CN114289707A - 一种提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺 - Google Patents

一种提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺 Download PDF

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李铭
王博
董鸿志
浦益龙
李华兵
李淑苹
徐进涛
宋雪靖
史文浩
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Abstract

本发明属于高温合金熔炼技术领域，具体涉及一种提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺。具体步骤如下：步骤S1、溜槽装配：将挡渣板安装在溜槽体上，并在所述挡渣板与浇注孔之间安装过滤网，在所述过滤网的两侧分别安装用于对其进行加热的加热片；步骤S2、溜槽装配完成后将溜槽加热至900~970℃，保温1~2h后转移至溜槽室；步骤S3、启动加热片开关电源，使加热片温度升至1100~1400℃后持续加热；步骤S4、合金浇注时降低熔炼功率至100~150kW，控制熔体温度至1460~1480℃后进行浇注，完成合金熔炼。本发明可以对溜槽中过滤网进行在线加热，避免因温度变化引起的过滤网堵塞，有效的降低合金中夹杂物和浮渣的含量，尤其适用于对夹杂物和浮渣含量要求较高的高温合金的工业化生产制备。

Description

一种提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺
技术领域
本发明属于高温合金熔炼技术领域，具体涉及一种提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺。
背景技术
高温合金因其具有优异的高温性能和抗氧化腐蚀性能，被广泛用于航空发动机及燃气轮机叶片等热端部件。随着高温合金铸件承温能力和使用寿命要求的提高，对高温合金母合金的纯净度要求越来越高。高温合金纯净度是指合金中气体元素(O、N)、杂质元素(Fe、Si、Mn、S、P)、五害元素(Pb、Bi、As、Sn、Sb)、痕量元素以及夹杂物和浮渣含量。尤其是母合金中夹杂物和浮渣极易引起铸件局部疏松，导致铸件性能不合格和产品报废，因此，将母合金中夹杂物和浮渣含量控制到越低越好。
目前，采用真空感应炉进行高温合金母合金熔炼时，大多采用过滤网进行夹杂物和浮渣过滤，而过滤网与溜槽加热后转移至溜槽室过程中，其温度降低较大，合金浇注时过滤网易堵塞。为避免因过滤网堵塞导致过滤失效，通常采用的解决方法有两种：一是提升合金液浇注温度，但浇注温度过高，易烧损元素大量烧损，合金成分无法精准控制；二是提高过滤网和溜槽加热温度，但溜槽加热温度过高时，易引起溜槽开裂及其内表面脱落，溜槽开裂具有漏钢风险，其内表面脱落反而增加合金液中夹杂物含量，甚至因夹杂物含量超标导致整炉合金报废的风险。因此，为提高高温合金真空感应熔炼母合金纯净度，尤其对夹杂物和浮渣严格要求的高温合金母合金，开发一种提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺具有非常重要的工程化意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供了一种提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺。本发明可以实现对溜槽中过滤网在线加热，避免因温度变化引起的过滤网堵塞，能够有效降低合金中夹杂物和浮渣的含量，尤其适用于对夹杂物和浮渣含量要求较高的高温合金的工业化生产制备。
为实现以上技术目的，本发明采用的技术方案是：一种提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺，包括以下步骤：
步骤S1、溜槽装配：溜槽包括溜槽体、加热片、过滤网、挡渣板和浇注孔，将挡渣板安装在溜槽体上，并在所述挡渣板与浇注孔之间安装过滤网，在所述过滤网的两侧分别安装用于对其进行加热的加热片；
