CN111411288B - 一种高温合金冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于合金冶炼技术领域，具体的说是一种高温合金冶炼方法，具体步骤如下：S1.装料期：采用真空感应炉进行冶炼，提前通电将真空感应炉内的坩埚进行加热烘干，在烘干后的坩埚内部装入底渣，然后将金属原料一同装入炉内，同时装入补加料仓中的炉料；底渣可有效遮挡周围空气对金属熔液的影响，达到有效隔档外加环境对金属熔液的氧化，金属中的硫化物会与底渣进行反应，完成一次脱硫和防氧化；通过硫化剂和氧化剂的脱硫脱氧，对金属熔液完成了脱硫和脱氧的工作；通过将坩埚主体的顶部可拆装式连接有延伸罩，解决了由于工作人员向坩埚内注入金属和补加料过多而造成熔液飞溅出坩埚主体口的问题。

Description

一种高温合金冶炼方法
技术领域
本发明属于合金冶炼技术领域，具体的说是一种高温合金冶炼方法。
背景技术
高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金可以通过电渣炉和真空白耗炉等冶炼得到。
现有技术中也出现了一些高温合金冶炼的技术方案，如申请号为201610631062.1的一项中国专利公开了一种采用纯钙线的高纯镍或高温合金冶炼方法。该方法步骤如下：(1)采用真空感应熔炼炉冶炼并真空浇注；(2)金属熔体在真空下金属液沸腾，通过碳氧反应降低合金中氧含量；(3)降温结膜，加入自制纯钙线；(4)低温搅拌并静置后，进行真空浇注。
现有技术中的高温合金冶炼方法中只是通过碳氧反应降低合金中的氧含量，并未对合金中的含硫量进行同步降低，去除非金属杂质的方式单一，清理非金属杂质能力较差，并且对真空感应熔炼炉内壁坩埚内投入的金属和炉料时，控制金属液面距离坩埚口的距离较为空难，给工作人员增加了工作难度。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决了现有技术中高温合金冶炼方法中只是通过碳氧反应降低合金中的氧含量，并未对合金中的含硫量进行同步降低，去除非金属杂质的方式单一，清理非金属杂质能力较差，并且对真空感应熔炼炉内壁坩埚内投入的金属和炉料时，控制金属液面距离坩埚口的距离较为空难，给工作人员增加了工作难度的问题，本发明提出的一种高温合金冶炼方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种高温合金冶炼方法，具体步骤如下：
S1.装料期：采用真空感应炉进行冶炼，提前通电将真空感应炉内的坩埚进行加热烘干，在烘干后的坩埚底部装入底渣，然后将金属原料一同装入炉内，同时装入补加料仓中的炉料；工作时，将坩埚进行提前烘干，一方面防止坩埚的内壁上残留水分，水分中会隐藏不明的物质，会影响合金的纯度，另一方面可以提前预热坩埚，有助于提速后期的加热，将金属和炉料同时注入坩埚内，减少向坩埚内注入料的次数，从而减少空气与金属液的接触次数，从而降低填料时空气对合金冶炼的影响；
S.熔化期：合炉抽出大气充入氮气，进行送电加热，应当逐步增大加热功率，在熔化末期可用最大功率加热，通过真空感应炉的观察窗观察，熔清后清除脱硫渣转入精炼；工作时，逐步增大加热功率是为了对金属和炉料的柔性加热，保证炉料顺利熔化，在熔化末期可用最大功率加热，为了加速熔化，缩减对金属和炉料熔化的时间，在熔化金属和炉料的过程中，底渣会对金属的表面进行隔离，减少周围的残留氧气对金属液的氧化，同时，金属中的硫化物会与底渣进行反应，进行脱硫，清除脱硫渣，完成一次脱硫和防氧化；
