CN115786636A - 一种真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金的方法，包括装炉、真空加热、精炼脱气、合金化、浇注出钢过程；所述装炉过程：在坩埚底部铺撒铁红，铁红加入量根据原料中C的代入量按O/C比为1.0～1.5计算；所述精炼脱气过程：根据坩埚容量M确定精炼时间t1，t1=(0.03～0.04)M+12，其中，t1的单位为min、M单位为kg；所述合金化过程：合金化时间t2根据坩埚容量M确定，t2=(0.02～0.025)M+3，其中，t2的单位为min、M单位为kg。本方法不同坩埚容量根据经验公式可计算精炼时间、合金化时间，充分将此合金内气体控制在较低水平且充分保证成分的均匀性；出钢过程采用低过热度浇注，尤其是使用规定结构锭模，充分保证铸锭成分的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种真空感应炉冶炼技术，尤其是一种真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金的方法。
背景技术
铁铬铝合金是广泛应用的电热合金材料，具有优良的高温抗氧化性能，合金的强度高、塑性低，是一种冷热加工比较困难的材料，但是随着合金碳、氮含量的降低和微量元素的加入，此种合金高温脆化倾向会明显减弱。
高纯铁铬铝冶炼过程中，在保证成分均匀性控制的基础上，还要完成对合金中碳、氮含量的控制，要求[C]+[N]≤0.0150%，且同时要求[O]≤0.0020%，[P]、[S]含量均小于0.0050%，以确保合金的冷轧塑性。这就对真空感应炉冶炼过程提出了非常高的要求，如何有效控制[C]、[N]、[O]、[P]、[S]等含量，提升成分的均匀性是亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能有效地降低合金内碳氮水平的真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：包括装炉、真空加热、精炼脱气、合金化、浇注出钢过程；
所述装炉过程：在坩埚底部铺撒铁红，铁红加入量根据原料中C的代入量按O/C比为1.0～1.5计算；
所述精炼脱气过程：根据坩埚容量M确定精炼时间t1，t1=(0.03～0.04)M+12，其中，t1的单位为min、M单位为kg；
所述合金化过程：合金化时间t2根据坩埚容量M确定，t2=(0.02～0.025)M+3，其中，t2的单位为min、M单位为kg；
所述浇注出钢过程：出钢温度在钢种液相线上40～60℃。
进一步的，所述精炼脱气过程，钢液完全熔化后，保持钢液温度在液相线以上100～120℃。
进一步的，所述浇注出钢过程，出钢温度在钢种液相线上40～60℃。更进一步的，浇注锭模选用圆柱型铸铁锭模，且高/直径≥2.5、壁厚/直径≥0.3。
进一步的，其适用于容量≤500kg真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金，且原料熔化后，坩埚内钢液面高度与坩埚内径比满足0.6≤h钢液/d坩埚≤0.9。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过碳氧沸腾进行脱碳和脱氮；本发明采用采用富氧冶炼，冶炼前坩埚底部铺设铁红，充分发挥真空冶炼碳氧反应，最大限度的降低合金内碳氮水平；本发明不同坩埚容量根据经验公式可计算精炼时间、合金化时间，充分将此合金内气体控制在较低水平且充分保证成分的均匀性；本发明出钢过程采用低过热度浇注，尤其是使用规定结构锭模，充分保证铸锭成分的均匀性。采用本发明所得铸锭中[C]≤15ppm、[N]≤30ppm、[O]≤10ppm。
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。
真空感应炉冶炼全流程都是在真空条件下进行，冶炼高纯铁铬铝材料，必须充分利用真空下碳氧反应；本真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金的方法采用下述工艺过程：
