一种铝热还原-熔渣精炼制备难混溶合金铸锭的方法
【专利摘要】一种铝热还原-熔渣精炼制备难混溶合金铸锭的方法，属于冶金【技术领域】，按以下步骤进行：（1）根据要制备的难混溶合金铸锭的成分准备金属氧化物粉；（2）将金属氧化物粉和Al粉混合，加入造渣剂；（3）放入反应器内，表层放上Mg粉，在电磁场作用下明火引燃，得到高温熔体；（4）将高温熔体在电磁场作用下进行金渣熔炼，将上层的还原熔炼渣放掉总重量的30~50%，获得熔炼高温熔体；（5）加入预熔渣进行精炼除杂，同时向熔炼高温熔体中喷吹脱氧剂；除去精炼渣，获得精炼合金熔体；（6）强制水冷至室温，再去渣抽锭。本发明的方法操作简单，对工艺条件要求低，是一种低成本快速制备大尺寸难混溶合金的方法。
【专利说明】一种铝热还原-熔渣精炼制备难混溶合金铸锭的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金【技术领域】，特别涉及一种铝热还原-熔渣精炼制备难混溶合金铸 锭的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来随着大功率真空高压开关技术的发展，CuCr合金因具有大的分断电流能 力、高的耐电压强度等优点已逐渐取代了传统的W-Cu、Cu-Bi系列的合金触头材料，广泛应 用于中高压大功率真空开关电路中。随着超高压输电的发展，如何制备均质大尺寸CuCr合 金铸锭已成为制约铜铬合金出头材料应用的关键。
[0003] CuCr合金属于偏晶合金，无法采用普通的熔炼方法制备CuCr合金，因此，世界 各国都把开发CuCr合金的制备工艺和技术放在首位。现有的粉末烧结法、熔渗法等制备 CuCr合金存在生产效率低、合金致密度差等缺陷；真空自耗重熔法可以制备出高致密度合 金铸锭，但是工艺复杂，生产成本高。申请号200910191267.2的专利申请提出先采用真空 感应熔炼或真空非自耗得到合金预制锭，然后在高纯氩气保护下进行悬浮熔炼，最后快速 凝固制备出低夹杂高性能CuCr合金铸锭。申请号96114678. 8和200310105130. 3的专 利申请提出将铜、铬金属压制成自耗电极棒，然后进行电渣重熔制备出CuCr合金触头材 料。但是以上两种制备工艺均采用高纯金属粉末为原料，前者的自耗电极棒采用烧结工 艺制备而成，后者采用真空感应炉熔炼制备而成，不但工艺复杂，而且生产成本很高。申 请号200910022306. 6的专利申请提出了机械合金化法制备CuCr合金触头材料，首先将块 体铬和块体镍等烧结在氩气保护下采用真空电弧或真空感应熔炼法制备成合金锭，然后 在氦气保护下球磨成合金粉末，并与铜粉混合压制成锭烧结得到CuCr合金铸锭。申请号 200810184481. 0和201210240150. 0的专利申请提出了以氧化物为原料，采用铝热还原法 制备铜铁基偏晶合金的思路，由于铝热还原过程属于快速强放热反应过程，且冷却过程中 温度梯度大，冷却速率快，因此得到的合金成分波动大，合金中夹杂物含量高，宏观偏析严 重。
[0004] 张廷安、豆志河等在申请号200510047309. 7的专利申请中提出以氧化物为原料 采用铝热还原-电磁铸造法制备大尺寸均质铜铬合金出头材料，实现了大尺寸铜铬合金触 头材料的制备；但是制备的合金铸锭中存在夹杂物高、气孔缺陷多等质量问题。张廷安等在 申请号200710011613. 5以及200510047309. 7的专利申请公开的工艺基础上，进一步提出 采用电渣重熔精炼，解决了铝热还原-电磁铸造法制备的铜铬合金存在的夹杂物高、气孔 缺陷多等质量问题，制备出均质大尺寸致密的铜铬合金铸锭，但是合金成分波动大的缺点 仍未解决，且工艺流程较长，操作复杂。