S.精炼期：向坩埚内注入硫化剂和氧化剂适量，进行沉淀脱氧和沉淀脱硫；工作时，投入硅铁块，作为氧化剂对熔液进行脱氧反应形成氧化物，氧化物被底渣吸收，达到脱氧的目的，同时硅铁块也作为脱硫剂，可以与熔液进行脱硫反应生产硫化物，硫化物被底渣吸收，然后清理出底渣即可，使得硫化物、氧化物和底渣的整体，达到脱硫脱氧的目的，使硅酸盐渣系变为铝酸钙渣系，降低钢渣中氧化物和硫化物的含量，达到精炼、净化钢液的目的；
S.钢液的氮合金化。
优选的，所述S流程中底渣采用碱性坩埚冶炼；底渣的主要成分是石灰％～％，萤石％～％，渣量约占钢液量的％～％；工作时，石灰和萤石与金属熔液内的硫化物进行反应，从而实现脱硫的目的。
优选的，所述S流程中钢液氮合金化的方法为：
a.氮合金化时，要根据钢液要求的含氮量，通过试验确定钢液温度、氮气压强和保持时间，最后获得所要求的含氮量；
b.氮合金化期间，要采用大功率搅拌钢液，以加快吸氮速度并使氮均匀溶解于钢中；
c.氮合金化结束后，取样分析，调整钢液化学成分和温度，准备出钢；
d.出钢浇注和钢锭冷却；
f.炉内释压取出钢锭，结束冶炼。
优选的，所述f流程中真空感应炉中坩埚内的钢锭冷却至低于℃后，可以开启放气阀门，释放出炉内氮气至常压，开启炉盖，取出钢锭；工作时，低于钢锭冷却至低于℃后即可成型，无需担心氮气从钢中跑出而造成钢锭报废的问题。
优选的，所述d和f流程中，真空感应炉冶炼的出钢浇注及钢锭冷却均处在在高压氮气下完成；工作时，避免氮气会逸出而形成钢锭冒涨和内部气孔而报废的问题，使得融入金属熔液中的氮气始终保留。
优选的，所述坩埚包括坩埚主体，所述坩埚主体设置在真空感应炉内部靠底端的位置；所述坩埚主体的表面缠绕有电磁感应线圈；所述电磁感应线圈的两个连接端连通在真空感应炉内壁侧面的通电端；所述坩埚主体顶部开口的边沿处开设有卡接槽；所述卡接槽的内壁上滑动连接有两个对称设置的连接滑块；两个连接滑块的顶部共同固定连接有延伸罩；所述延伸罩的底部与坩埚主体的顶部相互接触；所述延伸罩的通口离坩埚主体顶部距离在mm以上；所述延伸罩的内侧面向内凹陷呈弧面；工作时，将金属和料填满坩埚，当熔化后，即使填满坩埚，在金属液飞溅时会被高于坩埚口mm的延伸罩遮挡，并且会在延伸罩内侧的弧形面反弹回坩埚内，解决了由于工作人员向坩埚内注入金属和补加料过多而造成熔液飞溅出坩埚口的问题。
优选的，所述卡接槽的内壁上开设有两个对称设置的弧形安装槽；所述弧形安装槽的容积足以连接滑块进入；工作时，注入金属和补加料满坩埚主体后，将延伸罩底部对称的两个连接滑块插入卡接槽的内壁上两个对称设置的弧形安装槽内，然后进行旋转延伸罩，使得连接滑块滑入卡接槽内壁上远离弧形安装槽的位置，即可完成延伸罩的安装时，需要拆下时，将连接滑块滑出弧形安装槽即可，方便对延伸罩进行拆卸，以避免延伸罩对工作人员取出钢锭造成阻碍。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的一种高温合金冶炼方法，通过底渣对金属熔液的遮挡，可有效遮挡周围空气对金属熔液的影响，达到有效隔档外加环境对金属熔液的氧化，同时，金属中的硫化物会与底渣进行反应，进行脱硫，清除脱硫渣，完成一次脱硫和防氧化，后面的工艺流程中又通过硫化剂和氧化剂的脱硫脱氧，同时对金属熔液完成了脱硫和脱氧的工作，降低钢渣中氧化物和硫化物的含量，达到精炼、净化钢液的目的。
2.本发明所述的一种高温合金冶炼方法，通过将坩埚主体的顶部可拆装式连接有延伸罩，在金属液飞溅时会被高于坩埚主体口100mm的延伸罩遮挡，并且会在延伸罩内侧的弧形面反弹回坩埚主体内，解决了由于工作人员向坩埚内注入金属和补加料过多而造成熔液飞溅出坩埚主体口的问题，降低了工作人员的工作难度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明冶炼方法的流程图；
图2是本发明中真空感应炉的剖面图；
图3是图2中A处局部放大图；
图4是本发明中坩埚的立体图；
