CN112792323B - 一种镍基材料的电渣重熔补缩工艺 - Google Patents

一种镍基材料的电渣重熔补缩工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍基材料的电渣重熔补缩工艺，所述补缩的总补缩量t补根据下式（Ⅰ）计算而得；t补=0.086πD3·ρ（Ⅰ）；式中：t补为总补缩量，kg；D为结晶器直径，mm；ρ为金属液体密度，单位kg/mm3。本方法依据镍基材料的相变收缩性能和热传导性能，制定了相对应的补缩工艺，解决了镍基材料电渣补缩效果差、端部缺陷严重等问题。本方法经过大量的实践检验，效果明显好于传统工艺；具有补缩效果好、工艺简单、易控等特点。

Description

一种镍基材料的电渣重熔补缩工艺
技术领域
本发明涉及一种电渣重熔技术，尤其是一种镍基材料的电渣重熔补缩工艺。
背景技术
电渣重熔镍基材料至补缩阶段时，由于镍基材料本身的相变收缩性、热传导性能均不同于铁基材料，导致一些铁基材料的补缩工艺不能适用于镍基材料，镍基材料的电渣铸锭会产生端部缩孔和疏松等明显的表面缺陷和低倍缺陷，与此同时，针对镍基材料所研发的补缩工艺较少。
已公开的技术中，申请号01136734.2的专利申请中，公开了一种电渣重熔补缩工艺，该补缩工艺由于在补缩中使用了石墨电极，对镍基材料等要求碳含量非常严格的合金来讲，容易使化学成分不合。而申请号201710262674.2的专利申请中，公布了一种电渣重熔快速自动补缩工艺，经过实践，更适合于高导热性的铁基材料，对镍基材料等低导热性材料而言，端部缩孔没有明显改善。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种补缩效果好的镍基材料的电渣重熔补缩工艺。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：所述补缩的总补缩量t补根据下式（Ⅰ）计算而得；
t补=0.086πD3·ρ （Ⅰ）
式中：
t补为总补缩量，kg；
D为结晶器直径，mm；
ρ为金属液体密度，单位kg/mm3。
本发明所述补缩时间T总根据下式（Ⅱ）计算而得；
T总=(0.10～0.12)D （Ⅱ）
式中：
T总为补缩总时间，min；
D为结晶器直径，mm。
本发明所述补缩功率P根据下式（Ⅲ）计算而得；
P=P重熔(1-0.8T/T总)+T2/60 （Ⅲ）
式中：
P为补缩功率，kVA；
P重熔为重熔期功率，kVA；
T总为补缩时间，min；
T为补缩期累计时间，min。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明依据镍基材料的相变收缩性能和热传导性能，制定了相对应的补缩工艺，解决了镍基材料电渣补缩效果差、端部缺陷严重等问题。本发明经过大量的实践检验，效果明显好于传统工艺；具有补缩效果好、工艺简单、易控等特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本镍基材料的电渣重熔补缩工艺采用下述设计构思和工艺：
（1）首先需确定总的补缩量，依据电渣冶炼镍基材料一般控制原理，当金属熔池深度h金≤0.5D时，可获得较好的冶金质量，根据金属熔池深度h金≤0.5D计算获得总液相金属质量t0=2/3πh金 3·ρ，t0也是补缩开始的基础质量；众所周知，金属凝固过程中会产生相变收缩，即t0这部分金属在凝固过程中会产生相变收缩，而镍基材料的相变收缩率一般为3%，所以得出一次补缩量t1=3%t0，即需要补进t1金属填补收缩，然而t1完全由液相转化为固相时，体积收缩又需由新的一部分金属填充。待一次补缩完成后，新填充的液体还会造成新体积收缩，产生新缩孔，所以需要再次补缩，进行二次补缩量t2=3%t1，完成后依次是三次t3、四次t4至tn，计算得知总补缩量t补=t0+t1+t2+t3+…+tn=t0(1-3%n)/(1-3%)≈1.03t0=0.086πD3·ρ；n→∞，tn→0完成补缩；上述公式中，h金为金属熔池深度，单位为mm；t补为总补缩量，kg；D为结晶器直径，mm；ρ为熔池内金属液体密度，单位kg/mm3。
（2）实际操作过程中，不会等到tn-1完全凝固后再进行tn的熔化，整个过程是一个连续过程，在确定总的补缩量后，只能由tn→0控制补缩结束时间，而tn→0正是电极液相线温度，所以，待补缩期渣温降为液相线温度时即完成补缩。依据分析，补缩期必须精确控制渣温变化，当完成电极熔化1.03t0，即总的补缩量t补为1.03t0，渣温下降至金属液相线温度。经创新性归纳和经过实践检验，合理的补缩时间为T总=(0.10～0.12)D，补缩功率控制为P=P重熔(1-0.8T/T总)+T2/60。上述公式中：T总为补缩时间，min；D为结晶器直径，mm；P为补缩功率，kVA；P重熔为重熔期功率，kVA；T总为补缩时间，min；T为补缩期累计时间，min。