【发明内容】
[0005] 针对现有大尺寸均质难混溶合金铸锭在制备技术上存在的上述不足，本发明提供 一种铝热还原-熔渣精炼制备难混溶合金铸锭的方法，通过将金属的氧化物与A1进行铝 热还原，然后电磁场作用下熔炼金渣分离，再用预熔渣精炼除杂，并进行脱氧精炼和成分调 整，最后快速凝固制成大尺寸均质的难混溶合金铸锭，简化操作并降低成本的同时，达到阻 止成分偏析、保证大尺寸均质难混溶合金铸锭的纯度。
[0006] 本发明的铝热还原一熔渣精炼制备难混溶合金铸锭的方法按以下步骤进行： 1、 准备金属氧化物粉： 根据要制备的难混溶合金铸锭的成分准备金属氧化物粉，金属氧化物粉为Cu基金属 氧化物粉、A1基合金用金属氧化物粉或Ni基金属氧化物粉；Cu基金属氧化物粉由CuO粉 和PbO粉组成，或由CuO粉和C〇0粉组成，或由CuO粉和Fe 203粉组成；A1基金属氧化物粉 为PbO粉、Bi203粉或Ιη 203粉；Ni基金属氧化物粉由Ni20粉和CuO粉组成，或由Ni20粉和 PbO粉组成； 2、 混合配料： 将金属氧化物粉和A1粉混合，然后加入造渣剂CaO, CaO占金属氧化物粉和A1粉总重 量的2~5%，将全部物料混合均匀后制成待还原物料； 3、 铝热还原： 将待还原物料放入反应器内，并在待还原物料表层放上Mg粉，将Mg粉直接明火引燃， 引发铝热还原反应，同时启动电磁感应进行电磁搅拌，得到由合金熔体和氧化铝基还原熔 渣组成的高温熔体； 4、 电磁场作用下感应熔炼： 将高温熔体在电磁场作用下进行金渣熔炼，熔炼温度为190(T200(TC，熔炼时间为 1飞min，上层形成还原熔渣，下层形成合金熔体；熔炼结束后将上层的还原熔炼渣放掉总重 量的5(Γ70%，获得熔炼高温熔体，熔炼高温熔体的上层为剩余还原熔渣，下层为合金熔体； 5、 电磁场作用下熔渣精炼： 在电磁场作用下，向熔炼高温熔体中加入预熔渣进行精炼除杂，预熔渣加入量为熔炼 高温熔体中剩余还原熔渣重量的〇. 5~1倍，精炼温度为140(T2000°C，精炼时间5~30min ;同 时在熔渣精炼过程中，采用底吹方式，通过惰性气体携带向熔炼高温熔体中喷吹脱氧剂；精 炼完成获得精炼合金熔体，上层为熔渣层，下层为精炼合金熔体层； 6、 精炼合金熔体的快速凝固： 停止施加电磁场并将反应器强制水冷，至精炼合金熔体冷却至室温，再去渣抽锭，制成 难混溶合金铸锭。
[0007] 上述的难混溶合金铸锭为CuPb合金铸锭、CuOCo合金铸锭、CuFe合金铸锭、AlPb 合金铸锭、AIBi合金铸锭、Alin合金铸锭、NiCu合金铸锭或NiPb合金铸锭。
[0008] 上述的预熔渣为CaF2-Ca0二元渣或CaF2_Na 3AlF6二元渣，预熔渣中CaF2的质量分 数为50?70%。
[0009] 上述的脱氧剂为Ca粉或Mg粉，用量为熔炼高温熔体总重量的0. 1~0. 5%。
