CN111440956A - 一种电渣重熔工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种电渣重熔工艺方法，首先将合金原材料冶炼并浇注成母合金棒作为电渣重熔的电极棒，将所述电极棒表面去除氧化皮；然后配制水玻璃和工业铝粉混合的铝粉混合液并涂抺在所述电极棒上；待涂抺在所述电极棒上的所述铝粉混合液自然干燥后，再在100～250℃温度下烘烤1～3小时；根据合金棒中元素及含量情况配制电渣重熔渣；在电渣重熔过程中持续通入惰性气体，并加入所述电极棒质量百分含量的0.1～0.3％铝粒至电渣重熔结束；制备出整支合金电渣重熔锭中的铝元素含量均匀。本发明能使合金电渣重熔时易烧损铝元素得到有效的控制，解决了整支合金电渣重熔锭的不同部位铝含量不均匀，导致材料性能不一致的难题。

Description

一种电渣重熔工艺方法
技术领域
本发明涉及合金材料制备领域，尤其涉及一种电渣重熔工艺方法。
背景技术
铝作为合金元素加入合金中时能提高合金的抗氧化性，改善合金的电磁性能，提高合金强度等。因此，铝在电热合金、磁性和高强度材料中得到广泛应用。有些合金材料中的铝元素质量含量高达1％或以上，该类高铝合金材料在电渣重熔中，由于铝元素极易氧化，导致在大气环境下铝烧损严重。合金中铝元素含量较高时对材料性能影响较大，合金在电渣重熔起始部分与电渣重熔中后期部分的铝含量差别较大，会出现材料成分不均匀，导致合金性能一致性差。
发明内容
鉴于上述情况，本发明提供了一种电渣重熔工艺方法，制备出的整支合金电渣重熔锭中铝元素含量均匀，解决合金电渣重熔锭在电渣重熔起始端部分的铝含量低，与电渣重熔中后端的铝含量差别较大，材料成分不均匀，导致材料性能不一致的难题。
为达此目的，本发明提供了一种电渣重熔工艺方法包括如下步骤：
S1：将合金原材料冶炼并浇注成一母合金棒，将所述母合金棒作为电渣重熔的电极棒，将所述电极棒表面去除氧化皮；
S2：配制水玻璃(Na2SiO3·9H2O)和工业铝粉混合的铝粉混合液，并将所述铝粉混合液均匀地涂抺在去除氧化皮的所述电极棒上；
S3：待所述电极棒上涂抺的所述铝粉混合液自然干燥后，在100～250℃温度下烘烤1～3小时；
S4：电渣重熔过程中持续通入惰性气体，用于实现电渣重熔过程中阻隔氧气进入；在电渣重熔过程中加入所述电极棒质量百分含量的0.1～0.3％铝粒至电渣重熔结束，制备出铝元素含量均匀的合金电渣重熔锭。
优选的，步骤S2中，所述铝粉混合液是按所述电极棒质量百分含量0.1～0.4％的工业铝粉，与水玻璃按质量1：10～20的比例混合搅拌均匀制得。
优选的，步骤S2中，涂抺所述铝粉混合液的位置是从所述电极棒的一电渣重熔起始端起至所述电极棒总长度的1/4～2/5处。
优选的，步骤S5中，所述铝粒的分两个阶段加入：第一阶段：在电渣重熔正常时加入所述铝粒总量的20～35％；第二阶段：将剩余的所述铝粒均匀的加入至电渣重熔结束。
优选的，所述惰性气体为氩气。
优选的，步骤S4中，电渣重熔所使用的渣系是Al2O3、CaF2、TiO2的组合，质量比为Al2O3：CaF2：TiO2＝7：3：0～1，总质量为所述电极棒质量百分含量的4～6％。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种电渣重熔工艺方法，采用在去除氧化皮的电极棒上涂抹水玻璃和工业铝粉混合的铝粉混合液和在电渣过程中添加铝粒的方式，减少合金中铝元素的消耗，使整支合金电渣重熔锭中的铝含量分布均匀，解决合金电渣重熔锭在电渣起始端部分的铝含量较低，与电渣中后端的铝含量差别较大，材料成分不均匀，导致材料性能不一致的难题；同时，在电渣重熔的过程中采用持续通入惰性气体的方式，可以使合金中铝元素烧损减少，合金成分得到有效精准控制。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明：
实施例1
将准备冶炼的原材料按比例装入熔炼炉内，送电熔炼并浇注成直径Ф120mm、长度1900mm的母合金棒；将母合金棒作为电渣重熔的电极棒。所述电极棒中合金成分的质量百分比分别为碳(C)0.068％、铬(Cr)15.12％、镍(Ni)7.21％、钼(Mo)2.06％、铝(Al)1.28％、铁(Fe)为余量。