步骤S2、溜槽装配完成后将溜槽加热至900～970℃，保温1～2h后转移至溜槽室；
步骤S3、启动加热片开关电源，使加热片温度升至1100～1400℃后持续加热；
步骤S4、合金浇注时降低熔炼功率至100～150kW，控制熔体温度至1460～1480℃后进行浇注，完成合金熔炼。
进一步地，所述过滤网包括第一过滤网和第二过滤网，所述第二过滤网靠近所述浇注孔。
进一步地，所述第一过滤网的孔隙密度为5～15PPI，第二过滤网的孔隙密度为20～40PPI。
进一步地，所述第一过滤网和第二过滤网的两侧设置有凹槽，所述加热片分别设置在所述第一过滤网和第二过滤网的两侧凹槽内。
进一步地，所述加热片的长或/和宽为30～80mm，厚度为5～15mm。
进一步地，所述加热片的材质为Fe-Cr-Al合金，其垂直安装高度为第一过滤网或/和第二过滤网垂直高度的1/3。
与现有技术相比，本发明技术方案带来的有益效果是：
(1)本发明可有效提高母合金纯净度，将熔炼制备母合金中夹杂物含量控制到0.5级，浮渣含量控制到1％以内。
(2)本发明提供的技术方案简单、易操作，适用于批量化生产。
(3)本发明合金浇注时浇注温度低，可大大降低生产成本，具有显著的经济效益。
附图说明
图1是本发明实施例溜槽的俯视图。
图2是本发明实施例溜槽的剖视图。
附图标记说明：1-溜槽体；2-加热片；3-过滤网；31-第一过滤网；32-第二过滤网；4-挡渣板；5-浇注孔。
具体实施方式
下面以INCO713C牌号高温合金为例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺，单炉合金投炉量为1840kg，包括以下步骤：
步骤S1、溜槽准备：溜槽包括溜槽体1、加热片2、过滤网3、挡渣板4和浇注孔5，其中过滤网3包括第一过滤网31和第二过滤网32，将挡渣板4安装在溜槽体1上，并在所述挡渣板4与浇注孔5之间依次安装第一过滤网31和第二过滤网32，所述第二过滤网32靠近所述浇注孔5，在所述第一过滤网31和第二过滤网32的两侧分别安装加热片2，所述加热片2分别安装在所述第一过滤网31和第二过滤网32两侧的凹槽内，用于对第一过滤网31和第二过滤网32加热；
步骤S2、溜槽装配完成后，将溜槽加热至900℃，保温1h后转移至溜槽室；
步骤S3、启动加热片2开关电源，使加热片温度升至1100℃后持续加热；
步骤S4、合金浇注时降低熔炼功率至100kW，控制熔体温度至1460℃后进行浇注，完成合金熔炼。
第一过滤网31的孔隙密度为10PPI，第二过滤网32的孔隙密度为20PPI。
加热片2的长度为30mm，宽度为80mm，厚度为5mm。
加热片2的材质为Fe-Cr-Al合金，其垂直安装高度为第一过滤网31和第二过滤网32垂直高度的1/3，第一过滤网31和第二过滤网32的垂直高度相同。
实施例2
一种提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺，单炉合金投炉量为1840kg，包括以下步骤：
步骤S1、溜槽准备：溜槽包括溜槽体1、加热片2、过滤网3、挡渣板4和浇注孔5，其中过滤网3包括第一过滤网31和第二过滤网32，将挡渣板4安装在溜槽体1上，并在所述挡渣板4与浇注孔5之间依次安装第一过滤网31和第二过滤网32，所述第二过滤网32靠近所述浇注孔5，在所述第一过滤网31和第二过滤网32的两侧分别安装加热片2，所述加热片2分别安装在所述第一过滤网31和第二过滤网32两侧的凹槽内，用于对第一过滤网31和第二过滤网32加热；
步骤S2、溜槽装配完成后，将溜槽加热至940℃，保温1.5h后转移至溜槽室；
步骤S3、启动加热片2开关电源，使加热片温度升至1200℃后持续加热；
步骤S4、合金浇注时降低熔炼功率至120kW，控制熔体温度至1470℃后进行浇注，完成合金熔炼。
第一过滤网31的孔隙密度为15PPI，第二过滤网32的孔隙密度为30PPI。
加热片2的长度为50mm，宽度为50mm，厚度为10mm。
加热片2的材质为Fe-Cr-Al合金，其垂直安装高度为第一过滤网31和第二过滤网32垂直高度的1/3，第一过滤网31和第二过滤网32的垂直高度相同。
实施例3
