CN113652564A - 一种利用返回料冶炼高温合金的方法 - Google Patents

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CN113652564A CN202111212445.2A CN202111212445A CN113652564A CN 113652564 A CN113652564 A CN 113652564A CN 202111212445 A CN202111212445 A CN 202111212445A CN 113652564 A CN113652564 A CN 113652564A
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Abstract

本发明涉及一种利用返回料冶炼高温合金的方法。该方法包括：准备高温合金的制备原料；制备原料包括与电极固定的高温合金锭、返回料供给器中的返回料和结晶器内的合金渣料；根据结晶器的直径，确定电源的化渣电压和化渣电流，以将结晶器内的合金渣料熔化；根据电源的化渣电压和化渣电流，确定电源的熔炼电压和熔炼电流，以将返回料和高温合金锭熔化；根据结晶器的直径，确定返回料供给器供给返回料的流量；在高温合金锭的剩余质量达到预设质量时，停止返回料供给器的供给，关闭电源的熔炼电压和熔炼电流。本发明能够减少返回料的处理工序，实现了高温合金返回料的高纯净回收，且制备出的高温合金的杂质元素含量和夹杂物含量较低。

Description

一种利用返回料冶炼高温合金的方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种利用返回料冶炼高温合金的方法。
背景技术
高温合金具有优异的抗氧化、低周疲劳、抗蠕变性能，在燃气轮机、火箭发动机、核反应堆等领域应用广泛，是研制和生产新型航空发动机的关键材料。在高温合金生产、加工和使用过程中不可避免的产生料头、冒口、切屑、报废零件等废料，称为高温合金返回料。高温合金中含有各种贵重金属资源，提高高温合金返回料的再利用水平能直接提升重要金属资源的利用效率，实现资源和能源的双赢，具有重要的战略意义。
高温合金返回料的特点为杂质元素（O、N、S）、夹杂物（碳化物、氧化物）含量较高，处理难度较大，但元素组成和合金的成分基本符合。目前，高温合金返回料的处理方法往往通过复杂的返回料纯净化处理，然后配合新料混合使用。例如，公开号为CN110373536A的专利介绍了一种通过压块处理屑状返回料的方法，但工序复杂，在真空感应熔炼中与新料混合使用中无法有效去除返回料中的夹杂物和杂质元素，降低合金品级。
因此，目前亟待需要一种利用返回料冶炼高温合金的方法来解决上述问题。
发明内容
本发明提供了一种利用返回料冶炼高温合金的方法，以减少返回料的处理工序，实现了高温合金返回料的高纯净回收，且制备出的高温合金的杂质元素含量和夹杂物含量较低。
本发明实施例提供了一种利用返回料冶炼高温合金的方法，应用于冶炼高温合金装置，所述装置包括：结晶器、冷却组件、返回料供给器、电极、高温合金锭和电源；所述结晶器具有开口和与开口连通的腔体；所述冷却组件设置于所述结晶器的外周和底部，用于对所述结晶器进行降温；所述返回料供给器设置于所述结晶器的开口，用于向所述腔体加入返回料；所述高温合金锭固定于所述电极上，所述电极与所述电源电连接，所述电极用于向所述高温合金锭通入电流；
所述方法，包括：
准备高温合金的制备原料；其中，所述制备原料包括与所述电极固定的高温合金锭、所述返回料供给器中的返回料和所述结晶器内的合金渣料；
根据所述结晶器的直径，确定所述电源的化渣电压和化渣电流，以将所述结晶器内的合金渣料熔化；
根据所述电源的化渣电压和化渣电流，确定所述电源的熔炼电压和熔炼电流，以将所述返回料和所述高温合金锭熔化；
根据所述结晶器的直径，确定所述返回料供给器供给返回料的流量；
在所述高温合金锭的剩余质量达到预设质量时，停止所述返回料供给器的供给，关闭所述电源的熔炼电压和熔炼电流。
在一种可能的设计中，所述准备高温合金的制备原料，包括：
根据所述结晶器的直径，确定所述高温合金锭的直径；
将经预处理的返回料加入所述返回料供给器中；
根据所述高温合金锭的质量，确定所述合金渣料的质量。
在一种可能的设计中，所述根据所述结晶器的直径，确定所述高温合金锭的直径，包括：
根据如下公式，确定所述高温合金锭的直径：
