非真空感应炉熔炼镍基合金的方法
【专利摘要】本发明公开了一种非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，首先改造中频感应炉，然后将待熔炼的物料投入坩埚中进行熔化，中频感应炉的频率控制在1868±5HZ范围内；在物料熔化过程中向炉子内连续注入惰性液体对熔融金属熔液进行脱氧处理，物料完全熔化后进行脱氧处理10～15min，熔化后熔融金属熔液的温度控制在1530±5℃范围内；脱氧处理完毕后使炉子温度上升至1550±5℃，然后往熔融金属熔液中添加固体状的免固剂，免固剂与熔融金属熔液的质量比为2:1000～3:1000，当免固剂完全熔化于熔融金属熔液后进行浇注，得到镍基合金件。本发明的优点是：在非真空高温条件下能有效降低出现氧化和吸气现象、并能有效消除驼峰现象。
【专利说明】非真空感应炉熔炼镍基合金的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到冶金【技术领域】，尤其涉及一种非真空感应炉熔炼镍基合金的方法。
【背景技术】
[0002] 中频感应炉属于非真空感应炉，中频感应炉内设置有用于熔炼物料的炉子，感应 线圈缠绕在炉子的外侧壁上，物料在中频感应炉的高温条件下进行熔炼，熔炼后的熔融金 属熔液被浇注到模壳中形成镍基合金件。在熔炼过程中熔融金属熔液会出现氧化和吸气 现象，即使在熔炼过程采用覆盖剂覆盖在熔融金属熔液的表面也不能很好地缓解氧化和吸 气现象，这就会导致镍基合金件中具有大量的气孔，并且在镍基合金件的晶界上还会生成 大量的夹杂物；除此之外，在熔炼过程中，熔融金属熔液因受到中频感应炉中感应线圈产生 的电磁力的作用会产生强烈的搅拌，由于电磁搅拌力的存在，使得熔融金属熔液的表面出 现驼峰现象，驼峰会破坏覆盖在熔融金属熔液表面的熔渣，使熔渣不能完全覆盖在整个熔 融金属熔液的表面，裸露在空气中的熔融金属熔液表面会被氧化并形成金属氧化物，这必 然会大大降低熔炼后得到的镍基合金件的综合力学性能。为降低氧化和吸气现象，在熔炼 镍基合金时普遍采用真空熔炼或者电渣熔炼，但是真空熔炼设备和电渣熔炼设备的结构复 杂、价格昂贵、操作困难而且设备故障多，费时费工，生产效率低，难以满足大批量、结构复 杂、尺寸较大的镍基合金件的生产，因而不适于大规模的生产。
【发明内容】
[0003] 本发明所需解决的技术问题是：提供一种在非真空高温条件下能有效降低出现氧 化和吸气现象的概率、并能有效消除驼峰现象的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法。
[0004] 为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的非真空感应炉熔炼镍基合金 的方法，在中频感应炉的炉子中设置坩埚，坩埚的高度与炉子的高度比为0. 4:1?0. 6:1， 将中频感应炉的感应线圈缠绕在炉子的外侧壁上且感应线圈的高度不高于坩埚的高度，感 应线圈各匝间的间距为3±0. 1mm ;然后将待熔炼的物料投入坩埚中进行熔化，熔化后的熔 融金属熔液的液面高度要高于感应线圈的高度，中频感应炉的频率控制在1868±5HZ范围 内；在物料熔化过程中向炉子内注入惰性液体对熔融金属熔液进行脱氧处理，惰性液体触 碰到熔液表面后迅速汽化并扩散形成覆盖在熔液表面的惰性气体层，惰性气体层能将熔液 与空气隔开，物料完全熔化后继续进行脱氧处理10?15min，熔化后熔融金属熔液的温度 控制在1530±5°C范围内；脱氧处理完毕后使炉子温度上升至1550±5°C，然后往熔融金属 熔液中添加固体状的免固剂，免固剂与熔融金属熔液的质量比为2:1000?3:1000,当免固 剂完全熔化于熔融金属熔液后进行浇注，得到镍基合金件。
[0005] 进一步地，前述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其中，感应线圈的高度与感 应线圈的直径比为1:0. 65?1:0. 75。
[0006] 进一步地，前述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其中，在感应线圈上还套设 有坩埚套。
[0007] 进一步地，前述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其中，熔化后的熔融金属熔 液的液面高度至少要比感应线圈高度高5cm。
[0008] 进一步地，前述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其中，所述的惰性液体为液 氮、液氩和液态二氧化碳中的一种。
