CN103045875A

CN103045875A - 一种工业化生产1吨i-690合金电渣重熔锭的工艺方法

Info

Publication number: CN103045875A
Application number: CN2012105743209A
Authority: CN
Inventors: 马颖澈; 查向东; 高明; 张龙; 刘奎; 张顺南; 李依依
Original assignee: Institute of Metal Research of CAS
Current assignee: Institute of Metal Research of CAS
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: CN103045875B

Abstract

本发明属于电渣重熔技术领域，涉及对工业化生产Inconel690合金电渣重熔工艺的改进，具体提供一种工业化生产1吨I-690合金电渣重熔锭的工艺方法。真空感应炉熔炼Φ240mm电极棒，结晶器尺寸为Φ340/380×1500mm，重熔工艺参数：重熔电压47-55V，电流7500-8500A，渣量38-45kg，按I-690合金成分要求，重熔采用一种新配比的五元渣系，组元为氟化钙、氧化钙、氧化铝、氧化镁和二氧化钛，各组元纯度要求＞98.5%，不稳定氧化物杂质氧化锰、氧化亚铁、二氧化硅总含量小于0.5%，粒度小于50目。重熔前，电极经700℃烘烤8-12h，渣料经680℃烘烤8-12h后使用，重熔过程采用氩气和燃烧煤气保护。本工艺可使重熔后的I-690合金氧含量降到20ppm以下，硫含量降到5ppm以下，有效去除氧化物夹杂，获得高质量的重熔合金。

Description

一种工业化生产1吨I-690合金电渣重熔锭的工艺方法

技术领域

本发明涉及电渣重熔领域，具体为一种工业化生产1吨I-690合金电渣

重熔锭的工艺方法。

背景技术

Inconel690(以下简称I-690)合金是美国牌号，其主要成分范围如下：

表1Inconel690合金主要成分范围

I-690合金是核电蒸汽发生器上用的镍基高温合金，它要求具有优异的抗应力腐蚀开裂能力，良好的冶金稳定性和优良的加工性能等特点。而合金中存在的O、S等杂质元素，是影响其性能的致命元素，S极大的降低了合金的加工性能，O是合金中夹杂物的主要形成元素，应尽量降低合金中O、S的含量从而减少合金中夹杂物的含量，提高合金的性能。I-690合金的电渣重熔，过去常采用CaF₂:Al₂O₃:CaO:MgO=71:15:9:5(质量比)四元渣系，重熔采用单一的氩气保护方式，效果不是很理想，很难将重熔后的合金氧含量降到20ppm以下，不能满足实际使用的需求，因此，制定一种适合重熔I-690合金的工艺，能降低合金中O、S含量的电渣重熔工艺显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的是针对I-690合金的成分特点，在重熔时选择了一种熔点低、碱度高、新配比的五元渣系，重熔过程中，在结晶器底部，即紫铜板上方放有纯铁引锭板，再在纯铁引锭板上方放上与重熔电极同材料的启动板，通过向结晶器内通入氩气、上方出口处燃烧燃气的双重保护措施，对重熔气氛进行控制，事实证明，采用该方法可生产出O含量小于20ppm、S含量小于5ppm的高质量I-690合金重熔锭，提高了合金的高温塑性，改善合金的热加工性能。

本发明具体提供了一种工业化生产1吨I-690合金电渣重熔锭的工艺方法，采用真空感应炉进行电渣重熔，其特征在于：

所用渣料为五元渣系，组元为氟化钙、氧化钙、氧化铝、氧化镁和二氧化钛，渣料配比为质量百分比：氟化钙50-55%、氧化钙18-22%、氧化铝18-22%、二氧化钛1-3%、氧化镁余量；

在重熔过程中，在结晶器底部，即紫铜板上方放上引锭板，再在引锭板上方放上与重熔电极同材料的启动板，通过向结晶器内通入氩气、结晶器上方出口处燃烧燃气的双重保护措施，对重熔气氛进行控制，其中所述引锭板为纯铁制成，启动板为I-690电极切片，直径与电极直径相同。

本发明提供的工业化生产1吨I-690合金电渣重熔锭的工艺方法，其特征在于：所述引锭板直径比结晶器下端内孔直径小10-15mm，厚度为10-12mm；启动板的厚度为20-30mm。

本发明提供的工业化生产1吨I-690合金电渣重熔锭的工艺方法，其特征在于：所述五元渣系各组元纯度>98.5%，杂质MnO、FeO以及SiO₂的总含量小于0.5%，粒度小于50目。