图5是本发明中延伸罩的立体图；
图中：真空感应炉1、炉盖11、坩埚2、坩埚主体21、电磁感应线圈22、卡接槽3、连接滑块4、延伸罩5、弧形安装槽6。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图5所示，本发明所述的一种高温合金冶炼方法，具体步骤如下：
S1.装料期：采用真空感应炉1进行冶炼，提前通电将真空感应炉1内的坩埚2进行加热烘干，在烘干后的坩埚2底部装入底渣，然后将金属原料一同装入炉内，同时装入补加料仓中的炉料；工作时，将坩埚2进行提前烘干，一方面防止坩埚2的内壁上残留水分，水分中会隐藏不明的物质，会影响合金的纯度，另一方面可以提前预热坩埚2，有助于提速后期的加热，将金属和炉料同时注入坩埚2内，减少向坩埚2内注入料的次数，从而减少空气与金属液的接触次数，从而降低填料时空气对合金冶炼的影响；
S2.熔化期：合炉抽出大气充入氮气，进行送电加热，应当逐步增大加热功率，在熔化末期可用最大功率加热，通过真空感应炉1的观察窗观察，熔清后清除脱硫渣转入精炼；工作时，逐步增大加热功率是为了对金属和炉料的柔性加热，保证炉料顺利熔化，在熔化末期可用最大功率加热，为了加速熔化，缩减对金属和炉料熔化的时间，在熔化金属和炉料的过程中，底渣会对金属的表面进行隔离，减少周围的残留氧气对金属液的氧化，同时，金属中的硫化物会与底渣进行反应，进行脱硫，清除脱硫渣，完成一次脱硫和防氧化；
S3.精炼期：向坩埚2内注入硫化剂和氧化剂适量，进行沉淀脱氧和沉淀脱硫；工作时，投入硅铁块，作为氧化剂对熔液进行脱氧反应形成氧化物，氧化物被底渣吸收，达到脱氧的目的，同时硅铁块也作为脱硫剂，可以与熔液进行脱硫反应生产硫化物，硫化物被底渣吸收，然后清理出底渣即可，使得硫化物、氧化物和底渣的整体，达到脱硫脱氧的目的，使硅酸盐渣系变为铝酸钙渣系，降低钢渣中氧化物和硫化物的含量，达到精炼、净化钢液的目的；
S4.钢液的氮合金化。
作为本发明的一种实施方式，所述S1流程中底渣采用碱性坩埚冶炼；底渣的主要成分是石灰70％～80％，萤石20％～30％，渣量约占钢液量的1％～3％；工作时，石灰和萤石与金属熔液内的硫化物进行反应，从而实现脱硫的目的。
作为本发明的一种实施方式，所述S4流程中钢液氮合金化的方法为：
a.氮合金化时，要根据钢液要求的含氮量，通过试验确定钢液温度、氮气压强和保持时间，最后获得所要求的含氮量；
b.氮合金化期间，要采用大功率搅拌钢液，以加快吸氮速度并使氮均匀溶解于钢中；
c.氮合金化结束后，取样分析，调整钢液化学成分和温度，准备出钢；
d.出钢浇注和钢锭冷却；
f.炉内释压取出钢锭，结束冶炼。
作为本发明的一种实施方式，所述f流程中真空感应炉1中坩埚2内的钢锭冷却至低于800℃后，可以开启放气阀门，释放出炉内氮气至常压，开启炉盖11，取出钢锭；工作时，低于钢锭冷却至低于800℃后即可成型，无需担心氮气从钢中跑出而造成钢锭报废的问题。
作为本发明的一种实施方式，所述d和f流程中，真空感应炉1冶炼的出钢浇注及钢锭冷却均处在在高压氮气下完成；工作时，避免氮气会逸出而形成钢锭冒涨和内部气孔而报废的问题，使得融入金属熔液中的氮气始终保留。
作为本发明的一种实施方式，所述坩埚2包括坩埚主体21，所述坩埚主体21设置在真空感应炉1内部靠底端的位置；所述坩埚主体21的表面缠绕有电磁感应线圈22；所述电磁感应线圈22的两个连接端连通在真空感应炉1内壁侧面的通电端；所述坩埚主体21顶部开口的边沿处开设有卡接槽3；所述卡接槽3的内壁上滑动连接有两个对称设置的连接滑块4；两个连接滑块4的顶部共同固定连接有延伸罩5；所述延伸罩5的底部与坩埚主体21的顶部相互接触；所述延伸罩5的通口离坩埚主体21顶部距离在100mm以上；所述延伸罩5的内侧面向内凹陷呈弧面；工作时，将金属和料填满坩埚2，当熔化后，即使填满坩埚2，在金属液飞溅时会被高于坩埚2口100mm的延伸罩5遮挡，并且会在延伸罩5内侧的弧形面反弹回坩埚2内，解决了由于工作人员向坩埚2内注入金属和补加料过多而造成熔液飞溅出坩埚2口的问题。
