非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法，首先改造中頻感應(yīng)爐，然后將待熔煉的物料投入坩堝中進(jìn)行熔化，中頻感應(yīng)爐的頻率控制在1868±5HZ范圍內(nèi)；在物料熔化過程中向爐子內(nèi)連續(xù)注入惰性液體對(duì)熔融金屬熔液進(jìn)行脫氧處理，物料完全熔化后進(jìn)行脫氧處理10～15min，熔化后熔融金屬熔液的溫度控制在1530±5℃范圍內(nèi)；脫氧處理完畢后使?fàn)t子溫度上升至1550±5℃，然后往熔融金屬熔液中添加固體狀的免固劑，免固劑與熔融金屬熔液的質(zhì)量比為2:1000～3:1000，當(dāng)免固劑完全熔化于熔融金屬熔液后進(jìn)行澆注，得到鎳基合金件。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：在非真空高溫條件下能有效降低出現(xiàn)氧化和吸氣現(xiàn)象、并能有效消除駝峰現(xiàn)象。
【專利說明】非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 中頻感應(yīng)爐屬于非真空感應(yīng)爐，中頻感應(yīng)爐內(nèi)設(shè)置有用于熔煉物料的爐子，感應(yīng) 線圈纏繞在爐子的外側(cè)壁上，物料在中頻感應(yīng)爐的高溫條件下進(jìn)行熔煉，熔煉后的熔融金 屬熔液被澆注到模殼中形成鎳基合金件。在熔煉過程中熔融金屬熔液會(huì)出現(xiàn)氧化和吸氣 現(xiàn)象，即使在熔煉過程采用覆蓋劑覆蓋在熔融金屬熔液的表面也不能很好地緩解氧化和吸 氣現(xiàn)象，這就會(huì)導(dǎo)致鎳基合金件中具有大量的氣孔，并且在鎳基合金件的晶界上還會(huì)生成 大量的夾雜物；除此之外，在熔煉過程中，熔融金屬熔液因受到中頻感應(yīng)爐中感應(yīng)線圈產(chǎn)生 的電磁力的作用會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪拌，由于電磁攪拌力的存在，使得熔融金屬熔液的表面出 現(xiàn)駝峰現(xiàn)象，駝峰會(huì)破壞覆蓋在熔融金屬熔液表面的熔渣，使熔渣不能完全覆蓋在整個(gè)熔 融金屬熔液的表面，裸露在空氣中的熔融金屬熔液表面會(huì)被氧化并形成金屬氧化物，這必 然會(huì)大大降低熔煉后得到的鎳基合金件的綜合力學(xué)性能。為降低氧化和吸氣現(xiàn)象，在熔煉 鎳基合金時(shí)普遍采用真空熔煉或者電渣熔煉，但是真空熔煉設(shè)備和電渣熔煉設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、價(jià)格昂貴、操作困難而且設(shè)備故障多，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量、結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、尺寸較大的鎳基合金件的生產(chǎn)，因而不適于大規(guī)模的生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所需解決的技術(shù)問題是：提供一種在非真空高溫條件下能有效降低出現(xiàn)氧 化和吸氣現(xiàn)象的概率、并能有效消除駝峰現(xiàn)象的非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法。
[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：所述的非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金 的方法，在中頻感應(yīng)爐的爐子中設(shè)置坩堝，坩堝的高度與爐子的高度比為0. 4:1?0. 6:1， 將中頻感應(yīng)爐的感應(yīng)線圈纏繞在爐子的外側(cè)壁上且感應(yīng)線圈的高度不高于坩堝的高度，感 應(yīng)線圈各匝間的間距為3±0. 1mm ;然后將待熔煉的物料投入坩堝中進(jìn)行熔化，熔化后的熔 融金屬熔液的液面高度要高于感應(yīng)線圈的高度，中頻感應(yīng)爐的頻率控制在1868±5HZ范圍 內(nèi)；在物料熔化過程中向爐子內(nèi)注入惰性液體對(duì)熔融金屬熔液進(jìn)行脫氧處理，惰性液體觸 碰到熔液表面后迅速汽化并擴(kuò)散形成覆蓋在熔液表面的惰性氣體層，惰性氣體層能將熔液 與空氣隔開，物料完全熔化后繼續(xù)進(jìn)行脫氧處理10?15min，熔化后熔融金屬熔液的溫度 控制在1530±5°C范圍內(nèi)；脫氧處理完畢后使?fàn)t子溫度上升至1550±5°C，然后往熔融金屬 熔液中添加固體狀的免固劑，免固劑與熔融金屬熔液的質(zhì)量比為2:1000?3:1000,當(dāng)免固 劑完全熔化于熔融金屬熔液后進(jìn)行澆注，得到鎳基合金件。