[0009] 进一步地，前述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其中，物料的熔化时间控制 在1±0. 1小时内。
[0010] 本发明的有益效果是：利用高于感应线圈的熔融金属熔液的液体重力以及对工作 频率等参数的设置能够消除驼峰现象，保证熔渣能够完全覆盖在整个熔融金属熔液的表面 上，从而降低熔融金属熔液的氧化及吸气程度；而脱氧处理中，惰性液体形成的惰性气体层 能够更好地覆盖并停留在熔融金属熔液的表面，将熔融金属熔液与空气隔开，进一步降低 了熔融金属熔液的氧化及吸气程度，使位于熔融金属熔液表面的氧气的体积分数< 0. 1%。 除此之外，免固剂不仅具有很强的脱氧和除气能力，而且还能细化晶粒，使镍基合金件的晶 粒大小能降低27%，从而更好地提高了镍基合金件的综合力学性能，大大降低了镍基合金件 的报废率。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是本发明所述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法中改造后的中频感应炉 的内部结构示意图。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。
[0013] 实施例一 本实施例以熔炼95kg的物料为例进行说明，如图1所示，在中频感应炉的炉子2中设 置坩埚1，坩埚1的高度与炉子2的高度比为0. 4:1，感应线圈3缠绕在炉子2的外侧壁上 且感应线圈3的高度不高于坩埚1的高度，感应线圈3的负载品质因数为20,感应线圈3的 匝数为18阻，各匝间的间距为2. 9mm，感应线圈3的高度与感应线圈3的直径比为1:0. 65， 在感应线圈3上还套设有坩埚套4 ;然后将待熔炼的95kg物料投入坩埚1中进行熔化，熔 化后的熔融金属熔液的液面高度要高于感应线圈3的高度，本实施例中，熔化后的熔融金 属熔液的液面高度至少要比感应线圈3的高度高5cm，熔化时间为0. 9小时，中频感应炉的 频率为1863HZ ;在物料熔化过程中向炉子2内注入惰性液体对熔融金属熔液进行脱氧处 理，在实际应用中，在物料熔化过程中也可以连续向炉子2内注入惰性液体，本实施例中所 述的惰性液体为液氮、液氩和液态二氧化碳中的一种。惰性液体触碰到熔液表面后迅速汽 化并扩散形成覆盖在熔液表面的惰性气体层，惰性气体层能将熔液与空气隔开，物料完全 熔化后继续进行脱氧处理lOmin，熔化后的熔融金属熔液的温度为1525°C;脱氧处理完毕后 使炉子温度上升至1545°C，然后往熔融金属熔液中添加固体状的免固剂，免固剂学名为精 炼剂，可以直接从市场上购买到，免固剂与熔融金属熔液的质量比为2:1000,当免固剂完全 熔化于熔融金属熔液后进行浇注，得到镍基合金件。本实施例中所述的待熔炼的物料也可 以采用回炉料，所述的回炉料是指废镍基合金件、浇口、冒口等废金属。
[0014] 实施例二 本实施例以熔炼l〇〇kg的物料为例进行说明，如图1所示，在中频感应炉的炉子2中设 置坩埚1，坩埚1的高度与炉子2的高度比为0.51:1，感应线圈3缠绕在炉子2的外侧壁上 且感应线圈3的高度不高于坩埚1的高度，感应线圈3的负载品质因数为20,感应线圈3的 匝数为18阻，各匝间的间距为3mm，感应线圈3的高度与感应线圈3的直径比为1:0. 712， 在感应线圈3上还套设有坩埚套4 ;然后将待熔炼的100kg物料投入坩埚1中进行熔化，熔 化后的熔融金属熔液的液面高度要高于感应线圈3的高度，本实施例中，熔化后的熔融金 属熔液的液面高度至少要比感应线圈3的高度高5cm，熔化时间为1小时，中频感应炉的频 率为1868HZ ;在物料熔化过程中向炉子2内注入惰性液体对熔融金属熔液进行脱氧处理， 在实际应用中，在物料熔化过程中也可以连续向炉子2内注入惰性液体，本实施例中所述 的惰性液体为液氮、液氩和液态二氧化碳中的一种。惰性液体触碰到熔液表面后迅速汽化 并扩散形成覆盖在熔液表面的惰性气体层，惰性气体层能将熔液与空气隔开，物料完全熔 化后继续进行脱氧处理13min，熔化后的熔融金属熔液的温度为1530°C;脱氧处理完毕后使 炉子温度上升至1550°C，然后往熔融金属熔液中添加固体状的免固剂，免固剂与熔融金属 熔液的质量比为2. 5:1000,当免固剂完全熔化于熔融金属熔液后进行浇注，得到镍基合金 件。本实施例中所述的待熔炼的物料也可以采用回炉料。
