CN111139365B - 一种用于冶炼含稀土Ce的GH3625镍基合金的渣系及其电渣重熔冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于冶炼含稀土Ce的GH3625镍基合金的渣系及其电渣重熔冶炼方法，该渣系的成分按重量百分比包括20～25％的CaO、17～21％的Al2O3、5～7％的NaF、3～5％的MgO、1～2％的TiO2、4～6％的CeO2、1～2％的SiO2、余量为CaF2。该渣系适用于含稀土的GH3625合金电渣重熔冶炼，能很好地解决在电渣重熔冶炼含Ce的GH3625合金过程中发生的Ce、Al、Ti烧损问题。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种用于冶炼含稀土Ce的GH3625镍基合金的渣系及其电渣重熔冶炼方法。
背景技术
镍基合金GH3625是一种固溶强化型镍基变形高温合金，最初国际上把该合金作为高强度超临界火电机组的锅炉蒸汽管道材料而研发，但是由于其优异的力学性能、可加工性、耐蚀性、稳定性和可焊接的综合性能使其成为长期工程应用中最成功的镍基高温合金之一。
现阶段生产GH3625合金的冶炼工艺为真空感应熔炼(VIM)+真空电弧熔炼(VAR)。但是VAR对杂质元素几乎没有脱除能力，在冶炼中容易带入坩埚材料，造成新的污染；此外VAR冶炼的合金表面质量较差，需要进行更多的加工处理。
电渣重熔铸锭具有成分均匀、纯净度高、组织致密等特点，因此电渣重熔是高温合金的重要冶炼手段。对比VAR工艺，电渣重熔设备简单，生产费用低廉，操作方便，铸锭表面光洁，热塑性好，成材率高。电渣重熔产品在纯净度方面不亚于真空电弧重熔，去硫、去除非金属夹杂物均超过真空电弧重熔。在冶炼镍基合金领域，电渣重熔已经逐渐取代VAR成为更受关注的冶炼工艺。
稀土Ce是冶金工业中常用到的合金添加剂，在GH3625合金中加入一定量的稀土Ce后，其耐蚀性能、抗拉强度有着一定的提高。但是含稀土Ce的GH3625合金在冶炼上有着一定的问题，即在经过电渣重熔二次精炼后合金中Ce元素以及其他易氧化元素的烧损，因此需要开发新的电渣重熔工艺来解决这一问题。
为了提高冶炼的质量，开发了适用于冶炼含稀土Ce的GH3625镍基合金的电渣重熔用渣系。由于在电渣重熔过程中易氧化元素的氧化问题，因此所设计的渣系中加入了MgO这一组元，以降低冶炼过程中渣池的吸气能力，并且针对合金中稀土元素Ce加入CeO2组元。
电渣重熔要求其使用的渣系有合适的物性参数，其中，渣系熔化温度、黏度是判断渣系是否适合合金冶炼的最主要因素，在渣系中加入MgO、CeO2后，渣系熔化温度、黏度升高，为此加入NaF来调节渣系物性参数。
在电渣重熔冶炼过程中，渣池吸氧是导致冶炼后铸锭中氧含量增高、易氧化元素烧损的原因之一，因此在冶炼过程中向渣池中加入铝粒是一种极好的抑制合金中易氧化元素烧损的方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种用于冶炼含稀土Ce的GH3625镍基合金。该渣系用于电渣重熔冶炼GH3625合金，通过使用本发明所提供的渣系以及冶炼方法，可以解决电渣重熔冶炼含稀土Ce的GH3625镍基合金过程中发生的Ce、Ti元素烧损问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种用于冶炼含稀土Ce的GH3625镍基合金渣系，其特征在于，其渣系的成分按重量百分比包括20～25％的CaO、17～21％的Al2O3、5～7％的NaF、3～5％的MgO、2～3％的TiO2、4～6％的CeO2、1～2％的SiO2、余量为CaF2。
如上所述的含稀土Ce的GH3625镍基合金，所述合金中Ce的质量百分比为0.005～0.1％。
如上所述的渣系，优选地，所述渣系的熔化温度为1200～1300℃。
如上所述的渣系，优选地，所述渣系在1600℃时的电阻率为0.37～0.56Ω·cm。
如上所述的渣系，优选地，所述渣系在1550℃时的黏度为0.013～0.024Pa·s。
如上所述的渣系的使用办法，采用电渣重熔冶炼，其包括如下步骤：
S1、取如权利要求1所述的渣系在1550℃下进行预熔，预熔时间为20分钟，预熔冷却至室温后进行破碎；
S2、破碎后的预熔渣加热至600～800℃烘烤4～6小时后，缓冷至室温；
S3、在结晶器内放入引弧剂或者合金屑，并在其周围放置萤石粉；
S4、降电极进行引弧操作，引弧后加入渣料，进行化渣；
S5、化渣结束后进入冶炼阶段，冶炼过程中分批次加入铝粒；
S6、冶炼结束，进行分阶段降功率补缩操作。
如上所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述渣料的用量为(600～1200)×D结晶器 3kg，大直径结晶器取上限，小直径结晶器取下限。
