专利名称：一种Ф600mm以上大规格锆铸锭的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种O600mm以上大规格锆铸锭的生产方法，属于铸造技术领域，主要 用于冶金、石油化工等领域，稳定实现了O600隱以上大规格锆铸锭的工业化批量生产。
背景技术：
锆是一种过渡族元素，属于元素周期表中的IV-B族元素，它既是一种稀有金属， 又是一种战略金属，具有高温强度高、耐蚀性好、可加工、性能好和热中子吸收截面 低等综合性能，广泛用于核能、航天、航空、舰船、电子、纺织、造纸、医学等行业， 具有广阔的前途。近年来，由于它的优异耐蚀性，在化学工业的应用也逐渐增多。实' 验研究及典型事例己证明，锆在许多常用的酸、碱介质中具有优异的耐蚀性，锆在这 些介质中的特性十分独特，它可以在酸、碱互换条件下使用，如锆在温度低于IO(TC 时能耐抗各种浓度的盐酸、硝酸以及浓度低于50%硫酸的侵蚀，锆被认为是在所有的 醋酸溶液中最耐蚀的材料。
目前，工业化生产锆铸锭的常规锭型约O350mm。 一般来说，随着锭型的增大，带' 来熔炼难度的加大，大型铸锭的成分均匀性常常难以得到保证。随着国内外经济的快 速发展，化学工业等行业对大型锆质耐蚀设备需求剧增，而大型锆质耐蚀设备一般生 产工艺是采用小型锆材悍接成大型锆材，但该工艺方法存在必须进行大量焊接、生产 效率低、焊缝质量无法100%保证、容易发生焊缝渗漏事故、无法彻底消除缝隙腐蚀等, 问题。因此，为了减少焊接、防止缝隙腐蚀，目前较先进的大型设备的发展趋势是整. 体设计、整体制作，尽可能地减少焊接。因此，急需大规格锆材，而大型锆铸锭是生 产大规格材料的前提，同时大型铸锭对于提高大规格材料质量的一致性、稳定性和成 材率也具有重要意义，因而，迫切需要采取一种可靠的熔炼技术，生产出高质量的规格大于①600mm直径的大型锆铸锭。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种0)600ram以上大规格锆铸锭的生产 方法，解决大型电极制备和大直径优质铸锭熔炼均匀性控制的难题，提供一种适合工 业化生产的、高质量的规格大于O600mm直径的大型锆铸锭的生产方法。
技术方案
本发明的基本思想是采用配料、混料和真空等离子弧电极组焊技术，制备出成 分相对均匀的自耗电极，并通过至少二次真空自耗电弧熔炼，采用"降熔速熔炼"和
"成分均匀性控制"等技术，熔速控制参数为10 40Kg/min，稳弧控制磁感应强 度10 50高斯，稳弧电流交变时间控制1 60秒。
本发明方法的特征在于步骤如下
步骤l:将最大粒度不超过30mm的海绵锆，充分混合后压制成电极块 步骤2:使用真空等离子弧将电极块焊接锆电极，控制焊接预真空《10Pa，漏气 率《2Pa/min;
步骤3:两次真空自耗电弧炉熔炼得到锆铸锭，熔速控制参数为10 40Kg/min， 磁感应强度10 50高斯，稳弧电流交变时间控制1 60秒，常规工艺参数电压28 40V，真空度不大于10Pa;漏气率不大于0.2 3.!113/8;铸锭在真空下冷却5小时以上。
在于步骤1中加入合金添加剂与海绵锆混合，所述合金添加剂按照锆铸锭材料标 号的规定进行确定。
步骤3真空自耗电弧炉熔炼重复进行2次以上。
熔炼过程通过熔池交替换向充分搅拌。有益效果
本发明的提出的cD600腿以上大规格锆铸锭的生产方法，采用熔炼合理的控制参数， 熔炼过程通过熔池交替换向充分搅拌，有效提高了成分均匀性，控制了温度场，保证 了熔池形状及深度的稳定。由于铸锭顺序凝固过程稳定、可控，使得熔炼、结晶过程 稳定，保证了大规格铸锭成分的均匀性，稳定实现大规格锆铸锭的工业化批量生产。 保证铸锭成分的均匀性，
本发明与现有技术相比具有以下优点本发明生产的大型锆铸锭，化学成分均匀、
稳定，铸锭表面质量优良，优于真空自耗电弧熔炼的小规格铸锭，同时具有成品率高、
生产效率高、易于制作大规格锆材等突出优点；本发明适用于生产大规格锆材用铸锭。
具体实施例方式
现结合实施例对本发明作进一步描述-
实施例1加入Zr02合金添加剂的锆铸锭的熔炼
步骤1:将最大粒度不超过30mm的海绵锆(氧0. 06%)和Zr02合金添加剂，氧含 量目标控制O. 10%，充分混合后压制成电极块
步骤2:使用真空等离子弧将电极块焊接锆电极，控制焊接预真空2Pa，漏气率 1.2Pa/min;
步骤3:在真空自耗电弧炉上熔炼一次成①600mm铸锭，熔速控制参数为22 16Kg/min，稳弧控制磁感应强度30高斯，稳弧电流交变时间控制20秒；然后再经 一次真空自耗电弧炉熔炼，.形成①700咖铸锭，熔速控制参数为35 25Kg/min,稳弧
控制磁感应强度20高斯，稳弧电流交变时间控制IO秒；其他常规工艺参数电压 28 40V，真空度不大于10Pa;漏气率不大于0.2Pa .mVS ;铸锭在真空下冷却5小时 以上。熔炼过程通过熔池交替换向充分搅拌。