作为本发明的一种实施方式，所述卡接槽3的内壁上开设有两个对称设置的弧形安装槽6；所述弧形安装槽6的容积足以连接滑块4进入；工作时，注入金属和补加料满坩埚2后，将延伸罩5底部对称的两个连接滑块4插入卡接槽3的内壁上两个对称设置的弧形安装槽6内，然后进行旋转延伸罩5，使得连接滑块4滑入卡接槽3内壁上远离弧形安装槽6的位置，即可完成延伸罩5的安装时，需要拆下时，将连接滑块4滑出弧形安装槽6即可，方便对延伸罩5进行拆卸，以避免延伸罩5对工作人员取出钢锭造成阻碍。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种高温合金冶炼方法，具体步骤如下：
S1.装料期：采用真空感应炉(1)进行冶炼，提前通电将真空感应炉(1)内的坩埚(2)进行加热烘干，在烘干后的坩埚(2)内部装入底渣，然后将金属原料一同装入炉内，同时装入补加料仓中的炉料；
S2.熔化期：合炉抽出大气充入氮气，进行送电加热，应当逐步增大加热功率，在熔化末期用最大功率加热，通过真空感应炉(1)的观察窗观察，熔清后清除脱硫渣转入精炼；在熔化金属和炉料的过程中，底渣会对金属的表面进行隔离，减少周围的残留氧气对金属液的氧化，同时，金属中的硫化物会与底渣进行反应，进行脱硫，清除脱硫渣，完成一次脱硫和防氧化；
S3.精炼期：向坩埚(2)内注入硫化剂和氧化剂适量，进行沉淀脱氧和沉淀脱硫；投入硅铁块，作为氧化剂对熔液进行脱氧反应形成氧化物，氧化物被底渣吸收，达到脱氧的目的，同时硅铁块也作为脱硫剂，与熔液进行脱硫反应生产硫化物，硫化物被底渣吸收，然后清理出底渣即可，使得硫化物、氧化物和底渣的整体，达到脱硫脱氧的目的，硅酸盐渣系变为铝酸钙渣系，降低钢渣中氧化物和硫化物的含量；
S4.钢液的氮合金化；
所述S1流程中底渣采用碱性坩埚冶炼，底渣的主要成分是石灰70％～80％，萤石20％～30％，渣量占钢液量的1％～3％；
所述S4流程中钢液氮合金化的方法为：
a.氮合金化时，要根据钢液要求的含氮量，通过试验确定钢液温度、氮气压强和保持时间，最后获得所要求的含氮量；
b.氮合金化期间，要采用大功率搅拌钢液，以加快吸氮速度并使氮均匀溶解于钢中；
c.氮合金化结束后，取样分析，调整钢液化学成分和温度，准备出钢；
d.出钢浇注和钢锭冷却；
f.炉内释压取出钢锭，结束冶炼；
所述f流程中真空感应炉(1)中坩埚(2)内的钢锭冷却至低于800℃后，开启放气阀门，释放出炉内氮气至常压，开启炉盖(11)，取出钢锭；
所述d和f流程中，真空感应炉(1)冶炼的出钢浇注及钢锭冷却均处在高压氮气下完成；
所述坩埚(2)包括坩埚主体(21)，所述坩埚主体(21)设置在真空感应炉(1)内部靠底端的位置；所述坩埚主体(21)的表面缠绕有电磁感应线圈(22)；所述电磁感应线圈(22)的两个连接端连通在真空感应炉(1)内壁侧面的通电端；所述坩埚主体(21)顶部开口的边沿处开设有卡接槽(3)；所述卡接槽(3)的内壁上滑动连接有两个对称设置的连接滑块(4)；两个连接滑块(4)的顶部共同固定连接有延伸罩(5)；所述延伸罩(5)的底部与坩埚主体(21)的顶部相互接触；所述延伸罩(5)的通口离坩埚主体(21)顶部距离在100mm以上；所述延伸罩(5)的内侧面向内凹陷呈弧面；
所述卡接槽(3)的内壁上开设有两个对称设置的弧形安装槽(6)；所述弧形安装槽(6)的容积足以连接滑块(4)进入。
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