如上所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，加入的合金屑必须为所冶炼合金，且在使用前使用5％盐酸酒精溶液清洗后快速风干；
如上所述的方法，其特征在于，在步骤S5中，加入的铝粒总量为每千克合金加入0.5～3g，每批次最多加入40～70g铝粒，每批次加入间隔为3～10分钟。
(三)有益效果
本发明的有益效果是
本发明提供了一种用于电渣重熔含稀土Ce的GH3625镍基合金的渣系，通过本发明提供的渣系，制备出成分质量良好，元素分布均匀的GH3625镍基合金，很好地解决了含稀土Ce的GH3625合金在电渣重熔冶炼过程中存在的易氧化元素烧损问题。
具体实施方式
为了解决电渣重熔冶炼含稀土Ce的GH3625镍基合金过程中存在的Ce以及其他易氧化元素烧损问题，本发明经过大量的研究表明，在渣系中加入少量的MgO以及CeO2后，调整渣系中其他组元的含量后，渣系的熔点、电阻率以及黏度均能满足电渣重熔要求。
对于电渣重熔冶炼含稀土Ce的GH3625镍基合金，在冶炼过程中可能发生
的反应，通过热力学计算发现，当渣中存在CeO2时可以抑制此反应，并且在冶炼过程中加入适量的Al同样能抑制氧化的发生。为此在本发明中，渣系中适当地加入CeO2至4～6％，减少Ce元素的烧损。
在电渣重熔过程中，渣中加入适量的MgO可以在渣池表面形成一层保护膜，降低在冶炼过程中渣池的吸气能力，从而减少渣池吸氧，从而减少渣池向金属熔池传氧，同时还能降低铸锭中氢的含量。因此，本发明中加入4～6％的MgO。
由于在渣系中加入了高熔点的MgO以及CeO2因此渣系的熔点升高，黏度升高，为了使渣系的熔点以及黏度在合适的范围之内，加入低熔点、低粘度的NaF取代部分CaF2来调整渣系的物性参数。因此，本发明中加入5～7％的NaF。
为了更好的解释本发明，便于理解，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
在本实施例中，结晶器直径为150mm，所使用渣系的化学成分按如下质量百分比进行配置：CaF2：38％，CaO：24％；Al2O3：20％；NaF：6％；MgO：4％；TiO2：2％；CeO2：5％；SiO2：1％。
在使用上述渣系的冶炼过程中，按照本发明中的冶炼方法进行冶炼，冶炼过程中在渣池中加入铝粒，加入量为1g每千克合金。
同时进行另一组三七渣的冶炼，三七渣的化学成分按如下质量百分比进行配置：CaF2：70％；Al2O3：30％。
在使用三七渣进行冶炼过程中，不加入铝粒。
冶炼结束后的铸锭采用ICP以及氮氧分析仪进行成分检测，化学分析结果如表1所示。
表1 GH3625合金各成分含量
对比本发明渣系以及三七渣冶炼铸锭的化学分析结果，可以发现，使用本发明渣系后合金中易氧化元素烧损大大减少，尤其是所加入的稀土Ce元素，并且使用本发明渣系冶炼后，铸锭中氧含量更低。
实施例2
在本实施例中，结晶器直径为260mm，所使用渣系的化学成分按如下质量百分比进行配置：CaF2：38％，CaO：24％；Al2O3：20％；NaF：6％；MgO：4％；TiO2：2％；CeO2：5％；SiO2：1％。
在本实施例中，使用三种Ce含量不同的GH3625合金进行电渣重熔冶炼。
在使用上述渣系的冶炼过程中，按照本发明中的冶炼方法进行冶炼，冶炼过程中在渣池中加入铝粒，加入量为1g每千克合金。
冶炼结束后的铸锭采用ICP以及氮氧分析仪进行成分检测，化学分析结果如表2所示。
表2 GH3625合金各成分含量
冶炼结果说明本发明的渣系以及冶炼方法有效地降低了电渣过程中易氧化元素的烧损，使用本发明中的渣系以及冶炼方法进行电渣重熔后，Ce元素的收得率保持在较高的水平。
实施例3
在本实施例中，结晶器直径为260mm，所使用的3种渣系的化学成分按如下质量百分比进行配置：S1：CaF2：42％，CaO：24％；Al2O3：20％；NaF：7％；MgO：4％；TiO2：2％；SiO2：1％；S2：CaF2：39％，CaO：24％；Al2O3：20％；NaF：7％；MgO：4％；TiO2：2％；CeO2：3％；SiO2：1％；S3：CaF2：36％，CaO：24％；Al2O3：20％；NaF：7％；MgO：4％；TiO2：2％；CeO2：6％；SiO2：1％。
在本实施例中，使用成分相同的GH3625合金进行电渣重熔冶炼。
在使用上述渣系的冶炼过程中，按照本发明中的冶炼方法进行冶炼，冶炼过程中在渣池中加入铝粒，加入量为1g每千克合金。
冶炼结束后的铸锭采用ICP以及氮氧分析仪进行成分检测，化学分析结果如表3所示。
表3 GH3625合金各成分含量
冶炼结果说明本发明的渣系中加入CeO2来减少Ce元素的烧损是有效的，加入CeO2的渣系冶炼后合金中的Ce收得率有大幅的提高。
通过对实施例1、2、3的对比、总结，对于不同Ce含量的GH3625合金，本发明的渣系以及冶炼方法都能有效地减少合金中易氧化元素的烧损，且渣系中CeO2的加入能够保证Ce元素的较高收得率。