本实施例熔炼所得铸锭表面光洁，无皮下气孔、冷隔等，在铸锭头、底部两部位 取样进行化学成分分析，其主要元素氧含量是0.11%、 0.106%,完全达到目标控制要 求且均匀，同时C、 N、 Fe等杂质元素也控制得较好，满足标准要求且均匀。
实施例2加入Zr-2. 5Nb合金添加剂的锆铸锭的熔炼
步骤l:将最大粒度不超过30mm的海绵锆(氧0.06%)和锆铌中间合金添加剂， 氧含量目标控制O. 10%,充分混合后压制成电极块所述的锆铌中间合金的化学成分 铌35%,氧0.06%;
步骤2:使用真空等离子弧将电极块焊接锆电极，控制焊接预真空1.2Pa，漏气率 1Pa/min;
步骤3:在真空自耗电弧炉上熔炼一次成①540mm铸锭，熔速控制参数为15 10Kg/min，稳弧控制磁感应强度20高斯，稳弧电流交变时间控制20秒；再经第二 次真空自耗电弧炉熔炼，形成O600mm铸锭，熔3I^制参数为30 20Kg/min，稳弧控 制磁感应强度20高斯，稳弧电流交变时间控制15秒；然后再经第三次真空自耗电' 弧炉熔炼，形成①700mm铸锭，熔速控制参数为35 25Kg/min，稳弧控制磁感应强 度15高斯，稳弧电流交变时间控制IO秒；其他常规工艺参数电压28 40V，真空 度不大于10Pa;漏气率不大于0.2 &.1113/3;铸锭在真空下冷却5小时以上。
熔炼过程通过熔池交替换向充分搅拌。
本实施例制得Zr-2. 5Nb合金锭。经检验铸锭表面光洁，无皮下气孔、冷隔等缺陷，, 在铸锭头、底部两部位取样进行化学成分分析，其主要元素铌和氧含量分别是2. 46%、. 2. 52%和0. 085%、 0.09%,完全达到目标控制要求且均匀，同时C、 N、 Fe等杂质元素 也控制得较好，满足标准要求且均匀。实施例3未添加合金添加剂的锆铸锭的熔炼
步骤l:将最大粒度不超过30mm的海绵锆(氧0.08%)压制成电极块 步骤2:使用真空等离子弧将电极块焊接锆电极，控制焊接预真空1. 2Pa，漏气率 1. 3Pa/min;
步骤3:在真空自耗电弧炉上熔炼一次成①600mm铸锭，熔速控制参数为22 16Kg/min，稳弧控制磁感应强度30高斯，稳弧电流交变时间控制20秒；然后再经 一次真空自耗电弧炉熔炼，形成①700mm铸锭，烙速控制参数为35 25Kg/min，稳弧 控制磁感应强度20高斯，稳弧电流交变时间控制IO秒；其他常规工艺参数电压 28 40V，真空度不大于10Pa;漏气率不大于0.2Pa ，mVS;铸锭在真空下冷却5小时 以上。
熔炼过程通过熔池交替换向充分搅拌。
本实施例熔炼所得铸锭表面光洁，无皮下气孔、冷隔等，在铸锭头、底部两部位 取样进行化学成分分析，其主要元素氧含量是0.08%、 0.085%，完全达到目标控制要 求且均匀，同时C、 N、 Fe等杂质元素也控制得较好，满足标准要求且均匀。
在实施例1中合金添加剂可以为Zr-Nb (20 60%)或Zr-5Sn。
在实施例2中合金添加剂可以为Zr02或Zr-5Sn。
权利要求
1.一种Φ600mm以上大规格锆铸锭的生产方法，其特征在于步骤如下步骤1将最大粒度不超过30mm的海绵锆或海绵锆和，充分混合后压制成电极块步骤2使用真空等离子弧将电极块焊接锆电极，控制焊接预真空≤10Pa，漏气率≤2Pa/min；步骤3两次真空自耗电弧炉熔炼得到锆铸锭，熔速控制参数为10～40Kg/min，磁感应强度10～50高斯，稳弧电流交变时间控制1～60秒，其他常规工艺参数电压28～40V，真空度不大于10Pa；漏气率不大于0.2；铸锭在真空下冷却5小时以上。
2. 根据权利要求1所述的(D600mm以上大规格锆铸锭的生产方法，其特征在于步骤1 中加入合金添加剂与海绵锆混合，所述合金添加剂按照锆铸锭材料标号的规定进 行确定。
3. 根据权利要求1或2所述的(D600mm以上大规格锆铸锭的生产方法，其特征在于步 骤3真空自耗电弧炉熔炼重复进行2次以上。
4. 根据权利要求1或3所述的O600mm以上大规格锆铸锭的生产方法，其特征在于熔 炼过程通过熔池交替换向充分搅拌。
全文摘要
本发明涉及一种Φ600mm以上大规格锆铸锭的生产方法，技术特征在于采用配料、混料和真空等离子弧电极组焊技术，制备出成分相对均匀的自耗电极，并通过至少二次真空自耗电弧熔炼，采用“降熔速熔炼”和“成分均匀性控制”等技术，熔速控制参数为10～40kg/min，稳弧控制磁感应强度10～50高斯，稳弧电流交变时间控制1～60秒。与现有技术相比具有以下优点本发明生产的大型锆铸锭，化学成分均匀、稳定，铸锭表面质量优良，优于真空自耗电弧熔炼的小规格铸锭，同时具有成品率高、生产效率高、易于制作大规格锆材等突出优点；本发明适用于生产大规格锆材用铸锭。
文档编号C22C16/00GK101597705SQ20091002272
公开日2009年12月9日 申请日期2009年5月26日 优先权日2009年5月26日
发明者何育兴, 冯军宁, 斌 国, 健 张, 李宏建, 李献军, 蓉 杨, 贾栓孝, 峰 陈, 陈战乾 申请人:宝鸡钛业股份有限公司