采用角磨机将整条电极棒表面氧化皮去除，去除表面杂物后，放置在通风处。
电极棒称重质量为160kg，预估合金中铝元素烧损及离目标值情况，配称工业铝粉质量0.16kg，配称水玻璃质量2.4kg；为避免添加工业铝粉过程中热量集中，将工业铝粉均匀的分二批加入水玻璃中，加入后再充分搅拌至均匀，配制出工业铝粉和水玻璃混合的铝粉混合液。
将所述铝粉混合液均匀地涂抺在电极棒上，涂抺位置从电渣重熔开始端起，所述电极棒涂抹的长度为480mm。涂抺时将电极棒吊住悬空，并底下放置接收盘，把涂抺过程中掉落的铝粉混合液收集，然后重新再涂抺回电极棒上。待电极棒上涂抺的铝粉混合液自然干燥后，送至低温炉内烘烤，将涂抺铝粉混合液的电极棒部分悬空，避免涂抺过铝粉混合液部分滚动或撞击掉落；随炉升温至135℃温度后烘烤2.5小时，自然冷却至常温；
配制电渣重熔的渣系是Al2O3：CaF2渣系，质量比为Al2O3：CaF2＝7:3。CaF2采用精炼CaF2。Al2O3和CaF2使用前经600℃以上烘烤4小时，其中Al2O3称重质量6.65kg，CaF2称重质量2.85kg，总重量为9.5kg。
电渣结晶器尺寸是Φ180mm×1500mm，水压为0.4Mpa，冷却水流量为20m3/h，电渣变压器电压为55V。
配称质量为0.48kg的铝粒备用，铝粒规格为Φ2mm×1mm，铝粒经100℃烘烤0.5小时。准备开始电渣重熔时，先持续通入纯氩气，流量为2.5L/min。
采用液体渣引燃方式电渣重熔，将Al2O3和CaF2的混合料全部熔化完后倒入结晶器内，待电流稳定在3200～3500A时，先添加0.16kg铝粒，再将剩余的0.32kg铝粒均匀的加入至电渣重熔结束，制得合金电渣重熔锭。合金电渣重熔锭脱出后空冷到常温。
取样检测合金电渣重熔锭头部、中部和尾部的合金成分，其结果如表1。
表1合金电渣重熔锭不同位置的合金成分情况(质量百分比％)
位置 C Cr Ni Mo Al
头部 0.070 15.08 7.21 2.06 1.20
中部 0.069 15.12 7.21 2.06 1.21
尾部 0.068 15.10 7.21 2.06 1.21
实施例2
将准备冶炼的原材料按比例装入熔炼炉内，送电熔炼并浇注成直径Ф120mm、长度1900mm的母合金棒；将母合金棒作为电渣重熔的电极棒。所述电极棒中合金成分的质量百分比分别为碳(C)0.073％、铬(Cr)14.80％、镍(Ni)7.47％、钼(Mo)2.19％、铝(Al)1.32％、铁(Fe)为余量。
采用角磨机将整条电极棒表面氧化皮去除，去除表面杂物后，放置在通风处。
电极棒称重质量为155kg，预估合金中铝元素烧损及离目标值情况，配称工业铝粉质量0.31kg，配称水玻璃质量3.1kg；为避免添加工业铝粉过程中热量集中，将工业铝粉均匀的分二批加入水玻璃中，加入后再充分搅拌至均匀，配制出工业铝粉和水玻璃混合的铝粉混合液。
将所述铝粉混合液均匀地涂抺在电极棒上，涂抺位置从电渣重熔开始端起，所述电极棒涂抹的长度为650mm。涂抺时将电极棒吊住悬空，并底下放置接收盘，把涂抺过程中掉落的铝粉混合液收集，然后重新再涂抺回电极棒上。待电极棒上涂抺的铝粉混合液自然干燥后，送至低温炉内烘烤，将涂抺铝粉混合液的电极棒部分悬空，避免涂抺过铝粉混合液部分滚动或撞击掉落；随炉升温至175℃温度后烘烤2小时，自然冷却至常温；
配制电渣重熔的渣系是Al2O3：CaF2渣系，质量比为Al2O3：CaF2＝7:3。CaF2采用精炼CaF2。Al2O3和CaF2使用前经600℃以上烘烤4小时，其中Al2O3称重质量4.34kg，CaF2称重质量1.86kg，总重量为6.2kg。
电渣结晶器尺寸是Φ180mm×1500mm，水压为0.4Mpa，冷却水流量为20m3/h，电渣变压器电压为55V。
配称质量为0.16kg的铝粒备用，铝粒规格为Φ2mm×1mm，铝粒经100℃烘烤0.5小时。准备开始电渣重熔时，先持续通入纯氩气，流量为2.5L/min。
采用液体渣引燃方式电渣重熔，将Al2O3、CaF2的混合料全部熔化完后倒入结晶器内，待电流稳定在3200～3500A时，先添加0.04kg铝粒，再将剩余的0.12kg铝粒均匀的加入至电渣重熔结束，制得合金电渣重熔锭。合金电渣重熔锭脱出后空冷到常温。