Figure 501888DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 950187DEST_PATH_IMAGE002
为所述高温合金锭的直径，mm；k为填充比，取0.5~0.55；
Figure 729924DEST_PATH_IMAGE003
为所述结晶器的直径，mm。
在一种可能的设计中，所述返回料的预处理，包括：
将初始返回料在酒精浴下，用超声波洗涤20~30分钟，取出在600~800℃烘烤1~2小时。
在一种可能的设计中，所述根据所述高温合金锭的质量，确定所述合金渣料的质量，包括：
根据如下公式，确定所述合金渣料的质量：
Figure 390713DEST_PATH_IMAGE004
式中，
Figure 205085DEST_PATH_IMAGE005
为所述合金渣料的质量，kg；
Figure 558706DEST_PATH_IMAGE006
为渣量选择系数，取0.048~0.052；
Figure 825739DEST_PATH_IMAGE007
为所述高温合金锭的质量，kg。
在一种可能的设计中，所述合金渣料的成分包括CaF2、CaO、Al2O3、TiO2和Na2O，其中，CaF2的质量百分比为55~65%，CaO的质量百分比为15~25%，Al2O3的质量百分比为15~20%，TiO2的质量百分比为1~3%，Na2O的质量百分比为3~6%。
在一种可能的设计中，所述根据所述结晶器的直径，确定所述电源的化渣电压和化渣电流，包括：
根据如下公式，确定所述电源的化渣电压：
Figure 601803DEST_PATH_IMAGE008
式中，
Figure 270682DEST_PATH_IMAGE009
为所述电源的化渣电压，V；
Figure 795204DEST_PATH_IMAGE010
为化渣电压比例系数，取0.042~0.043；
Figure 549534DEST_PATH_IMAGE003
为所述结晶器的直径，mm；
Figure 552125DEST_PATH_IMAGE011
为基础电压，取30~35，V；
根据如下公式，确定所述电源的化渣电流：
Figure 75510DEST_PATH_IMAGE012
式中，
Figure 583983DEST_PATH_IMAGE013
为所述电源的化渣电流，kA；
Figure 825608DEST_PATH_IMAGE014
为化渣电流比例系数，取2.35~3.42；
Figure 631890DEST_PATH_IMAGE003
为所述结晶器的直径，mm；。
在一种可能的设计中，所述根据所述电源的化渣电压和化渣电流，确定所述电源的熔炼电压和熔炼电流，包括：
根据如下公式，确定所述电源的熔炼电压：
Figure 275361DEST_PATH_IMAGE015
式中，
Figure 876107DEST_PATH_IMAGE016
为所述电源的熔炼电压，V；
Figure 605028DEST_PATH_IMAGE017
为熔炼电压比例系数，取0.83~0.86；
Figure 467199DEST_PATH_IMAGE009
为所述电源的化渣电压，V；
根据如下公式，确定所述电源的熔炼电流：
Figure 965176DEST_PATH_IMAGE018
式中，
Figure 64719DEST_PATH_IMAGE019
为所述电源的熔炼电流，kA；
Figure 546516DEST_PATH_IMAGE020
为熔炼电流比例系数，取0.89~0.92；
Figure 429021DEST_PATH_IMAGE013
为所述电源的化渣电流，kA。
在一种可能的设计中，所述根据所述结晶器的直径，确定所述返回料供给器供给返回料的流量，包括：
根据如下公式，确定所述返回料供给器供给返回料的流量：
Figure 797817DEST_PATH_IMAGE021
式中，
Figure 68261DEST_PATH_IMAGE022
为返回料的供给流量，kg/h；t为加料比例系数，取0.29-0.32；
Figure 37354DEST_PATH_IMAGE003
为所述结晶器的直径，mm。
在一种可能的设计中，在所述准备高温合金的制备原料之后和在所述确定所述电源的化渣电压和化渣电流之前，还包括：
依次进行装炉、对中、封炉和充氩。