[0010] 上述方法中，当金属氧化物粉由CuO粉和PbO粉组成时，混合配料时CuO粉、PbO粉 和A1粉的混合比例按重量比为100: (4. 5~775) : (28~105);当金属氧化物粉由CuO粉和 C〇0粉组成时，混合配料时CuO粉、C〇0粉和A1粉的混合比例按重量比为100: (6~350): (3(Tl75);当金属氧化物粉由CuO粉和Fe203粉组成时，混合配料时CuO粉、Fe 203粉和A1粉 的混合比例按重量比为100: (5. 5~115) : (3(T75);当金属氧化物粉为PbO粉时，混合配 料时A1粉和PbO粉的混合比例按重量比为100: (4. 5?40);当金属氧化物粉为Bi203粉时， 混合配料时A1粉和Bi203粉的混合比例按重量比为100: (2~40);当金属氧化物粉为Ιη203 粉时，混合配料时A1粉和Ιη203粉的混合比例按重量比为100: (5飞0);当金属氧化物粉由 Ni20粉和CuO粉组成时，混合配料时Ni20粉、CuO粉和A1粉的混合比例按重量比为100: (5?100) : (3(T55);当金属氧化物粉由Ni20粉和PbO粉组成时，混合配料时Ni20粉、PbO粉 和A1粉的混合比例按重量比为100: (4?85): (30?40)。
[0011] 上述的CuCr合金铸锭的直径为Φ5(Γ?20πιπι。
[0012] 上述方法中选用的惰性气体为氩气。
[0013] 上述方法中底吹喷粉时惰性气体的流量为5-20L/min。
[0014] 上述的电磁场的频率彡1000Hz。
[0015] 上述方法中铝热还原部分的反应原理为： 1、 以铜基金属粉作为金属氧化物粉： Cu0+Me0y+Al - Cu+Me+Al203 Me 为 Pb、Co 或 Fe ; 2、 以A1基合金用金属粉作为金属氧化物粉： Me0y+Al - Al+Me+Al203 Me 为 Pb、Bi 或 In; 3、 以镍基金属粉作为金属氧化物粉： Ni0+Me0y+Al - Ni+Me+Al203 Me 为 Pb 或 Cu。
[0016] 本发明具有如下优点： 1、 对于铜基、铝基或镍基难混溶合金，以金属氧化物为原料，铝粉为还原剂，在电磁场 作用下进行铝热还原熔炼，然后放掉3(Γ50%还原熔炼渣，得到均匀的高温铜铬合金熔体， 整个操作在空气中进行，具有操作简单、能耗低等优点，且大大降低了原料成本； 2、 将铝热还原熔炼得到的均匀的高温合金熔体直接进行熔渣精炼除杂，高温合金熔体 中非金属氧化物夹杂、气体杂质得到了有效地去除，得到纯净的高温合金熔体； 3、 由于熔渣精炼是加入CaF2质量分数50%-70%的CaF2基预熔渣进行精炼，保证了精炼 渣具有良好的导电性；在电磁场作用下进行熔渣精炼时，不但强化精炼除杂效果，而且保证 了高温合金熔体上部形成均匀的温度场，阻止了温度梯度过大引起的合金熔体的中第二相 析出造成的宏观偏析，从而得到混合均匀的纯净的高温合金熔体； 4、 在加预熔渣进行熔渣精炼过程中，以惰性气体携带采用底吹方式将活泼金属脱氧剂 喷吹到高温合金熔体中进行深度脱氧；惰性载气携带，不但有效脱除了合金中的氧含量，而 且强化了合金中气体夹杂的彻底去除； 5、 将精炼得到的纯净的均质合金熔体直接进行强制水冷快速凝固，避免了浇铸凝固过 程造成的二次污染、宏观偏析以及浇铸缺陷，保证了合金铸锭的均匀、致密和纯净化； 6、 当合金成分不满足成分设计要求时，可在喷吹脱氧剂精炼时喷吹组成难混溶合金中 组分进行合金成分调整，从而实现了合金成分的精确设计控制； 7、 本发明不但可以制备大尺寸铜基、铝基、镍基等贱金属基系列难混溶合金的制备，尤 其对于低偏晶组成的系列合金的制备具有自身的技术优势。