取样检测合金电渣重熔锭头部、中部和尾部的合金成分，其结果如表2。
表2合金电渣重熔锭不同位置的合金成分情况(质量百分比％)
位置 C Cr Ni Mo Al
头部 0.074 14.75 7.46 2.18 1.24
中部 0.073 14.79 7.45 2.18 1.25
尾部 0.073 14.78 7.46 2.19 1.25
实施例3
将准备冶炼的原材料按比例放入装入熔炼炉内，送电熔炼并浇注成直径Ф120mm、长度1900mm的母合金棒，将母合金棒作为电渣重熔的电极棒。所述电极棒中合金成分的质量百分比分别为碳(C)0.01％、铬(Cr)20.80％、钛(Ti)0.54％、锆(Zr)0.38％、铝(Al)3.63％、钼(Mo)0.27％、钨(W)0.24％、钒(V)0.19％、铌(Nb)0.18％、铁(Fe)为余量。
采用角磨机将整条电极棒表面氧化皮去除，去除表面杂物后，放置在通风处；
电极棒称重质量为150kg，预估合金成分中铝元素烧损及离目标值情况，配称工业铝粉质量0.40kg，配称水玻璃质量6kg；为避免添加工业铝粉过程中热量集中，将工业铝粉均匀的分三批加入水玻璃中，加入后经充分搅拌至均匀，配制出工业铝粉和水玻璃混合的铝粉混合液。
将所述铝粉混合液均匀地涂抺在电极棒上，涂抺位置从电渣重熔起始端起，所述电极棒涂抹的长度为600mm。涂抺时将电极棒吊住悬空，并底下放置接收盘，把涂抺过程中掉落的铝粉混合液收集，然后重新再涂抺回电极棒上。待电极棒上涂抺的铝粉混合液自然干燥后，送至低温炉内烘烤，将涂抺铝粉混合液的电极棒部分悬空，避免涂抺过铝粉混合液部分滚动或撞击掉落；随炉升温至100℃温度后烘烤3小时，自然冷却至常温。
配制电渣重熔的渣系是Al2O3：CaF2：TiO2渣系，质量比为Al2O3：CaF2：TiO2＝7:3:1。CaF2采用精炼CaF2。Al2O3、CaF2和TiO2使用前经600℃以上烘烤4小时；其中Al2O3称重质量4.77kg，CaF2称重质量2.05kg，TiO2称重质量0.68kg，总重量为7.5kg。
电渣结晶器尺寸为Φ180mm×1500mm，水压为0.4Mpa，冷却水流量为20m3/h，电渣变压器电压为55V。
配称质量为0.3kg的铝粒备用，铝粒规格为Φ2mm×1mm，铝粒经100℃烘烤0.5小时。准备开始电渣重熔时，先持续通入纯氩气，流量为2.5L/min。
采用液体渣引燃方式电渣重熔，将Al2O3、CaF2和TiO2的混合料全部熔化完后倒入结晶器内，待电流稳定在3200～3500A时，先添加0.09kg铝粒，再将剩余的0.21kg铝粒均匀的加入至电渣重熔结束，制得合金电渣重熔锭。合金电渣重熔锭脱出后缓冷到常温。
取样检测合金电渣重熔锭头部、中部和尾部的合金成分，其结果如表3。
表3合金电渣重熔锭不同位置的合金成分情况(质量百分比％)
位置 C Cr Ti Zr Al W Mo V Nb
头部 0.012 20.76 0.53 0.35 3.54 0.24 0.27 0.18 0.18
中部 0.010 20.81 0.54 0.36 3.55 0.24 0.27 0.18 0.18
尾部 0.010 20.80 0.54 0.36 3.55 0.24 0.27 0.19 0.18
实施例4
将准备冶炼的原材料按比例放入装入熔炼炉内，送电熔炼并浇注成直径Ф120mm、长度1900mm的母合金棒，将母合金棒作为电渣重熔的电极棒。所述电极棒中合金成分的质量百分比分别为碳(C)0.01％、铬(Cr)20.11％、钛(Ti)0.48％、锆(Zr)0.39％、铝(Al)3.58％、钼(Mo)0.15％、钨(W)0.23％、钒(V)0.13％、铌(Nb)0.12％、铁(Fe)为余量。
采用角磨机将整条电极棒表面氧化皮去除，去除表面杂物后，放置在通风处；
电极棒称重质量为150kg，预估合金成分中铝元素烧损及离目标值情况，配称工业铝粉质量0.60kg，配称水玻璃质量12kg；为避免添加工业铝粉过程中热量集中，将工业铝粉均匀的分四批加入水玻璃中，加入后经充分搅拌至均匀，配制出工业铝粉和水玻璃混合的铝粉混合液。