由上述方案可知，通过利用合金渣料的高温和高流动性，当返回料加入温度较高的熔池（即由合金渣料形成的熔池）时，可以使返回料充分熔化，这样返回料中的杂质元素和夹杂物经与合金渣料中的物质反应后上浮，在冷却结晶器中的合金后，上浮物和高纯净度合金可以实现分层，从而将上浮物冷却后的合金去除后，得到高纯净度高温合金。因此，上述技术方案可以减少返回料的处理工序，实现了高温合金返回料的高纯净回收，且制备出的高温合金的杂质元素含量和夹杂物含量较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以基于这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一个实施例提供的利用返回料冶炼高温合金的方法的流程示意图；
图2为本发明一个实施例提供的冶炼高温合金的装置的结构示意图；
图3为本发明一个实施例提供的氧化物夹杂物的形貌示意图。
附图标记：
1-结晶器；2-冷却组件；3-返回料供给器；4-电极；5-高温合金锭；6-电源；7-阀门；8-上浮物；9-高温合金。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，本发明实施例提供了一种冶炼高温合金装置，该装置包括：结晶器1、冷却组件2、返回料供给器3、电极4、高温合金锭5和电源6；结晶器1具有开口和与开口连通的腔体；冷却组件2设置于结晶器1的外周和底部，用于对结晶器1进行降温；返回料供给器4设置于结晶器1的开口，返回料供给器4的底部设置有阀门7，通过控制阀门7使返回料供给器4向腔体加入返回料；高温合金锭5固定于电极4上，电极4与电源电连接，电极4用于向高温合金锭5通入电流。在接通电源6后，电极4、高温合金锭5、结晶器1内熔融的合金形成电流通路，从而产生大量的焦耳热来熔化合金渣料、高温合金锭5和返回料。
如图1所示，本发明实施例提供了一种利用返回料冶炼高温合金方法，该方法包括：
步骤100、准备高温合金的制备原料。
在本步骤中，制备原料包括与电极固定的高温合金锭5、返回料供给器3中的返回料和结晶器1内的合金渣料。
在一些实施方式中，步骤100具体包括：
步骤A1、根据结晶器的直径，确定高温合金锭5的直径。
在一些实施方式中，步骤A1具体包括：
根据如下公式，确定高温合金锭5的直径：
Figure 457971DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 445388DEST_PATH_IMAGE002
为高温合金锭5的直径，mm；k为填充比，取0.5~0.55；
Figure 558837DEST_PATH_IMAGE003
为结晶器1的直径，mm。
在本实施例中，选择0.5~0.55的填充比，可以使得电极4与结晶器1之间有足够的空间，保证返回料顺利加入。在该填充比下的高温合金锭5的直径相对较小，这样高温合金锭5的端部产生的热量更集中，又由于高温合金锭5设置在结晶器1的中心处上方，因此可以使得在结晶器1内形成的熔池的深度增加，以利于夹杂物上浮。
步骤A2、将经预处理的返回料加入返回料供给器中。
在一些实施方式中，返回料的预处理，包括：
将初始返回料在酒精浴下，用超声波洗涤20~30分钟，取出在600~800℃烘烤1~2小时。
在本实施例中，经过对返回料进行上述步骤的预处理后，可以保证返回料的表面油污和水分去除干净，从而可以防止返回料在冶炼过程发生***。
为了保证加入结晶器1内的返回料的温度较高，可以对储存在返回料供给器3中的返回料进行保温，例如保持在500℃±50℃下的温度。
步骤A3、根据高温合金锭5的质量，确定合金渣料的质量。
在一些实施方式中，步骤A3具体包括：
根据如下公式，确定合金渣料的质量：
Figure 15226DEST_PATH_IMAGE004
式中，
Figure 239534DEST_PATH_IMAGE005
为合金渣料的质量，kg；
Figure 628927DEST_PATH_IMAGE006
为渣量选择系数，取0.048~0.052；
Figure 913278DEST_PATH_IMAGE007
为高温合金锭的质量，kg。
在本实施例中，合金渣料的质量是上述熔炼高温合金的方法中关键工艺参数，较高的合金渣料的质量会使熔池变浅，如此会导致夹杂物没有足够的时间上浮；较低的合金渣料的质量导致熔池的热量不足，如此会进一步导致返回料不能有效熔化。
在一些实施方式中，合金渣料的成分包括CaF2、CaO、Al2O3、TiO2和Na2O，其中，CaF2的质量百分比为55~65%，CaO的质量百分比为15~25%，Al2O3的质量百分比为15~20%，TiO2的质量百分比为1~3%，Na2O的质量百分比为3~6%。