[0017] 本发明的方法所有的操作均是在大气气氛中进行的，操作简单，对工艺条件要求 低，该方法是一种低成本快速制备大尺寸均质致密难混溶合金的方法，同时适用于其他偏 晶合金大尺寸铸锭的规模化低成本制备。
【具体实施方式】
[0018] 本发明实施例中采用的CuO粉的纯度彡98. 5%，粒度ΚΚΓ200目。
[0019] 本发明实施例中采用的Fe203粉的纯度彡99. 0%，粒度ΚΚΓ200目。
[0020] 本发明实施例中采用的Ni20粉的纯度彡98. 5%，粒度ΚΚΓ200目。
[0021] 本发明实施例中采用的PbO粉的纯度彡98. 5%，粒度ΚΚΓ200目。
[0022] 本发明实施例中采用的C〇0粉的纯度彡99. 0%，粒度ΚΚΓ200目。
[0023] 本发明实施例中采用的Bi203粉的纯度彡98. 5%，粒度ΚΚΓ200目。
[0024] 本发明实施例中采用的Ιη203粉的纯度彡98. 0%，粒度10(Γ200目。
[0025] 本发明实施例中采用的Α1粉的纯度彡99. 5%，粒度< 100目。
[0026] 本发明实施例中采用的Mg粉的纯度彡99. 5%，粒度广5mm。
[0027] 本发明实施例中采用的Ca粉的纯度> 99. 5%，粒度广5mm。
[0028] 本发明实施例中的电磁场由中频或工频感应炉的感应线圈在加热的同时形成的 感应电磁场，亦可采用其它方式获得。
[0029] 本发明实施例中采用的反应器为石墨坩埚，内径在5(Tl20mm。
[0030] 本发明实施例中采用的氩气的纯度> 99. 95%。
[0031] 本发明实施例中电磁场作用时的频率在ΚΚΚΓ2500 Hz。
[0032] 实施例1 根据要制备的难混溶合金铸锭的成分分别准备三份金属氧化物粉，金属氧化物粉为Cu 基金属氧化物粉，由CuO粉和PbO粉组成； 将每份金属氧化物粉分别和A1粉混合，然后分别加入造渣剂CaO,每份中CaO分别占金 属氧化物粉和A1粉总重量的2%、3%和5%，将全部物料混合均匀后制成三份待还原物料； 每份进行混合配料时CuO粉、PbO粉和A1粉的混合比例按重量比分别为100:4. 5:28、 100:320:60 和 100:775:105 ; 将待还原物料分别放入反应器内，并在待还原物料表层放上Mg粉，将Mg粉直接明火引 燃，引发铝热还原反应，同时启动电磁感应进行电磁搅拌，分别得到由合金熔体和氧化铝基 还原熔渣组成的三份高温熔体； 将三份高温熔体在电磁场作用下进行金渣熔炼，熔炼温度分别为1900°C、1950°C和 2000°C,烙炼时间分别为5 min、3 min和lmin,上层形成还原烙渔,下层形成合金烙体；烙 炼结束后将上层的还原熔炼渣分别放掉总重量的50%、60%和70%，获得三份熔炼高温熔体， 熔炼高温熔体的上层为剩余还原熔渣，下层为合金熔体； 在电磁场作用下，分别向熔炼高温熔体中加入预熔渣进行精炼除杂，预熔渣加入量分 别为熔炼高温熔体中剩余还原熔渣重量的〇. 5、0. 