[0005] 進(jìn)一步地，前述的非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法，其中，感應(yīng)線圈的高度與感 應(yīng)線圈的直徑比為1:0. 65?1:0. 75。
[0006] 進(jìn)一步地，前述的非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法，其中，在感應(yīng)線圈上還套設(shè) 有坩堝套。
[0007] 進(jìn)一步地，前述的非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法，其中，熔化后的熔融金屬熔 液的液面高度至少要比感應(yīng)線圈高度高5cm。
[0008] 進(jìn)一步地，前述的非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法，其中，所述的惰性液體為液 氮、液氬和液態(tài)二氧化碳中的一種。
[0009] 進(jìn)一步地，前述的非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法，其中，物料的熔化時(shí)間控制 在1±0. 1小時(shí)內(nèi)。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是：利用高于感應(yīng)線圈的熔融金屬熔液的液體重力以及對(duì)工作 頻率等參數(shù)的設(shè)置能夠消除駝峰現(xiàn)象，保證熔渣能夠完全覆蓋在整個(gè)熔融金屬熔液的表面 上，從而降低熔融金屬熔液的氧化及吸氣程度；而脫氧處理中，惰性液體形成的惰性氣體層 能夠更好地覆蓋并停留在熔融金屬熔液的表面，將熔融金屬熔液與空氣隔開，進(jìn)一步降低 了熔融金屬熔液的氧化及吸氣程度，使位于熔融金屬熔液表面的氧氣的體積分?jǐn)?shù)< 0. 1%。 除此之外，免固劑不僅具有很強(qiáng)的脫氧和除氣能力，而且還能細(xì)化晶粒，使鎳基合金件的晶 粒大小能降低27%，從而更好地提高了鎳基合金件的綜合力學(xué)性能，大大降低了鎳基合金件 的報(bào)廢率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明所述的非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法中改造后的中頻感應(yīng)爐 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖及優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0013] 實(shí)施例一 本實(shí)施例以熔煉95kg的物料為例進(jìn)行說明，如圖1所示，在中頻感應(yīng)爐的爐子2中設(shè) 置坩堝1，坩堝1的高度與爐子2的高度比為0. 4:1，感應(yīng)線圈3纏繞在爐子2的外側(cè)壁上 且感應(yīng)線圈3的高度不高于坩堝1的高度，感應(yīng)線圈3的負(fù)載品質(zhì)因數(shù)為20,感應(yīng)線圈3的 匝數(shù)為18阻，各匝間的間距為2. 9mm，感應(yīng)線圈3的高度與感應(yīng)線圈3的直徑比為1:0. 65， 在感應(yīng)線圈3上還套設(shè)有坩堝套4 ;然后將待熔煉的95kg物料投入坩堝1中進(jìn)行熔化，熔 化后的熔融金屬熔液的液面高度要高于感應(yīng)線圈3的高度，本實(shí)施例中，熔化后的熔融金 屬熔液的液面高度至少要比感應(yīng)線圈3的高度高5cm，熔化時(shí)間為0. 9小時(shí)，中頻感應(yīng)爐的 頻率為1863HZ ;在物料熔化過程中向爐子2內(nèi)注入惰性液體對(duì)熔融金屬熔液進(jìn)行脫氧處 理，在實(shí)際應(yīng)用中，在物料熔化過程中也可以連續(xù)向爐子2內(nèi)注入惰性液體，本實(shí)施例中所 述的惰性液體為液氮、液氬和液態(tài)二氧化碳中的一種。