[0015] 实施例三 本实施例以熔炼l〇5kg的物料为例进行说明，如图1所示，在中频感应炉的炉子2中设 置坩埚1，坩埚1的高度与炉子2的高度比为0. 6:1，感应线圈3缠绕在炉子2的外侧壁上且 感应线圈3的高度不高于坩埚1的高度，感应线圈3的负载品质因数为20,感应线圈3的匝 数为18阻，各匝间的间距为3. 1mm，感应线圈3的高度与感应线圈3的直径比为1:0. 75,在 感应线圈3上还套设有坩埚套4 ;然后将待熔炼的105kg物料投入坩埚1中进行熔化，熔化 后的熔融金属熔液的液面高度要高于感应线圈3的高度，本实施例中，熔化后的熔融金属 熔液的液面高度至少要比感应线圈3的高度高5cm，熔化时间为1. 1小时，中频感应炉的频 率为1873HZ ;在物料熔化过程中向炉子2内注入惰性液体对熔融金属熔液进行脱氧处理， 在实际应用中，在物料熔化过程中也可以连续向炉子2内注入惰性液体，本实施例中所述 的惰性液体为液氮、液氩和液态二氧化碳中的一种。惰性液体触碰到熔液表面后迅速汽化 并扩散形成覆盖在熔液表面的惰性气体层，惰性气体层能将熔液与空气隔开，物料完全熔 化后继续进行脱氧处理15min，熔化后的熔融金属熔液的温度为1535°C;脱氧处理完毕后使 炉子温度上升至1555°C，然后往熔融金属熔液中添加固体状的免固剂，免固剂与熔融金属 熔液的质量比为3:1000,当免固剂完全熔化于熔融金属熔液后进行浇注，得到镍基合金件。 本实施例中所述的待熔炼的物料也可以采用回炉料。
[0016] 本发明的优点是：通过对中频感应炉进行改造，利用高于感应线圈的熔融金属熔 液的液体重力以及对工作频率等参数的设置能够消除驼峰现象，保证熔渣能够完全覆盖在 整个熔融金属熔液的表面上，使熔融金属熔液的表面不直接与气体接触，从而降低了熔融 金属熔液的氧化及吸气程度；此外，对工作频率等参数的设置提高了物料的熔化速度，相同 质量的物料的熔化时间比采用常规熔炼方法进行熔炼的熔化时间至少减少了 0. 5小时，这 就减少了熔融金属熔液停留在炉子中的时间，进一步降低了熔融金属熔液的氧化及吸气程 度。而脱氧处理中，由于惰性液体的密度比气体的密度要大，因而惰性液体形成的惰性气体 层能够更好地覆盖并停留在金属熔液的表面，将金属熔液与空气隔开，使位于金属熔液表 面的氧气的体积分数< 0. 1%，更进一步降低了熔融金属熔液的氧化及吸气程度，而且熔渣 能减少85%左右，有效提高浇注时金属熔液的流动性能，浇注温度相比采用常规熔炼方法 进行浇注的浇注温度降低了 40°C左右。除此之外，免固剂不仅具有很强的脱氧和除气能力， 而且还能细化晶粒，使细化后的镍基合金铸件的晶粒大小能降低27%，从而更好地提高了镍 基合金件的综合力学性能，大大降低了镍基合金件的报废率。
【权利要求】
1. 非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其特征在于：在中频感应炉的炉子中设置坩 埚，坩埚的高度与炉子的高度比为0. 4:1?0. 6:1，将中频感应炉的感应线圈缠绕在炉子的 外侧壁上且感应线圈的高度不高于坩埚的高度，感应线圈各匝间的间距为3±0. 1mm ;然后 将待熔炼的物料投入坩埚中进行熔化，熔化后的熔融金属熔液的液面高度要高于感应线圈 的高度，中频感应炉的频率控制在1868±5HZ范围内；在物料熔化过程中向炉子内注入惰 性液体对熔融金属熔液进行脱氧处理，惰性液体触碰到熔液表面后迅速汽化并扩散形成覆 盖在熔液表面的惰性气体层，惰性气体层能将熔液与空气隔开，物料完全熔化后继续进行 脱氧处理10?15min，熔化后熔融金属熔液的温度控制在1530±5°C范围内；脱氧处理完毕 后使炉子温度上升至1550±5°C，然后往熔融金属熔液中添加固体状的免固剂，免固剂与熔 融金属熔液的质量比为2:1000?3 :1000,当免固剂完全熔化于熔融金属熔液后进行浇注， 得到镍基合金件。
2. 按照权利要求1所述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其特征在于：感应线圈 的高度与感应线圈的直径比为1:0. 65?1:0. 75。
3. 按照权利要求1所述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其特征在于：在感应线 圈上还套设有坩埚套。
4. 按照权利要求1所述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其特征在于：熔化后的 熔融金属熔液的液面高度至少要比感应线圈高度高5cm。
5. 按照权利要求1、2、3或4所述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其特征在于： 所述的惰性液体为液氮、液氩和液态二氧化碳中的一种。
6. 按照权利要求1、2、3或4所述的非真空感应炉熔炼镍基合金的方法，其特征在于： 物料的熔化时间控制在1±〇. 1小时内。
【文档编号】C22C19/03GK104087767SQ201410321726
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】张莉华 申请人:张家港市飞浪泵阀有限公司