实施例1：本镍基材料的电渣重熔补缩工艺采用下述具体工艺。
设备采用公称容量500kg保护气氛电渣炉，结晶器规格φ300*1300mm，自耗电极规格φ200*1800mm，材质为高温合金GH4169。采用正常冶炼工艺完成化渣期、重熔期，补缩期。补缩期参数控制公式：补缩量=0.086πD3·ρ，补缩时间为T总=0.1D，补缩功率控制为P=P重熔(1-0.8T/T总)+T2/60；其中，重熔期功率P重熔=260kVA、熔池内金属液体密度ρ=7818*10-9kg/mm3；根据补缩期控制公式计算得到下列补缩参数，具体见表1。
表1：实施例1的补缩参数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
以阶段Ⅱ为例说明计算过程：补缩量=0.086πD3·ρ=0.086*3.1416*3003*7818*10-9=57kg；T总=0.1D=0.1*300=30min；P=P重熔(1-0.8T/T总)+T2/60=260(1-0.8*5/30)+ 52/60=260*0.867+0.417=226.62；电压根据调整范围取整数值42V，则电流为5.4kA。
冶炼完毕对钢锭端部进行检查，缩孔深度≤5mm。
实施例2：本镍基材料的电渣重熔补缩工艺采用下述具体工艺。
设备采用1000kg保护气氛电渣炉，结晶器规格φ400*1300mm，自耗电极规格φ310*1800mm，材质为IN751。采用正常冶炼工艺完成化渣期、熔炼期，补缩期。补缩期参数：补缩量=0.086πD3·ρ，补缩时间为T总=0.12D，补缩功率控制为P=P重熔(1-0.8T/T总)+T2/60；其中，重熔期功率P重熔=432kVA、熔池内金属液体密度ρ=7811*10-9kg/mm3；根据补缩期控制公式计算得到下列补缩参数，具体见表2。
表2：实施例2的补缩参数
Figure DEST_PATH_IMAGE004
冶炼完毕对钢锭端部进行检查，缩孔深度≤8mm。
实施例3：本镍基材料的电渣重熔补缩工艺采用下述具体工艺。
设备采用公称容量500kg保护气氛电渣炉，结晶器规格φ300*1300mm，自耗电极规格φ200*1800mm，材质为哈氏C276。采用正常冶炼工艺完成化渣期、重熔期，补缩期。补缩期参数：补缩量=0.086πD3·ρ，补缩时间为T总=0.11D，补缩功率控制为P=P重熔(1-0.8T/T总)+T2/60；其中，重熔期功率P重熔=270kVA、熔池内金属液体密度ρ=7955*10-9kg/mm3；根据补缩期控制公式计算得到下列补缩参数，具体见表3。
表3：实施例3的补缩参数
Figure DEST_PATH_IMAGE006
冶炼完毕对钢锭端部进行检查，缩孔深度≤5mm。
实施例4：本镍基材料的电渣重熔补缩工艺采用下述具体工艺。
设备采用1000kg保护气氛电渣炉，结晶器规格φ400*1300mm，自耗电极规格φ310*1800mm，材质为GH900B。采用正常冶炼工艺完成化渣期、熔炼期，补缩期。补缩期参数：补缩量=0.086πD3·ρ，补缩时间为T总=0.11D，补缩功率控制为P=P重熔(1-0.8T/T总)+T2/60；其中，重熔期功率P重熔=428kVA、熔池内金属液体密度ρ=7637*10-9kg/mm33；根据补缩期控制公式计算得到下列补缩参数，具体见表4。
表4：实施例4的补缩参数
Figure DEST_PATH_IMAGE008
冶炼完毕对钢锭端部进行检查，缩孔深度≤8mm。
统计案例：统计了217炉次常规工艺和219炉次本工艺补缩效果对比，进步非常明显，具体见表5。
表5：常规工艺和本工艺补缩效果对比
Figure DEST_PATH_IMAGE010
。

Claims (1)

1.一种镍基材料的电渣重熔补缩工艺，采用正常冶炼工艺完成化渣期、重熔期，补缩期，其特征在于：所述补缩期，首先需确定总的补缩量，然后确定补缩时间和补缩功率，冶炼完毕对钢锭端部进行检查；
总补缩量t补根据下式（Ⅰ）计算而得：
t补=0.086πD3·ρ （Ⅰ）
式中：
t补为总补缩量，kg；
D为结晶器直径，mm；
ρ为金属液体密度，单位kg/mm3；
补缩时间T总根据下式（Ⅱ）计算而得：
T总=(0.10～0.12)D （Ⅱ）
式中：
T总为补缩总时间，min；
D为结晶器直径，mm；
补缩功率P根据下式（Ⅲ）计算而得：
P=P重熔(1-0.8T/T总)+T2/60 （Ⅲ）
式中：
P为补缩功率，kVA；
P重熔为重熔期功率，kVA；
T总为补缩时间，min；
T为补缩期累计时间，min。
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