的熔池内进行脱硫。采用浇注前喂线脱硫的工艺，一是喂线方式可以直接将脱硫剂插入熔池中下部进行沉淀脱硫，无需专门充氩，且收得率稳定，S含量最低可控制到5ppm及以下水平；二是浇注在浇注前20‑50min进行脱硫操作，脱硫后至浇注前一段时间的真空静置可使残余脱硫剂有足够的时间在真空下蒸发，从而使残余脱硫剂含量降低到10ppm以下水平。

Description

一种用于镍基合金真空感应熔炼高效脱硫的装置及方法

技术领域

本发明属于特种冶金领域，具体涉及高性能金属材料真空冶金过程中的脱硫工艺及装置。

背景技术

硫是高性能金属中的杂质元素，能够形成低熔点共晶物，在结晶过程中极易形成液膜，从而降低材料的塑性。硫还属于易偏析元素，增大合金的脆性温度区间范围，增加了裂纹敏感性。真空感应熔炼是高性能金属材料制造的初始环节和主要手段之一，是脱硫的主要途径。对于直接采用真空感应熔炼生产铸锭进行热加工的工艺流程，以及真空感应熔炼加真空电弧重熔的双真空熔炼工艺流程，真空感应工序的脱硫尤为重要。需要指出的是，真空感应熔炼不仅要将硫含量显著地降低，还要有效控制脱硫产物及脱硫剂残余，避免对后续的真空电弧重熔或热加工造成不利影响。

由于真空空间和氛围的限制，真空感应熔炼无法向炼钢精炼那样便捷地脱硫。早期的真空感应熔炼主要采用低硫含量的原料。随着技术的进步，逐步在真空感应熔炼中采取了一些新的脱硫技术和方法。当前的工业生产实践中普遍采用浇注前充入几百帕的氩气，然后加入预熔的NiMg或NiCa合金块进行脱硫，由于NiMg或NiCa块密度一般低于熔池密度，从补加料仓扔入熔池后浮于表面，在熔池表面极易快速蒸发，收得率低且不稳定，因而脱硫效率有限，并且残余脱硫剂高。CN1137275C提到采用CaO作为坩埚材料并可以有效地脱硫，但CaO材料的强度不够，且易被侵蚀，很难得到实际工业化应用。CN10719A、CN103276231B、CN102776378B、CN102199683B、CN106544532A等均提到加入脱硫剂脱硫的方法，包括CaO、金属Ca、Mg、稀土元素Y等。由于真空环境下扒渣不便，CaO作为熔渣在真空感应熔炼中必须控制使用，相关发明也并没有提到如何控制CaO熔渣。金属Ca、Mg的蒸气压很高，即使回冲几百帕压力的氩气收得率也极低。稀土元素Y的成本高，Y的加入还对导致材料其他性能方面的影响。因此当前真空感应熔炼脱硫的方法存在无法有效脱硫、收得率不稳定，以及残余脱硫剂无法控制等不足。

发明内容

本发明的目的，就是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种高效的高性能合金真空感应熔炼脱硫方法及配套装置，该方法及装置还能有效控制残余脱硫剂含量。

本发明采用了以下技术方案：一种用于镍基合金真空感应熔炉高效脱硫的装置，包括真空感应熔炉，还包括补补加料与喂线装置，补加料与喂线装置设于真空感应熔炉炉盖上方，通过补加料与喂线装置将镁或钙包芯线插入真空感应熔炉的熔池内进行脱硫。

所述补加料与喂线装置由真空隔离阀、包芯线及其卷曲轴、转动轴、导向管、喂线机马达组成，真空隔离阀位于补加料与喂线装置下方，包芯线及其卷曲轴装在转动轴上，马达与转动轴相连，导向管焊在转动轴下方，采用微型马达作为驱动，芯部包镁或钙粉的镍线卷置于可转动轴中，线头插入补加料与喂线装置下部的导向管，开动补加料与喂线装置马达将包芯线插入熔池，实现高效的沉淀脱硫，脱硫后浇铸前的时间可以确保残余脱硫剂去除，实现残余脱硫剂的控制；

所述包芯线是采用纯镍带和钙粉或镁粉，在制线机上制成咬口式镍钙或镍镁包芯线。

一种用于镍基合金真空感应熔炉高效脱硫的装置进行真空感应熔炉高效脱硫的方法，包括以下步骤：

步骤一：真空感应熔炼合金原料添加完成后，提升加料桶，关闭补加料室真空隔离阀，基于熔池内S含量的实际检测值，按照Mg或Ca：S质量比3至8的比例准备相应长度的包芯线，并浇注前10-50min对补加料与喂线装置进行抽真空，至真空度与熔炼室真空度相同后打开真空隔离阀；