将所述铝粉混合液均匀地涂抺在电极棒上，涂抺位置从电渣重熔起始端起，所述电极棒涂抹的长度为730mm。涂抺时将电极棒吊住悬空，并底下放置接收盘，把涂抺过程中掉落的铝粉混合液收集，然后重新再涂抺回电极棒上。待电极棒上涂抺的铝粉混合液自然干燥后，送至低温炉内烘烤，将涂抺铝粉混合液的电极棒部分悬空，避免涂抺过铝粉混合液部分滚动或撞击掉落；随炉升温至250℃温度后烘烤1小时，自然冷却至常温。
配制电渣重熔的渣系是Al2O3：CaF2：TiO2渣系，质量比为Al2O3：CaF2：TiO2＝7:3:1。CaF2采用精炼CaF2。Al2O3、CaF2和TiO2使用前经600℃以上烘烤4小时；其中Al2O3称重质量5.09kg，CaF2称重质量2.18kg，TiO2称重质量0.73kg，总重量为8kg。
电渣结晶器尺寸为Φ180mm×1500mm，水压为0.4Mpa，冷却水流量为20m3/h，电渣变压器电压为55V。
配称质量为0.45kg的铝粒备用，铝粒规格为Φ2mm×1mm，铝粒经100℃烘烤0.5小时。准备开始电渣重熔时，先持续通入纯氩气，流量为2.5L/min。
采用液体渣引燃方式电渣重熔，将Al2O3、CaF2和TiO2的混合料全部熔化完后倒入结晶器内，待电流稳定在3200～3500A时，先添加0.12kg铝粒，再将剩余的0.33kg铝粒均匀的加入至电渣重熔结束，制得合金电渣重熔锭。合金电渣重熔锭脱出后缓冷到常温。
取样检测合金电渣重熔锭头部、中部和尾部的成分，其结果如表4。
表4合金电渣重熔锭不同位置的合金成分情况(质量百分比％)
位置 C Cr Ti Zr Al W Mo V Nb
头部 0.011 20.06 0.46 0.38 3.49 0.23 0.15 0.12 0.12
中部 0.010 20.08 0.47 0.36 3.50 0.23 0.15 0.13 0.12
尾部 0.010 20.10 0.47 0.36 3.50 0.23 0.15 0.13 0.12
以上描述仅为本发明具体的实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，这里只是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书所限定的。因此就本发明申请专利范围所作的同等变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种电渣重熔工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将合金原材料冶炼并浇注成一母合金棒，将所述母合金棒作为电渣重熔的电极棒，将所述电极棒表面去除氧化皮；
S2：配制水玻璃和工业铝粉混合的铝粉混合液，并将所述铝粉混合液均匀地涂抺在去除氧化皮的所述电极棒上；
S3：待所述电极棒上涂抺的所述铝粉混合液自然干燥后，在100～250℃温度下烘烤1～3小时；
S4：电渣重熔过程中持续通入惰性气体，用于实现电渣重熔过程中阻隔氧气进入；在电渣重熔过程中加入所述电极棒质量百分含量的0.1～0.3％铝粒至电渣重熔结束，制备出铝元素含量均匀的合金电渣重熔锭。
2.根据权利要求1所述的电渣重熔工艺方法，其特征在于，步骤S2中，所述铝粉混合液是按所述电极棒质量百分含量0.1～0.4％的工业铝粉与水玻璃按质量1：10～20的比例混合搅拌均匀制得。
3.根据权利要求1或2所述的电渣重熔工艺方法，其特征在于，步骤S2中，涂抺所述铝粉混合液的位置是从所述电极棒的一电渣重熔起始端起至所述电极棒总长度的1/4～2/5处。
4.根据权利要求1所述的电渣重熔工艺方法，其特征在于，步骤S5中，所述铝粒的分两个阶段加入：
第一阶段：在电渣重熔正常时加入所述铝粒总质量的20～35％；
第二阶段：将剩余的所述铝粒均匀的加入至电渣重熔结束。
5.根据权利要求1所述的电渣重熔工艺方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
6.根据权利要求1所述的电渣重熔工艺方法，其特征在于，步骤S4中，电渣重熔所使用的渣系是Al2O3、CaF2和TiO2的组合，质量比为Al2O3：CaF2：TiO2＝7：3：0～1，总质量为所述电极棒质量百分含量的4～6％。
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