本发明提供的工业化生产1吨I-690合金电渣重熔锭的工艺方法，其特征在于，具体工艺步骤如下：

1)重熔前，将结晶器底部端面和结晶器内部清扫干净，电极棒尺寸为Φ240mm，结晶器规格Φ340/380×1500mm，电极棒经700℃烘烤8-12h后使用；

2)将底水箱上面的紫铜板表面打磨干净，去除上表面粘附物；

3)将引锭板放在底水箱上面的紫铜板中心，取启动板放在引锭板的中心，并将固体导电渣放在启动板上，吊装结晶器，调整位置使引锭板位于结晶器的中心位置，将重熔电极棒固定在电渣炉的电极夹持器上，降电极使其下端压触导电渣，安装氩气密封罩；

4)通氩气：向结晶器内部通入氩气，先向结晶器底部通入氩气，15min~20min后停止，将氩气管抽出，继续从结晶器上部通入氩气直至重熔结束；

5)加渣料：渣料经680℃烘烤8-12h后使用，将混合均匀的渣料一次性加入结晶器内，渣料加完后，点燃煤气火焰圈；

6)化渣期：化渣期时间为60-70min；

7)熔化期：熔化期电压、电流大小应保证重熔过程和重熔速率的稳定，该时期电压为47-55V，电流7500A-8500A，重熔速率4.5-5.5kg/min；

8)补缩期：补缩在重熔结束前25~30min进行，减小功率，减慢电极下降速度，减小电流，结束重熔时，停止下降电极，令其末端自行熔化，直到电极露出渣面并发生电弧时停电；

9)重熔结束，关氩气阀门、熄灭火焰圈，1h后从结晶器中取出电渣锭。

本发明提供的工业化生产1吨I-690合金电渣重熔锭的工艺方法，其特征在于：结晶器底部氩气流速为80-120L/min，上部氩气流速为40-50L/min。

本发明具有如下优点：

1、结晶器底部，使用了纯铁引锭板和启动板对底水箱上面的紫铜板加以保护，既保证引弧期间紫铜板表面不被损坏，又能阻止铜作为杂质元素进入到重熔锭中。

2、利用氩气比重大于空气比重的特点，向结晶器底部通入氩气，可将其内部的空气(特别是氧气)排出，降低了渣池上方的氧分压，同时在结晶器出口处用燃烧煤气保护，可进一步切断氧的来源，保证了重熔气氛的“纯净”。

3、重熔所用的渣料为高碱度的五元渣系，熔化温度较低(1260-1280℃)，比I-690合金熔点低130℃左右，这有利于渣池的建立和电渣过程的稳定；高纯度的(＞98.5%)渣系组元及总含量＜0.5%不稳定氧化物杂质，降低了氧通过渣池向金属熔池传递的几率。

4、总的化渣时间为60-70min，比传统的时间延长了近20min，保证了渣料的熔化完全，同时，采用相对低的重熔电压（47-55V）和7500A-8500A的电流，使重熔过程很稳定。

具体实施方式

实施例1

一种工业化生产1吨I-690合金电渣重熔锭的工艺方法，重熔电极为真空感应炉冶炼，具体操作步骤如下：

1)重熔前，将结晶器底部端面和结晶器内部清扫干净，电极棒尺寸为Φ240mm，其表面不得有严重的裂纹、重皮、飞翅、结疤和夹渣等缺陷，无氧化皮或铁锈，表面所粘附的油脂、耐火材料碎块等已清除干净；结晶器规格Φ340/380×1500mm，电极棒经700℃烘烤10h后使用；

2)先用抛光砂轮将底水箱上面紫铜板的表面打磨干净，去除上面的粘附物；

3)将引锭板放在底水箱上面的紫铜板中心，取启动板放在引锭板的中心，并将固体导电渣放在启动板上，吊装结晶器，调整位置使引锭板位于结晶器的中心位置，从马弗炉中取出自耗电极，将其固定在电渣炉的电极夹持器上，降电极使其下端压触导电渣，安装氩气密封罩；

其中，采用的引锭板为纯铁制成，直径比结晶器下端内孔直径小10mm，厚度为10mm；启动板为I-690电极切片，直径与电极直径相同，厚度25mm；引锭板与启动板表面要干燥、平整、光洁、无氧化皮，便于二者紧密接触，导电良好；

4)通氩气：将氩气管深入结晶器底部开始通入氩气，通入氩气流速为100L/min，15min后停止向底部通入，将伸向底部的氩气管抽出，放在结晶器上口处，继续通入氩气，此时的通入氩气流速调整为50L/min，直至重熔结束；

5)加渣料：采用的渣料配比为(质量百分数)：氟化钙50%、氧化钙22%、氧化铝19%、氧化钛2%、余料为MgO。渣系各组元纯度＞98.5%，不稳定氧化物杂质氧化锰(MnO)、氧化亚铁(FeO)、二氧化硅(SiO₂)总含量小于0.5%，粒度小于50目。渣料经680℃烘烤10h后使用，将混合均匀的渣料一次性加入结晶器内，渣料加完后，点燃煤气火焰圈；