惰性液體觸碰到熔液表面后迅速汽 化并擴(kuò)散形成覆蓋在熔液表面的惰性氣體層，惰性氣體層能將熔液與空氣隔開，物料完全 熔化后繼續(xù)進(jìn)行脫氧處理lOmin，熔化后的熔融金屬熔液的溫度為1525°C;脫氧處理完畢后 使?fàn)t子溫度上升至1545°C，然后往熔融金屬熔液中添加固體狀的免固劑，免固劑學(xué)名為精 煉劑，可以直接從市場(chǎng)上購買到，免固劑與熔融金屬熔液的質(zhì)量比為2:1000,當(dāng)免固劑完全 熔化于熔融金屬熔液后進(jìn)行澆注，得到鎳基合金件。本實(shí)施例中所述的待熔煉的物料也可 以采用回爐料，所述的回爐料是指廢鎳基合金件、澆口、冒口等廢金屬。
[0014] 實(shí)施例二 本實(shí)施例以熔煉l〇〇kg的物料為例進(jìn)行說明，如圖1所示，在中頻感應(yīng)爐的爐子2中設(shè) 置坩堝1，坩堝1的高度與爐子2的高度比為0.51:1，感應(yīng)線圈3纏繞在爐子2的外側(cè)壁上 且感應(yīng)線圈3的高度不高于坩堝1的高度，感應(yīng)線圈3的負(fù)載品質(zhì)因數(shù)為20,感應(yīng)線圈3的 匝數(shù)為18阻，各匝間的間距為3mm，感應(yīng)線圈3的高度與感應(yīng)線圈3的直徑比為1:0. 712， 在感應(yīng)線圈3上還套設(shè)有坩堝套4 ;然后將待熔煉的100kg物料投入坩堝1中進(jìn)行熔化，熔 化后的熔融金屬熔液的液面高度要高于感應(yīng)線圈3的高度，本實(shí)施例中，熔化后的熔融金 屬熔液的液面高度至少要比感應(yīng)線圈3的高度高5cm，熔化時(shí)間為1小時(shí)，中頻感應(yīng)爐的頻 率為1868HZ ;在物料熔化過程中向爐子2內(nèi)注入惰性液體對(duì)熔融金屬熔液進(jìn)行脫氧處理， 在實(shí)際應(yīng)用中，在物料熔化過程中也可以連續(xù)向爐子2內(nèi)注入惰性液體，本實(shí)施例中所述 的惰性液體為液氮、液氬和液態(tài)二氧化碳中的一種。惰性液體觸碰到熔液表面后迅速汽化 并擴(kuò)散形成覆蓋在熔液表面的惰性氣體層，惰性氣體層能將熔液與空氣隔開，物料完全熔 化后繼續(xù)進(jìn)行脫氧處理13min，熔化后的熔融金屬熔液的溫度為1530°C;脫氧處理完畢后使 爐子溫度上升至1550°C，然后往熔融金屬熔液中添加固體狀的免固劑，免固劑與熔融金屬 熔液的質(zhì)量比為2. 5:1000,當(dāng)免固劑完全熔化于熔融金屬熔液后進(jìn)行澆注，得到鎳基合金 件。本實(shí)施例中所述的待熔煉的物料也可以采用回爐料。
[0015] 實(shí)施例三 本實(shí)施例以熔煉l〇5kg的物料為例進(jìn)行說明，如圖1所示，在中頻感應(yīng)爐的爐子2中設(shè) 置坩堝1，坩堝1的高度與爐子2的高度比為0. 6:1，感應(yīng)線圈3纏繞在爐子2的外側(cè)壁上且 感應(yīng)線圈3的高度不高于坩堝1的高度，感應(yīng)線圈3的負(fù)載品質(zhì)因數(shù)為20,感應(yīng)線圈3的匝 數(shù)為18阻，各匝間的間距為3. 1mm，感應(yīng)線圈3的高度與感應(yīng)線圈3的直徑比為1:0. 75,在 感應(yīng)線圈3上還套設(shè)有坩堝套4 ;然后將待熔煉的105kg物料投入坩堝1中進(jìn)行熔化，熔化 后的熔融金屬熔液的液面高度要高于感應(yīng)線圈3的高度，本實(shí)施例中，熔化后的熔融金屬 熔液的液面高度至少要比感應(yīng)線圈3的高度高5cm，熔化時(shí)間為1. 1小時(shí)，中頻感應(yīng)爐的頻 率為1873HZ ;在物料熔化過程中向爐子2內(nèi)注入惰性液體對(duì)熔融金屬熔液進(jìn)行脫氧處理， 在實(shí)際應(yīng)用中，在物料熔化過程中也可以連續(xù)向爐子2內(nèi)注入惰性液體，本實(shí)施例中所述 的惰性液體為液氮、液氬和液態(tài)二氧化碳中的一種。惰性液體觸碰到熔液表面后迅速汽化 并擴(kuò)散形成覆蓋在熔液表面的惰性氣體層，惰性氣體層能將熔液與空氣隔開，物料完全熔 化后繼續(xù)進(jìn)行脫氧處理15min，熔化后的熔融金屬熔液的溫度為1535°C;脫氧處理完畢后使 爐子溫度上升至1555°C，然后往熔融金屬熔液中添加固體狀的免固劑，免固劑與熔融金屬 熔液的質(zhì)量比為3:1000,當(dāng)免固劑完全熔化于熔融金屬熔液后進(jìn)行澆注，得到鎳基合金件。 本實(shí)施例中所述的待熔煉的物料也可以采用回爐料。