6和1倍，精炼温度分别为1400°C、1800°C 和2000°C，精炼时间分别为30min、15 min和5min;同时在熔渣精炼过程中，采用底吹方 式，通过氩气携带向熔炼高温熔体中喷吹脱氧剂；精炼完成获得精炼合金熔体，上层为熔渣 层，下层为精炼合金烙体层； 所述的预熔渣为CaF2-CaO二元渣，预熔渣中CaF2的质量分数分别为50%、60%和70% ; 所述的脱氧剂为Ca粉，用量分别为熔炼高温熔体总重量的0. 1%、0. 3%和0. 5% ; 底吹喷粉时氩气的流量为5L/min ; 精炼除渣后，停止施加电磁场并将反应器强制水冷，至精炼合金熔体冷却至室温，再去 渣抽锭，制成三份CuPb合金铸锭；直径分别为Φ 50mm、Φ 80mm和Φ 120mm。
[0033] 实施例2 根据要制备的难混溶合金铸锭的成分分别准备三份难混溶金属氧化物粉，金属氧化物 粉为Cu基金属氧化物粉，由CuO粉和C〇0粉组成； 将每份金属氧化物粉分别和A1粉混合，然后分别加入造渣剂CaO,每份中CaO分别占金 属氧化物粉和A1粉总重量的2%、3%和5%，将全部物料混合均匀后制成三份待还原物料； 每份进行混合配料时CuO粉、C〇0粉和A1粉的混合比例按重量比分别为100:6:30、 100:150:90 和 100:350:175 ; 将待还原物料分别放入反应器内，并在待还原物料表层放上Mg粉，将Mg粉直接明火引 燃，引发铝热还原反应，同时启动电磁感应进行电磁搅拌，分别得到由合金熔体和氧化铝基 还原熔渣组成的三份高温熔体； 将三份高温熔体在电磁场作用下进行金渣熔炼，熔炼温度分别为1900°C、1950°C和 2000°C,烙炼时间分别为5 min、3 min和lmin,上层形成还原烙渔,下层形成合金烙体；烙 炼结束后将上层的还原熔炼渣分别放掉总重量的50%、60%和70%，获得三份熔炼高温熔体， 熔炼高温熔体的上层为剩余还原熔渣，下层为合金熔体； 在电磁场作用下，分别向熔炼高温熔体中加入预熔渣进行精炼除杂，预熔渣加入量分 别为熔炼高温熔体中剩余还原熔渣重量的〇. 5、0. 6和1倍，精炼温度分别为1400°C、1800°C 和2000°C，精炼时间分别为30min、15 min和5min;同时在熔渣精炼过程中，采用底吹方 式，通过氩气携带向熔炼高温熔体中喷吹脱氧剂；精炼完成获得精炼合金熔体，上层为熔渣 层，下层为精炼合金烙体层； 所述的预熔渣为CaF2-Na3AlF6二元渣，预熔渣中CaF 2的质量分数分别为50%、60%和 70% ； 所述的脱氧剂为Ca粉，用量分别为熔炼高温熔体总重量的0. 1%、0. 3%和0. 5% ; 底吹喷粉时氩气的流量为l〇L/min ; 精炼除渣后，停止施加电磁场并将反应器强制水冷，至精炼合金熔体冷却至室温，再去 渣抽锭，制成三份CuOCo合金铸锭；直径分别为Φ 50mm、Φ 80mm和Φ 120mm。
[0034] 实施例3 根据要制备的难混溶合金铸锭的成分分别准备三份金属氧化物粉，金属氧化物粉为Cu 基金属氧化物粉，由CuO粉和Fe203粉组成； 将每份金属氧化物粉分别和A1粉混合，然后分别加入造渣剂CaO,每份中CaO分别占金 属氧化物粉和A1粉总重量的2%、3%和5%，将全部物料混合均匀后制成三份待还原物料； 每份进行混合配料时CuO粉、Fe 203粉和A1粉的混合比例按重量比分别为100:5. 