（1）配料：采用容量≤500kg真空感应炉，且原料熔化后，坩埚内钢液面高度与坩埚内径比满足0.6≤h钢液/d坩埚≤0.9。以工业纯料为主原料，选用纯铁、工业硅、金属铬、电解锰、铝、海绵钛等洁净度高的合金料，考虑金属料中的所有元素，精确计算配料。
（2）装炉：根据原料中C的代入量计算铁红（Fe2O3）加入量，计算公式为O/C比（质量）=1.0～1.5；装炉时在坩埚底部铺撒铁红，然后将纯铁、金属铬等不易氧化挥发合金装入真空感应炉的坩埚内，工业硅、铝、海绵钛等易氧化挥发合金料装入分料仓内。
（3）真空加热：抽真空至腔室内真空度≤5Pa，送电加热，保证脱碳的同时避免钢液翻腾发生“架桥”，直至坩埚内钢铁料熔清。
（4）精炼脱气：钢液完全熔化后，控制真空度≤5Pa，保持钢液温度在液相线以上100～120℃，根据坩埚容量M确定精炼时间t1，t1=(0.03～0.04)M+12，其中，t1为精炼脱气过程的精炼时间、单位为min，M为坩埚容量、单位为kg。
（5）合金化：充入氩气、停电降温，待钢液结膜后向钢液内加入工业硅、铝粒、电解锰、海绵钛等易挥发合金，提升钢液温度至精炼温度，合金化时间t2根据坩埚容量M确定，t2=(0.02～0.025)M+3，其中，t2为合金化的合金化时间、单位为min，M为坩埚容量、单位为kg；然后进行测温取样，根据检测结果计算合金补加量并进行补加。
（6）浇注出钢：钢液成分检测合格后，控制出钢温度在钢种液相线上40～60℃，根据稀土含量要求，出钢前2～5分钟加入稀土，带电匀速出钢。为保证凝固效果，减少偏析，浇注锭模选用圆柱型铸铁锭模，且高/直径≥2.5、壁厚/直径≥0.3。
实施例1-3：本真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金的方法具体如下所述。
设备采用50kg真空感应炉，冶炼重量50kg。
（1）配料：以工业纯料为主原料，选用纯铁、金属铬、铝、海绵钛等洁净度高的合金料，考虑金属料中的所有元素，精确计算配料；
（2）装炉：计算原料中C的代入量为0.0052%，铁红（Fe2O3）加入量根据O/C比1.0～1.5计算，装炉时在坩埚底部铺撒铁红，然后将纯铁、金属铬装入真空感应炉的坩埚内，铝、海绵钛装入分料仓内；
（3）真空加热：抽真空至腔室内真空度≤5Pa，送电加热，直至坩埚内钢铁料熔清；
（4）精炼脱气：钢液完全熔化后，保持钢液温度在液相线以上100～120℃，精炼时间为13.5～14min；
（5）合金化及测温取样：充入氩气，停电降温，待钢液结膜后向钢液内加入铝粒、海绵钛，提升钢液温度至精炼温度，合金化时间为4～4.25min，然后进行测温取样，根据检测结果计算合金补加量并进行补加；
（6）浇注出钢：钢液成分检测合格后，控制出钢温度在钢种液相线上40～60℃，根据稀土含量要求，出钢前2～5分钟，加入稀土，带电匀速出钢；浇注锭模选用圆柱型铸铁锭模，且高/直径≥2.5、壁厚/直径≥0.3。实施例1-3具体的过程控制参数见表1，所得铸锭成分检验结果见表2。
表1：实施例1-3过程控制参数
表1中，TL为液相线温度；加稀土时间为出钢前加入稀土的时间。
表2：实施例1-3铸锭成分检验结果（wt%）
实施例4-6：本真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金的方法具体如下所述。
设备采用500kg真空感应炉，冶炼重量500kg。
（1）配料：以工业纯料为主原料，选用纯铁、金属铬、铝、海绵钛等洁净度高的合金料，考虑金属料中的所有元素，精确计算配料；
（2）装炉：计算原料中C的代入量为0.0052%，铁红（Fe2O3）加入量根据O/C比1.0～1.5计算，装炉时在坩埚底部铺撒铁红，然后将纯铁、金属铬装入真空感应炉的坩埚内，铝、海绵钛、工业硅、铝锆合金装入分料仓内；
（3）真空加热：抽真空至腔室内真空度≤5Pa，送电加热，直至坩埚内钢铁料熔清；
（4）精炼脱气：钢液完全熔化后，保持钢液温度在液相线以上100～120℃，精炼时间为27～32min；
（5）合金化及测温取样：充入氩气，停电降温，待钢液结膜后向钢液内加入铝粒、海绵钛、工业硅、铝锆合金，提升钢液温度至精炼温度，合金化时间为13～15.5min，然后进行测温取样，根据检测结果计算合金补加量并进行补加；