Claims (9)
1.一种用于冶炼含稀土Ce的GH3625镍基合金渣系，其特征在于，所述渣系的成分按重量百分比包括20～25％的CaO、17～21％的Al2O3、5～7％的NaF、3～5％的MgO、2～3％的TiO2、4～6％的CeO2、1～2％的SiO2、余量为CaF2。
2.如权利要求1所述的渣系，其特征在于，所述渣系中Ce的质量百分比为0.005～0.1％。
3.如权利要求1所述的渣系，其特征在于，所述渣系的熔化温度为1200～1300℃。
4.如权利要求1所述的渣系，其特征在于，所述渣系在1600℃时的电阻率为0.37～0.56Ω·cm。
5.如权利要求1所述的渣系，其特征在于，所述渣系在1550℃时的黏度为0.013～0.024Pa·s。
6.如权利要求1-4中任一项所述渣系的使用方法，采用电渣重熔冶炼，其特征在于，其包括以下步骤
S1、取所述渣系在1550℃下进行预熔，预熔时间为20分钟，预熔冷却至室温后进行破碎；
S2、破碎后的预熔渣加热至600～800℃烘烤4～6小时后，缓冷至室温；
S3、在结晶器内放入引弧剂或者合金屑，并在其周围放置萤石粉；
S4、降电极进行引弧操作，引弧后加入渣料，进行化渣；
S5、化渣结束后进入冶炼阶段，冶炼过程中分批次加入铝粒；
S6、冶炼结束，进行分阶段降功率补缩操作。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述渣料的用量为(600～1200)×D结晶器 3kg，单位为米。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，加入的合金屑必须为所冶炼合金，且在使用前使用5％盐酸酒精溶液清洗后快速风干。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤S5中，加入的铝粒总量为每千克合金加入0.5～3g，每批次最多加入40～50g铝粒，每批次加入间隔为8～13分钟。
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Denomination of invention: A slag system for smelting gh3625 nickel base alloy containing rare earth Ce and its electroslag remelting smelting method Effective date of registration: 20220719 Granted publication date: 20211022 Pledgee: Shanghai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Jinshan sub branch Pledgor: SHANGHAI ERAUM ALLOY MATERIALS CO.,LTD. Registration number: Y2022310000132 |
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Date of cancellation: 20231225 Granted publication date: 20211022 Pledgee: Shanghai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Jinshan sub branch Pledgor: SHANGHAI ERAUM ALLOY MATERIALS CO.,LTD. Registration number: Y2022310000132 |
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Denomination of invention: A slag system and its electroslag remelting method for smelting GH3625 nickel based alloy containing rare earth Ce Granted publication date: 20211022 Pledgee: Shanghai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Jinshan sub branch Pledgor: SHANGHAI ERAUM ALLOY MATERIALS CO.,LTD. Registration number: Y2024310000345 |
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