步骤二：开启喂线机马达，将包芯线插入熔池，熔池内实现沉淀脱硫；

步骤三:喂线完成后，关闭真空隔离阀，提高熔炼功率5-10%加强搅拌5-15min，再将功率恢复为原值水平，在真空状态下保持10-20min。

本发明的有益技术效果为：采用浇注前喂线脱硫的工艺，一是喂线方式可以直接将脱硫剂插入熔池中下部进行沉淀脱硫，无需专门充氩，且收得率稳定，S含量最低可控制到5ppm及以下水平；二是浇注在浇注前20-50min进行脱硫操作，脱硫后至浇注前一段时间的真空静置可使残余脱硫剂有足够的时间在真空下蒸发，从而使残余脱硫剂含量降低到10ppm以下水平。

附图说明

图1为本发明的装置示意图；

图2为包芯线示意图；

图3为包芯线的局部放大图。

其中1-镍钙或镍镁包芯线咬口式密封 2-纯镍带 3-金属钙粉或镁粉 4-包芯线5-导向管 6-穿过导向管的包芯线 7-补加料与喂线装置 8-喂线机马达 9-真空隔离阀。

具体实施方式

实施例 1

采用纯镍带和钙粉，在制线机上制成咬口式1镍钙包芯线，直径5mm，并绕成图1展示的小型线卷。基于在线成分检测的S含量，按照Ca/S质量比3计算并配入相应长度的镍钙线，将线卷放入补加料与喂线装置的包芯线卷曲轴上，并将线头插入导向管内。至浇注前50min开始对补加料与喂线装置进行抽真空，直至真空度与熔炼室真空度相同后打开真空隔离阀，启动喂线机马达，将镍钙包芯线插入熔池，熔池内实现沉淀脱硫。喂线完成后关闭真空隔离阀，熔炼功率增加5%并保持15min，促进脱硫。然后将熔炼功率恢复至原值，在真空下保持20min，使残余的镁或钙脱硫剂挥发。再开始后续浇注。

实施例 2

采用纯镍带和镁粉，在制线机上制成咬口式镍镁包芯线，直径10mm，并绕成图1展示的小型线卷。基于在线成分检测的S含量，按照Mg/S质量比8计算并配入相应长度的镍钙线，将补加料与喂线装置内喂线装置的包芯线卷曲轴上，并将线头插入导向管内。至浇注前30min开始对补加料与喂线装置进行抽真空，直至真空度与熔炼室真空度相同后打开真空隔离阀，启动喂线机马达，将镍钙包芯线插入熔池，熔池内实现沉淀脱硫。喂线完成后关闭真空隔离阀，熔炼功率增加10%并保持5min，促进脱硫。然后将熔炼功率恢复至原值，在真空下保持10min，使残余的镁或钙脱硫剂挥发。然后开始浇注。

Claims (3)

1.一种用于镍基合金真空感应熔炉高效脱硫的装置，包括真空感应熔炉，其特征在于还包括补加料与喂线装置，补加料与喂线装置设于真空感应熔炉炉盖上方，补加料与喂线装置可将镁或钙包芯线插入真空感应熔炉的熔池内进行脱硫，其特征在于所述补加料与喂线装置装置由真空隔离阀、包芯线及其卷曲轴、转动轴、导向管、喂线机马达组成，真空隔离阀位于补加料与喂线装置下方，采用了微型马达作为驱动，纯镍包芯线卷置于可转动轴中，线头插入补加料与喂线装置下部的导向管。

2.根据权利要求1所述的用于镍基合金真空感应熔炉高效脱硫的装置，其特征在于所述包芯线是采用纯镍带和钙粉或镁粉，在制线机上制成咬口式镍钙或镍镁包芯线。

3.一种使用权利要求1-2中任一项权利要求所述的装置进行真空感应熔炉高效脱硫的方法，包括以下步骤：

步骤一：真空感应熔炼合金原料添加完成后，提升加料桶，关闭补加料室真空隔离阀，基于熔池内S含量的实际检测值，按照Mg或Ca：S质量比3至8的比例准备相应长度的包芯线，并浇注前10-50min对补加料与喂线装置进行抽真空，至真空度与熔炼室真空度相同后打开真空隔离阀；

步骤二：开启喂线机马达，将包芯线插入熔池，熔池内实现沉淀脱硫；

步骤三:喂线完成后，关闭真空隔离阀，增加熔炼功率5%至10%并搅拌5-15min，再将功率恢复至原值，在真空状态下保持10-20min。