一种提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺，单炉合金投炉量为1840kg，包括以下步骤：
步骤S1、溜槽准备：溜槽包括溜槽体1、加热片2、过滤网3、挡渣板4和浇注孔5，其中过滤网3包括第一过滤网31和第二过滤网32，将挡渣板4安装在溜槽体1上，并在所述挡渣板4与浇注孔5之间依次安装第一过滤网31和第二过滤网32，所述第二过滤网32靠近所述浇注孔5，在所述第一过滤网31和第二过滤网32的两侧分别安装加热片2，所述加热片2分别安装在所述第一过滤网31和第二过滤网32两侧的凹槽内，用于对第一过滤网31和第二过滤网32加热；
步骤S2、溜槽装配完成后，将溜槽加热至970℃，保温2h后转移至溜槽室；
步骤S3、启动加热片2开关电源，使加热片温度升至1400℃后持续加热；
步骤S4、合金浇注时降低熔炼功率至150kW，控制熔体温度至1480℃后进行浇注，完成合金熔炼。
第一过滤网31的孔隙密度为15PPI，第二过滤网32的孔隙密度为40PPI。
加热片2的长度为80mm，宽度为30mm，厚度为15mm。
加热片2的材质为Fe-Cr-Al合金，其垂直安装高度为第一过滤网31和第二过滤网32垂直高度的1/3，第一过滤网31和第二过滤网32的垂直高度相同。
对比例1
采用传统溜槽过滤真空感应熔炼工艺进行INCO713C母合金熔炼，在第一过滤网31和第二过滤网32的两侧不设置加热片，其余工艺参数与1完全相同。
对本发明实施例1～3和对比例熔炼制备的母合金夹杂物和浮渣含量进行检测，检测结果如表1所示。
表1夹杂物等级和浮渣含量
比较项目 夹杂物等级(级) 浮渣含量(％)
对比例1 1.5 5
实施例1 0.5 0.8
实施例2 0.5 0.7
实施例3 0.5 0.5
从表1可知，采用本发明实施例的真空感应熔炼工艺熔炼得到的高温合金中夹杂物含量可控制到0.5级以内，浮渣含量控制到1％以内，相对于传统溜槽过滤真空感应熔炼工艺得到的高温合金中夹杂物的含量，大幅度提高了高温合金的纯净度。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、溜槽装配：溜槽包括溜槽体（1）、加热片（2）、过滤网（3）、挡渣板（4）和浇注孔（5），将挡渣板（4）安装在溜槽体（1）上，并在所述挡渣板（4）与浇注孔（5）之间安装过滤网（3），在所述过滤网（3）的两侧分别安装用于对其进行加热的加热片（2）；
步骤S2、溜槽装配完成后将溜槽加热至900~970℃，保温1~2h后转移至溜槽室；
步骤S3、启动加热片开关电源，使加热片温度升至1100~1400℃后持续加热；
步骤S4、合金浇注时降低熔炼功率至100~150kW，控制熔体温度至1460~1480℃后进行浇注，完成合金熔炼。
2.根据权利要求1所述的提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺，其特征在于，所述过滤网（3）包括第一过滤网（31）和第二过滤网（32），所述第二过滤网（32）靠近所述浇注孔（5）。
3.根据权利要求2所述的提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺，其特征在于，所述第一过滤网（31）的孔隙密度为5~15PPI，第二过滤网（32）的孔隙密度为20~40PPI。
4.根据权利要求2所述的提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺，其特征在于，所述第一过滤网（31）和第二过滤网（32）的两侧设置有凹槽，所述加热片（2）分别设置在所述第一过滤网（31）和第二过滤网（32）的两侧凹槽内。
5.根据权利要求1所述的提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺，其特征在于，所述加热片（2）的长或/和宽为30~80mm，厚度为5~15mm。
6.根据权利要求2所述的提高高温合金纯净度的真空感应熔炼工艺，其特征在于，所述加热片（2）的材质为Fe-Cr-Al合金，其垂直安装高度为第一过滤网（31）或/和第二过滤网（32）垂直高度的1/3。
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