在本实施例中，通过在高CaF2合金渣料中加入Na2O，可以有效降低合金渣料粘度，使得冶炼过程中合金渣料流动充分，如此可使返回料与合金渣料充分接触，以加快熔化。
在一些实施方式中，可以对合金渣料进行预处理，例如将合金渣料在真空中850℃±50℃下烘烤5~6小时，以减少渣中溶氧、空气和水分，减少易氧活泼烧损，可以保证快速化渣，有效脱硫，抑制铝钛烧损。
在一些实施方式中，如果还未完成图2所示装置的组装，则需要依次进行装炉、对中、封炉和充氩的操作，例如氩气流量可以控制在60-100L/min，初始合金渣料的粒度≤6mm。
步骤102、根据结晶器的直径，确定电源的化渣电压和化渣电流，以将结晶器内的合金渣料熔化。
在一些实施方式中，步骤102具体包括：
根据如下公式，确定电源的化渣电压：
Figure 607696DEST_PATH_IMAGE008
式中，
Figure 635695DEST_PATH_IMAGE009
为电源的化渣电压，V；
Figure 82857DEST_PATH_IMAGE010
为化渣电压比例系数，取0.042~0.043；
Figure 272529DEST_PATH_IMAGE003
为所述结晶器的直径，mm；
Figure 703511DEST_PATH_IMAGE011
为基础电压，取30~35，V；
根据如下公式，确定电源的化渣电流：
Figure 269621DEST_PATH_IMAGE012
式中，
Figure 571290DEST_PATH_IMAGE013
为电源的化渣电流，A；
Figure 506098DEST_PATH_IMAGE014
为化渣电流比例系数，取2.35~3.42；
Figure 893217DEST_PATH_IMAGE003
为所述结晶器的直径，mm。
在本实施例中，选择较高的化渣电压和化渣电流，可以保证快速建立熔池，如此可使得化渣时间在2.5小时以内。而且，化渣电压和结晶器的直径呈正比，这是因为结晶器直径越大化渣所需要的热量越高，随着结晶器直径的增大缓慢增加化渣电压；化渣电流与结晶器的直径呈二次函数关系，这是因为电流在结晶器的渣中产生焦耳热，随着结晶器直径的增加所需的热量显著增加。
步骤104、根据电源的化渣电压和化渣电流，确定电源的熔炼电压和熔炼电流，以将返回料和高温合金锭熔化。
需要说明的是，返回料供给器3设置有多个，例如设置有四个，且每隔90°在结晶器1的上方设置一个，如此可以保证返回料加入的均匀性。此外，返回料加入的时机是在对合金渣料进行化渣完成后。
在一些实施方式中，步骤104具体包括：
根据如下公式，确定电源的熔炼电压：
Figure 528598DEST_PATH_IMAGE015
式中，
Figure 419193DEST_PATH_IMAGE016
为电源的熔炼电压，V；
Figure 747406DEST_PATH_IMAGE017
为熔炼电压比例系数，取0.83~0.86；
Figure 356242DEST_PATH_IMAGE009
为所述电源的化渣电压，V；
根据如下公式，确定电源的熔炼电流：
Figure 608363DEST_PATH_IMAGE018
式中，
Figure 619044DEST_PATH_IMAGE019
为电源的熔炼电流，A；
Figure 118159DEST_PATH_IMAGE020
为熔炼电流比例系数，取0.89~0.92；
Figure 214291DEST_PATH_IMAGE013
为所述电源的化渣电流，kA。
在本实施例中，稳定熔炼期，冷却组件中的冷却水流量620±50L/min。较大的熔炼电压、电流和熔速，可以使得熔池温度较高，搅拌剧烈，以保证返回料加入后与合金渣料充分接触，完全熔化。此外，形成较深的熔池，可以将熔体中的氧化物、碳化物和硫化物等夹杂物有效抛出合金并进入熔池。
步骤106、根据结晶器的直径，确定返回料供给器供给返回料的流量。
在一些实施方式中，步骤106具体包括：
根据如下公式，确定返回料供给器供给返回料的流量：
Figure 191474DEST_PATH_IMAGE021
式中，
Figure 56662DEST_PATH_IMAGE022
为返回料的供给流量，kg/h；t为加料比例系数，取0.29-0.32；
Figure 726678DEST_PATH_IMAGE003
为所述结晶器的直径，mm。