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：通過對(duì)中頻感應(yīng)爐進(jìn)行改造，利用高于感應(yīng)線圈的熔融金屬熔 液的液體重力以及對(duì)工作頻率等參數(shù)的設(shè)置能夠消除駝峰現(xiàn)象，保證熔渣能夠完全覆蓋在 整個(gè)熔融金屬熔液的表面上，使熔融金屬熔液的表面不直接與氣體接觸，從而降低了熔融 金屬熔液的氧化及吸氣程度；此外，對(duì)工作頻率等參數(shù)的設(shè)置提高了物料的熔化速度，相同 質(zhì)量的物料的熔化時(shí)間比采用常規(guī)熔煉方法進(jìn)行熔煉的熔化時(shí)間至少減少了 0. 5小時(shí)，這 就減少了熔融金屬熔液停留在爐子中的時(shí)間，進(jìn)一步降低了熔融金屬熔液的氧化及吸氣程 度。而脫氧處理中，由于惰性液體的密度比氣體的密度要大，因而惰性液體形成的惰性氣體 層能夠更好地覆蓋并停留在金屬熔液的表面，將金屬熔液與空氣隔開，使位于金屬熔液表 面的氧氣的體積分?jǐn)?shù)< 0. 1%，更進(jìn)一步降低了熔融金屬熔液的氧化及吸氣程度，而且熔渣 能減少85%左右，有效提高澆注時(shí)金屬熔液的流動(dòng)性能，澆注溫度相比采用常規(guī)熔煉方法 進(jìn)行澆注的澆注溫度降低了 40°C左右。除此之外，免固劑不僅具有很強(qiáng)的脫氧和除氣能力， 而且還能細(xì)化晶粒，使細(xì)化后的鎳基合金鑄件的晶粒大小能降低27%，從而更好地提高了鎳 基合金件的綜合力學(xué)性能，大大降低了鎳基合金件的報(bào)廢率。
【權(quán)利要求】
1. 非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法，其特征在于：在中頻感應(yīng)爐的爐子中設(shè)置坩 堝，坩堝的高度與爐子的高度比為0. 4:1?0. 6:1，將中頻感應(yīng)爐的感應(yīng)線圈纏繞在爐子的 外側(cè)壁上且感應(yīng)線圈的高度不高于坩堝的高度，感應(yīng)線圈各匝間的間距為3±0. 1mm ;然后 將待熔煉的物料投入坩堝中進(jìn)行熔化，熔化后的熔融金屬熔液的液面高度要高于感應(yīng)線圈 的高度，中頻感應(yīng)爐的頻率控制在1868±5HZ范圍內(nèi)；在物料熔化過程中向爐子內(nèi)注入惰 性液體對(duì)熔融金屬熔液進(jìn)行脫氧處理，惰性液體觸碰到熔液表面后迅速汽化并擴(kuò)散形成覆 蓋在熔液表面的惰性氣體層，惰性氣體層能將熔液與空氣隔開，物料完全熔化后繼續(xù)進(jìn)行 脫氧處理10?15min，熔化后熔融金屬熔液的溫度控制在1530±5°C范圍內(nèi)；脫氧處理完畢 后使?fàn)t子溫度上升至1550±5°C，然后往熔融金屬熔液中添加固體狀的免固劑，免固劑與熔 融金屬熔液的質(zhì)量比為2:1000?3 :1000,當(dāng)免固劑完全熔化于熔融金屬熔液后進(jìn)行澆注， 得到鎳基合金件。
2. 按照權(quán)利要求1所述的非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法，其特征在于：感應(yīng)線圈 的高度與感應(yīng)線圈的直徑比為1:0. 65?1:0. 75。
3. 按照權(quán)利要求1所述的非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法，其特征在于：在感應(yīng)線 圈上還套設(shè)有坩堝套。
4. 按照權(quán)利要求1所述的非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法，其特征在于：熔化后的 熔融金屬熔液的液面高度至少要比感應(yīng)線圈高度高5cm。
5. 按照權(quán)利要求1、2、3或4所述的非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法，其特征在于： 所述的惰性液體為液氮、液氬和液態(tài)二氧化碳中的一種。
6. 按照權(quán)利要求1、2、3或4所述的非真空感應(yīng)爐熔煉鎳基合金的方法，其特征在于： 物料的熔化時(shí)間控制在1±〇. 1小時(shí)內(nèi)。
【文檔編號(hào)】C22C19/03GK104087767SQ201410321726
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】張莉華 申請(qǐng)人:張家港市飛浪泵閥有限公司