5:30、 100:50:48 和 100:115:75 ; 将待还原物料分别放入反应器内，并在待还原物料表层放上Mg粉，将Mg粉直接明火引 燃，引发铝热还原反应，同时启动电磁感应进行电磁搅拌，分别得到由合金熔体和氧化铝基 还原熔渣组成的三份高温熔体； 将三份高温熔体在电磁场作用下进行金渣熔炼，熔炼温度分别为1900°C、1950°C和 2000°C,烙炼时间分别为5 min、3 min和lmin,上层形成还原烙渔,下层形成合金烙体；烙 炼结束后将上层的还原熔炼渣分别放掉总重量的50%、60%和70%，获得三份熔炼高温熔体， 熔炼高温熔体的上层为剩余还原熔渣，下层为合金熔体； 在电磁场作用下，分别向熔炼高温熔体中加入预熔渣进行精炼除杂，预熔渣加入量分 别为熔炼高温熔体中剩余还原熔渣重量的〇. 5、0. 6和1倍，精炼温度分别为1400°C、1800°C 和2000°C，精炼时间分别为30min、15 min和5min;同时在熔渣精炼过程中，采用底吹方 式，通过氩气携带向熔炼高温熔体中喷吹脱氧剂；精炼完成获得精炼合金熔体，上层为熔渣 层，下层为精炼合金烙体层； 所述的预熔渣为CaF2-CaO二元渣，预熔渣中CaF2的质量分数分别为50%、60%和70% ; 所述的脱氧剂为Mg粉，用量分别为熔炼高温熔体总重量的0. 1%、0. 3%和0. 5% ; 底吹喷粉时氩气的流量为15L/min ; 精炼除渣后，停止施加电磁场并将反应器强制水冷，至精炼合金熔体冷却至室温，再去 渣抽锭，制成三份CuFe合金铸锭；直径分别为Φ 50mm、Φ 80mm和Φ 120mm。
[0035] 实施例4 根据要制备的难混溶合金铸锭的成分分别准备三份金属氧化物粉，金属氧化物粉为 PbO 粉； 将每份金属氧化物粉分别和A1粉混合，然后分别加入造渣剂CaO,每份中CaO分别占金 属氧化物粉和A1粉总重量的2%、3%和5%，将全部物料混合均匀后制成三份待还原物料； 每份进行混合配料时A1粉和PbO粉的混合比例按重量比分别为100:4. 5、100:30和 100:40 ； 将待还原物料分别放入反应器内，并在待还原物料表层放上Mg粉，将Mg粉直接明火引 燃，引发铝热还原反应，同时启动电磁感应进行电磁搅拌，分别得到由合金熔体和氧化铝基 还原熔渣组成的三份高温熔体； 将三份高温熔体在电磁场作用下进行金渣熔炼，熔炼温度分别为1900°C、1950°C和 2000°C,烙炼时间分别为5 min、3 min和lmin,上层形成还原烙渔,下层形成合金烙体；烙 炼结束后将上层的还原熔炼渣分别放掉总重量的50%、60%和70%，获得三份熔炼高温熔体， 熔炼高温熔体的上层为剩余还原熔渣，下层为合金熔体； 在电磁场作用下，分别向熔炼高温熔体中加入预熔渣进行精炼除杂，预熔渣加入量分 别为熔炼高温熔体中剩余还原熔渣重量的〇. 5、0. 6和1倍，精炼温度分别为1400°C、1800°C 和2000°C，精炼时间分别为30min、15 min和5min;同时在熔渣精炼过程中，采用底吹方 式，通过氩气携带向熔炼高温熔体中喷吹脱氧剂；精炼完成获得精炼合金熔体，上层为熔渣 层，下层为精炼合金烙体层； 所述的预熔渣为CaF2-Na3AlF6二元渣，预熔渣中CaF 2的质量分数分别为50%、60%和 70% ； 所述的脱氧剂为Mg粉，用量分别为熔炼高温熔体总重量的0. 1%、0. 3%和0. 5% ; 底吹喷粉时氩气的流量为20L/min ; 精炼除渣后，停止施加电磁场并将反应器强制水冷，至精炼合金熔体冷却至室温，再去 渣抽锭，制成三份AlPb合金铸锭；直径分别为Φ 50mm、Φ 80mm和Φ 120mm。