在本实施例中，保证返回料充分熔化的基础上，设置合适的加料比例系数，可以保证返回料在加料的过程中，不会造成因充满结晶器1和电极4的间隙而产生的打弧问题。即，如果返回料充满了结晶器1和电极4的间隙，这样电流就会通过返回料和结晶器后形成回路，而流经熔池的电流则相对较少。在此需要说明的是，合金渣料在熔化后，相当于大的电阻，从而可以产生大量的焦耳热，如此可以有利于熔化返回料。
步骤108、在高温合金锭的剩余质量达到预设质量时，停止返回料供给器的供给，关闭电源的熔炼电压和熔炼电流。
在一些实施方式中，预设质量可以是初始质量的20%，在此对预设质量。
需要说明的是，冷却组件2自始至终均处于开启状态，在熔炼前后的冷却水流量可以相同也可以不同。在一些实施方式中，熔炼后的冷却水流量要大于熔炼前的冷却水流量，如此可以加快熔池内的高温合金9的冷却。
综上，通过利用合金渣料的高温和高流动性，当返回料加入温度较高的熔池（即由合金渣料形成的熔池）时，可以使返回料充分熔化，这样返回料中的杂质元素和夹杂物经与合金渣料中的物质反应后上浮，在冷却结晶器中的合金后，上浮物8和高纯净度的高温合金9可以实现分层，从而将上浮物8冷却后的合金去除后，得到高纯净度高温合金。因此，上述技术方案可以减少返回料的处理工序，实现了高温合金返回料的高纯净回收，且制备出的高温合金的杂质元素含量和夹杂物含量较低。
同时，设计了包括高温合金锭的直径、合金渣料的质量和成分、化渣电压和化渣电流、以及熔炼电压和熔炼电流，使得返回料通过温度较高的熔池，且结晶器内的熔池深度大，返回料可以充分熔化，合金中的碳化物、氧化物等夹杂物可以上浮去除。
下面以四个实施例来说明上述技术方案。
实施例一
一个示例性的GH4169合金，按照质量百分比计，含有：0.06%C，52%Ni，19%Cr，3.1%Mo，0.002%B，0.95%Ti，0.6%Al，5.22%Nb，余Fe。
1）采用由上述GH4169合金制备得到的高温合金锭，其直径为340mm，质量为1600kg，结晶器直径为660mm；
2）将由上述GH4169合金在使用过程中产生的返回料在酒精浴下，用超声波洗涤20~30分钟，取出在750℃烘烤2小时，在500℃±50℃下保温待用。
3）准备合金渣料，其中其成分为按照质量百分比CaF2（58%）+CaO（19%）+Al2O3（17%）+TiO2（1.5%）+Na2O（4.5%），将合金渣料在真空中870℃下烘烤5小时，合金渣料的质量为80kg。
4）确定化渣电压为58.38V，化渣电流为6613A。
5）供给返回料，确定熔炼电压为48.46V，熔炼电流为5890A，同时返回料供给器供给返回料的流量为198kg/h。
6）在高温合金锭的剩余质量达到20%的初始质量时，停止返回料供给器的供给，关闭电源的熔炼电压和熔炼电流。
7）检测熔炼后的高温合金中的O、N、S含量及夹杂物的数量密度，氧化物夹杂物形貌如图3所示。
实施例二
一个示例性的GH4169合金，按照质量百分比计，含有：0.06%C，52%Ni，19%Cr，3.1%Mo，0.002%B，0.95%Ti，0.6%Al，5.22%Nb，余Fe。
1）采用由上述GH4169合金制备得到的高温合金锭，其直径为250mm，质量为1000kg，结晶器直径为480mm；
2）将由上述GH4169合金在使用过程中产生的返回料在酒精浴下，用超声波洗涤20~30分钟，取出在750℃烘烤2小时，在500℃±50℃下保温待用。
3）准备合金渣料，其中其成分为按照质量百分比CaF2（58%）+CaO（19%）+Al2O3（17%）+TiO2（1.5%）+Na2O（4.5%），将合金渣料在真空中870℃下烘烤5小时，合金渣料的质量为50kg。
4）确定化渣电压为42.63V，化渣电流为3936A。
5）供给返回料，确定熔炼电压为35.81V，熔炼电流为3542A，同时返回料供给器供给返回料的流量为144kg/h。
6）在高温合金锭的剩余质量达到20%的初始质量时，停止返回料供给器的供给，关闭电源的熔炼电压和熔炼电流。
7）检测熔炼后的高温合金中的O、N、S含量及夹杂物的数量密度。
实施例三
一个示例性的GH4738合金，按照质量百分比计，含有：0.05%C，19%Cr，13%Co，3.8%Mo，0.07%B，3.01%Ti，1.40%Al，0.05%Zr，余Ni。
1）采用由上述GH4738合金制备得到的高温合金锭，其直径为340mm，质量为1600kg，结晶器直径为660mm；
2）将由上述GH4169合金在使用过程中产生的返回料在酒精浴下，用超声波洗涤20~30分钟，取出在750℃烘烤2小时，在500℃±50℃下保温待用。