（6）浇注出钢：钢液成分检测合格后，控制出钢温度在钢种液相线上40～60℃，根据稀土含量要求，出钢前2～5分钟，加入稀土，带电匀速出钢；浇注锭模选用圆柱型铸铁锭模，且高/直径≥2.5，壁厚/直径≥0.3。实施例4-6具体的过程控制参数见表3，所得铸锭成分检验结果见表4。
表3：实施例4-6过程控制参数
表3中，TL为液相线温度；加稀土时间为出钢前加入稀土的时间。
表4：实施例4-6铸锭成分检验结果（wt%）
实施例7-9：本真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金的方法具体如下所述。
设备采用200kg真空感应炉，冶炼重量200kg。
（1）配料：以工业纯料为主原料，选用纯铁、金属铬、铝、海绵钛等洁净度高的合金料，考虑金属料中的所有元素，精确计算配料；
（2）装炉：计算原料中C的代入量为0.0052%，铁红（Fe2O3）加入量根据O/C比1.0～1.5计算，装炉时在坩埚底部铺撒铁红，然后将纯铁、金属铬装入真空感应炉的坩埚内，铝、海绵钛、工业硅、铝锆合金装入分料仓内；
（3）真空加热：抽真空至腔室内真空度≤5Pa，送电加热，直至坩埚内钢铁料熔清；
（4）精炼脱气：钢液完全熔化后，保持钢液温度在液相线以上100～120℃，精炼时间为18～20min；
（5）合金化及测温取样：充入氩气，停电降温，待钢液结膜后向钢液内加入铝粒、海绵钛、工业硅、铝锆合金，提升钢液温度至精炼温度，合金化时间为7～8min，然后进行测温取样，根据检测结果计算合金补加量并进行补加；
（6）浇注出钢：钢液成分检测合格后，控制出钢温度在钢种液相线上40～60℃，根据稀土含量要求，出钢前2～5分钟，加入稀土，带电匀速出钢；浇注锭模选用圆柱型铸铁锭模，且高/直径≥2.5、壁厚/直径≥0.3。实施例7-9具体的过程控制参数见表5，所得铸锭成分检验结果见表6。
表5：实施例7-9过程控制参数
表5中，TL为液相线温度；加稀土时间为出钢前加入稀土的时间。
表6：实施例7-9铸锭成分检验结果（wt%）
Claims (5)
1.一种真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金的方法，其特征在于：包括装炉、真空加热、精炼脱气、合金化、浇注出钢过程；
所述装炉过程：在坩埚底部铺撒铁红，铁红加入量根据原料中C的代入量按O/C比为1.0～1.5计算；
所述精炼脱气过程：根据坩埚容量M确定精炼时间t1，t1=(0.03～0.04)M+12，其中，t1的单位为min、M单位为kg；
所述合金化过程：合金化时间t2根据坩埚容量M确定，t2=(0.02～0.025)M+3，其中，t2的单位为min、M单位为kg。
2.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金的方法，其特征在于：所述精炼脱气过程，钢液完全熔化后，保持钢液温度在液相线以上100～120℃。
3.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金的方法，其特征在于：所述浇注出钢过程，出钢温度在钢种液相线上40～60℃。
4.根据权利要求3所述的一种真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金的方法，其特征在于：所述浇注出钢过程，浇注锭模选用圆柱型铸铁锭模，且高/直径≥2.5、壁厚/直径≥0.3。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金的方法，其特征在于：其适用于容量≤500kg真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金，且原料熔化后，坩埚内钢液面高度与坩埚内径比满足0.6≤h钢液/d坩埚≤0.9。
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2022
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