[0036] 实施例5 根据要制备的难混溶合金铸锭的成分分别准备三份金属氧化物粉，金属氧化物粉为 Bi203 粉； 将每份金属氧化物粉分别和A1粉混合，然后分别加入造渣剂CaO,每份中CaO分别占金 属氧化物粉和A1粉总重量的2%、3%和5%，将全部物料混合均匀后制成三份待还原物料； 每份进行混合配料时A1粉和Bi203粉的混合比例按重量比分别为100:2、100:20和 100:40 ； 将待还原物料分别放入反应器内，并在待还原物料表层放上Mg粉，将Mg粉直接明火引 燃，引发铝热还原反应，同时启动电磁感应进行电磁搅拌，分别得到由合金熔体和氧化铝基 还原熔渣组成的三份高温熔体； 将三份高温熔体在电磁场作用下进行金渣熔炼，熔炼温度分别为1900°C、1950°C和 2000°C,烙炼时间分别为5 min、3 min和lmin,上层形成还原烙渔,下层形成合金烙体；烙 炼结束后将上层的还原熔炼渣分别放掉总重量的50%、60%和70%，获得三份熔炼高温熔体， 熔炼高温熔体的上层为剩余还原熔渣，下层为合金熔体； 在电磁场作用下，分别向熔炼高温熔体中加入预熔渣进行精炼除杂，预熔渣加入量分 别为熔炼高温熔体中剩余还原熔渣重量的〇. 5、0. 6和1倍，精炼温度分别为1400°C、1800°C 和2000°C，精炼时间分别为30min、15min和5min ;同时在熔渣精炼过程中，采用底吹方式， 通过氩气携带向熔炼高温熔体中喷吹脱氧剂；精炼完成获得精炼合金熔体，上层为熔渣层， 下层为精炼合金熔体层； 所述的预熔渣为CaF2-CaO二元渣，预熔渣中CaF2的质量分数分别为50%、60%和70% ; 所述的脱氧剂为Ca粉，用量分别为熔炼高温熔体总重量的0. 1%、0. 3%和0. 5% ; 底吹喷粉时氩气的流量为5L/min ; 精炼除渣后，停止施加电磁场并将反应器强制水冷，至精炼合金熔体冷却至室温，再去 渣抽锭，制成三份AIBi合金铸锭；直径分别为Φ 50mm、Φ 80mm和Φ 120mm。
[0037] 实施例6 根据要制备的难混溶合金铸锭的成分分别准备三份金属氧化物粉，金属氧化物粉为 Ιη203 粉； 将每份金属氧化物粉分别和A1粉混合，然后分别加入造渣剂CaO,每份中CaO分别占金 属氧化物粉和A1粉总重量的2%、3%和5%，将全部物料混合均匀后制成三份待还原物料； 每份进行混合配料时A1粉和Ιη203粉的混合比例按重量比分别为100:5、100:35和 100:60 ； 将待还原物料分别放入反应器内，并在待还原物料表层放上Mg粉，将Mg粉直接明火引 燃，引发铝热还原反应，同时启动电磁感应进行电磁搅拌，分别得到由合金熔体和氧化铝基 还原熔渣组成的三份高温熔体； 将三份高温熔体在电磁场作用下进行金渣熔炼，熔炼温度分别为1900°C、1950°C和 2000°C,烙炼时间分别为5 min、3 min和lmin,上层形成还原烙渔,下层形成合金烙体；烙 炼结束后将上层的还原熔炼渣分别放掉总重量的50%、60%和70%，获得三份熔炼高温熔体， 熔炼高温熔体的上层为剩余还原熔渣，下层为合金熔体； 在电磁场作用下，分别向熔炼高温熔体中加入预熔渣进行精炼除杂，预熔渣加入量分 别为熔炼高温熔体中剩余还原熔渣重量的〇. 5、0. 