3）准备合金渣料，其中其成分为按照质量百分比CaF2（58%）+CaO（19%）+Al2O3（17%）+TiO2（1.5%）+Na2O（4.5%），将合金渣料在真空中870℃下烘烤5小时，合金渣料的质量为80kg。
4）确定化渣电压为58.38V，化渣电流为6613A。
5）供给返回料，确定熔炼电压为48.46V，熔炼电流为5890A，同时返回料供给器供给返回料的流量为198kg/h。
6）在高温合金锭的剩余质量达到20%的初始质量时，停止返回料供给器的供给，关闭电源的熔炼电压和熔炼电流。
7）检测熔炼后的高温合金中的O、N、S含量及夹杂物的数量密度。
对比例
一个示例性的GH4169合金，按照质量百分比计，含有：0.06%C，52%Ni，19%Cr，3.1%Mo，0.002%B，0.95%Ti，0.6%Al，5.22%Nb，余Fe。
1）采用由上述GH4169合金制备得到的高温合金锭，其直径为340mm，质量为1600kg，结晶器直径为660mm；
2）将由上述GH4169合金在使用过程中产生的返回料在酒精浴下，用超声波洗涤20~30分钟，取出在750℃烘烤2小时，在500℃±50℃下保温待用。
3）准备合金渣料，其中其成分为按照质量百分比CaF2（50%）+CaO（20%）+Al2O3（22%）+TiO2（3%），将合金渣料在真空中870℃下烘烤5小时，合金渣料的质量为80kg。
4）确定化渣电压为58.38V，化渣电流为6613A。
5）供给返回料，确定熔炼电压为48.46V，熔炼电流为5890A，同时返回料供给器供给返回料的流量为198kg/h。
6）在高温合金锭的剩余质量达到20%的初始质量时，停止返回料供给器的供给，关闭电源的熔炼电压和熔炼电流。
7）检测熔炼后的高温合金中的O、N、S含量及夹杂物的数量密度。
检测到的O、N、S含量及夹杂物数量密度的结果如表1所示：
表1
Figure 310106DEST_PATH_IMAGE023
通过表1可以看出，该方法适用于不同直径、不同牌号高温合金返回料的冶炼，且纯净度高，即制备出的高温合金的杂质元素含量和夹杂物含量较低。具体地，从上述实施例和对比例可以看出，由于实施例一至三的合金渣料中包含Na2O，这样可以有效降低合金渣料粘度，使得冶炼过程中合金渣料流动充分，如此可使返回料与合金渣料充分接触，即增加熔渣与合金返回料的接触比面积，从而有利于合金的纯净化熔炼。相反，对比例的合金渣料中不包含Na2O，这不利于合金的纯净化熔炼。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用返回料冶炼高温合金的方法，其特征在于，应用于冶炼高温合金装置，所述装置包括：结晶器、冷却组件、返回料供给器、电极、高温合金锭和电源；所述结晶器具有开口和与开口连通的腔体；所述冷却组件设置于所述结晶器的外周和底部，用于对所述结晶器进行降温；所述返回料供给器设置于所述结晶器的开口，用于向所述腔体加入返回料；所述高温合金锭固定于所述电极上，所述电极与所述电源电连接，所述电极用于向所述高温合金锭通入电流；
所述方法，包括：
准备高温合金的制备原料；其中，所述制备原料包括与所述电极固定的高温合金锭、所述返回料供给器中的返回料和所述结晶器内的合金渣料；
根据所述结晶器的直径，确定所述电源的化渣电压和化渣电流，以将所述结晶器内的合金渣料熔化；
根据所述电源的化渣电压和化渣电流，确定所述电源的熔炼电压和熔炼电流，以将所述返回料和所述高温合金锭熔化；
根据所述结晶器的直径，确定所述返回料供给器供给返回料的流量；
在所述高温合金锭的剩余质量达到预设质量时，停止所述返回料供给器的供给，关闭所述电源的熔炼电压和熔炼电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述准备高温合金的制备原料，包括：
根据所述结晶器的直径，确定所述高温合金锭的直径；
将经预处理的返回料加入所述返回料供给器中；
根据所述高温合金锭的质量，确定所述合金渣料的质量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述结晶器的直径，确定所述高温合金锭的直径，包括：
根据如下公式，确定所述高温合金锭的直径：
Figure 313412DEST_PATH_IMAGE001
式中，D2为所述高温合金锭的直径，mm；k为填充比，取0.5~0.55；D1为所述结晶器的直径，mm。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述返回料的预处理，包括：