6)化渣期：化渣期时间为65min；

7)熔化期：熔化期电压50V，电流8000A；重熔速率控制在4.8kg/min；

8)补缩期：补缩在重熔结束前30min进行，逐渐减小功率，减慢电极下降速度，减小电流，结束重熔时，停止下降电极，令其末端自行熔化，直到电极露出渣面并发生电弧时停电；

9)重熔结束，关氩气阀门、煤气，熄灭火焰圈，1h后从结晶器中取出电渣锭。重熔后I-690合金化学成分分析数据见表2。

实施例2

与实施例1的不同之处在于：

1)采用的渣料配比为(质量百分数)：氟化钙52%、氧化钙22%、氧化铝20%、二氧化钛3%、余料为MgO。渣系各组元纯度＞98.5%，不稳定氧化物杂质氧化锰(MnO)、氧化亚铁(FeO)、二氧化硅(SiO₂)总含量小于0.5%，粒度小于50目。渣料经680℃烘烤10h后使用，将混合均匀的渣料一次性加入结晶器内，渣料加完后，点燃煤气火焰圈；

2)采用的引锭板为纯铁制成，直径比结晶器下端内孔直径小15mm，厚度为12mm；启动板为I-690电极切片，直径与电极直径相同，厚度30mm；

3)结晶器底部氩气流速为80L/min，上部氩气流速为40/min。

重熔后I-690合金化学成分分析数据见表2。

实施例3

与实施例1的不同之处在于：

1)采用的渣料配比为(质量百分数)：氟化钙55%、氧化钙18%、氧化铝20%、二氧化钛3%、余料为MgO。渣系各组元纯度＞98.5%，不稳定氧化物杂质氧化锰(MnO)、氧化亚铁(FeO)、二氧化硅(SiO₂)总含量小于0.5%，粒度小于50目。渣料经680℃烘烤10h后使用，将混合均匀的渣料一次性加入结晶器内，渣料加完后，点燃煤气火焰圈；

2)启动板为I-690电极切片，直径与电极直径相同，厚度30mm；

3)结晶器底部氩气流速为90L/min，上部氩气流速为50L/min。

重熔后I-690合金化学成分分析数据见表2。

对比例1

与实施例1的不同之处在于：所采用的重熔渣系配比（质量比）为CaF₂:Al₂O₃:CaO:MgO=71:15:9:5。重熔后I-690合金化学成分分析数据见表2。

对比例2

与对比例1的不同之处在于：未采用保护气氛。重熔后I-690合金化学成分分析数据见表3。

表2保护气氛下，不同渣系重熔的I-690合金的个别微量元素成分(wt%)

元素	O	S	N	Al	Ti
						重熔电极	0.0006	0.0005	0.0051	0.21	0.20
对比例1	0.0033	0.0005	0.0057	0.16	0.25
						实施例1	0.0014	<0.0005	0.0058	0.20	0.15
实施例2	0.0015	0.0005	0.0050	0.19	0.15
						实施例3	0.0014	<0.0005	0.0057	0.21	0.16

表3有-无保护气氛下重熔的Inconel690合金个别微量元素成分(wt%)

由表2数据可知，采用保护气氛后，使用本发明所述渣系重熔的I-690合金O含量比使用传统渣系重熔的合金低20ppm左右。由表3数据可知，重熔渣系相同，采用保护气氛重熔后的I-690合金O含量比未采用保护气氛重熔后的合金氧含量低10ppm左右。可见，在保护气氛下，使用了新的重熔渣系后可有效降低合金的增氧，大大提高了合金的纯净度。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种工业化生产1吨I-690合金电渣重熔锭的工艺方法，采用真空感应炉进行电渣重熔，其特征在于：

2.按照权利要求1所述工业化生产1吨I-690合金电渣重熔锭的工艺方法，其特征在于：所述引锭板直径比结晶器下端内孔直径小10-15mm，厚度为10-12mm；启动板的厚度为20-30mm。

3.按照权利要求1所述工业化生产1吨I-690合金电渣重熔锭的工艺方法，其特征在于：所述五元渣系各组元纯度>98.5%，杂质MnO、FeO以及SiO₂的总含量小于0.5%，粒度小于50目。

4.按照权利要求1~3所述工业化生产1吨I-690合金电渣重熔锭的工艺方法，其特征在于，具体工艺步骤如下：

6)化渣期：化渣期时间为60-70min；

7)熔化期：熔化期电压为47-55V，电流7500A-8500A，重熔速率4.5-5.5kg/min；

5.按照权利要求4所述工业化生产1吨I-690合金电渣重熔锭的工艺方法，其特征在于：结晶器底部氩气流速为80-120L/min，上部氩气流速为40-50L/min。