将初始返回料在酒精浴下，用超声波洗涤20~30分钟，取出在600~800℃烘烤1~2小时。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述高温合金锭的质量，确定所述合金渣料的质量，包括：
根据如下公式，确定所述合金渣料的质量：
Figure 899727DEST_PATH_IMAGE002
式中，G2为所述合金渣料的质量，kg；
Figure 210622DEST_PATH_IMAGE003
为渣量选择系数，取0.048~0.052；G1为所述高温合金锭的质量，kg。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述合金渣料的成分包括CaF2、CaO、Al2O3、TiO2和Na2O，其中，CaF2的质量百分比为55~65%，CaO的质量百分比为15~25%，Al2O3的质量百分比为15~20%，TiO2的质量百分比为1~3%，Na2O的质量百分比为3~6%。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述结晶器的直径，确定所述电源的化渣电压和化渣电流，包括：
根据如下公式，确定所述电源的化渣电压：
Figure 12356DEST_PATH_IMAGE004
式中，
Figure 357887DEST_PATH_IMAGE005
为所述电源的化渣电压，V；
Figure 586874DEST_PATH_IMAGE006
为化渣电压比例系数，取0.042~0.043；D1为所述结晶器的直径，mm；
Figure 385066DEST_PATH_IMAGE007
为基础电压，取30~35，V；
根据如下公式，确定所述电源的化渣电流：
Figure 256070DEST_PATH_IMAGE008
式中，
Figure 190528DEST_PATH_IMAGE009
为所述电源的化渣电流，kA；
Figure 449471DEST_PATH_IMAGE010
为化渣电流比例系数，取2.35~3.42；
Figure 610325DEST_PATH_IMAGE011
为所述结晶器的直径，mm。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述电源的化渣电压和化渣电流，确定所述电源的熔炼电压和熔炼电流，包括：
根据如下公式，确定所述电源的熔炼电压：
Figure 878495DEST_PATH_IMAGE012
式中，
Figure 542826DEST_PATH_IMAGE013
为所述电源的熔炼电压，V；
Figure 503828DEST_PATH_IMAGE014
为熔炼电压比例系数，取0.83~0.86；
Figure 11033DEST_PATH_IMAGE005
为所述电源的化渣电压，V；
根据如下公式，确定所述电源的熔炼电流：
Figure 958261DEST_PATH_IMAGE015
式中，
Figure 8256DEST_PATH_IMAGE016
为所述电源的熔炼电流，kA；
Figure 543755DEST_PATH_IMAGE017
为熔炼电流比例系数，取0.89~0.92；
Figure 803835DEST_PATH_IMAGE009
为所述电源的化渣电流，kA。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述结晶器的直径，确定所述返回料供给器供给返回料的流量，包括：
根据如下公式，确定所述返回料供给器供给返回料的流量：
Figure 23595DEST_PATH_IMAGE018
式中，
Figure 787152DEST_PATH_IMAGE019
为返回料的供给流量，kg/h；t为加料比例系数，取0.29-0.32；
Figure 89957DEST_PATH_IMAGE011
为所述结晶器的直径，mm。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述准备高温合金的制备原料之后和在所述确定所述电源的化渣电压和化渣电流之前，还包括：
依次进行装炉、对中、封炉和充氩。
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