6和1倍，精炼温度分别为1400°C、1800°C 和2000°C，精炼时间分别为30min、15 min和5min;同时在熔渣精炼过程中，采用底吹方 式，通过氩气携带向熔炼高温熔体中喷吹脱氧剂；精炼完成获得精炼合金熔体，上层为熔渣 层，下层为精炼合金烙体层； 所述的预熔渣为CaF2-Na3AlF6二元渣，预熔渣中CaF 2的质量分数分别为50%、60%和 70% ； 所述的脱氧剂为Ca粉，用量分别为熔炼高温熔体总重量的0. 1%、0. 3%和0. 5% ; 底吹喷粉时氩气的流量为l〇L/min ; 精炼除渣后，停止施加电磁场并将反应器强制水冷，至精炼合金熔体冷却至室温，再去 渣抽锭，制成三份Alin合金铸锭；直径分别为Φ50mm、Φ80mm和Φ 120mm。
[0038] 实施例7 根据要制备的难混溶合金铸锭的成分分别准备三份金属氧化物粉，金属氧化物粉为Ni 基金属氧化物粉，由Ni20粉和CuO粉组成； 将每份金属氧化物粉分别和A1粉混合，然后分别加入造渣剂CaO,每份中CaO分别占金 属氧化物粉和A1粉总重量的2%、3%和5%，将全部物料混合均匀后制成三份待还原物料； 每份进行混合配料时Ni20粉、CuO粉和A1粉的混合比例按重量比分别为100:5:30、 100:30:41 和 100:100:55 ; 将待还原物料分别放入反应器内，并在待还原物料表层放上Mg粉，将Mg粉直接明火引 燃，引发铝热还原反应，同时启动电磁感应进行电磁搅拌，分别得到由合金熔体和氧化铝基 还原熔渣组成的三份高温熔体； 将三份高温熔体在电磁场作用下进行金渣熔炼，熔炼温度分别为1900°C、1950°C和 2000°C,烙炼时间分别为5 min、3 min和lmin,上层形成还原烙渔,下层形成合金烙体；烙 炼结束后将上层的还原熔炼渣分别放掉总重量的50%、60%和70%，获得三份熔炼高温熔体， 熔炼高温熔体的上层为剩余还原熔渣，下层为合金熔体； 在电磁场作用下，分别向熔炼高温熔体中加入预熔渣进行精炼除杂，预熔渣加入量分 别为熔炼高温熔体中剩余还原熔渣重量的〇. 5、0. 6和1倍，精炼温度分别为1400°C、1800°C 和2000°C，精炼时间分别为30min、15 min和5min;同时在熔渣精炼过程中，采用底吹方 式，通过氩气携带向熔炼高温熔体中喷吹脱氧剂；精炼完成获得精炼合金熔体，上层为熔渣 层，下层为精炼合金烙体层； 所述的预熔渣为CaF2-Ca0二元渣，预熔渣中CaF2的质量分数分别为50%、60%和70% ; 所述的脱氧剂为Mg粉，用量分别为熔炼高温熔体总重量的0. 1%、0. 3%和0. 5% ; 底吹喷粉时氩气的流量为15L/min ; 精炼除渣后，停止施加电磁场并将反应器强制水冷，至精炼合金熔体冷却至室温，再去 渣抽锭，制成三份NiCu合金铸锭；直径分别为Φ 50mm、Φ 80mm和Φ 120mm。
[0039] 实施例8 根据要制备的难混溶合金铸锭的成分分别准备三份金属氧化物粉，金属氧化物粉为Ni 基金属氧化物粉，由Ni20粉和PbO粉组成； 将每份金属氧化物粉分别和A1粉混合，然后分别加入造渣剂CaO,每份中CaO分别占金
【权利要求】
1. 一种铝热还原-熔渣精炼制备难混溶合金铸锭的方法，其特征在于按以下步骤进 行： (1) 准备金属氧化物粉： 根据要制备的难混溶合金铸锭的成分准备金属氧化物粉，金属氧化物粉为CU基金属 氧化物粉、A1基金属氧化物粉或Ni基金属氧化物粉；Cu基金属氧化物粉由CuO粉和PbO粉 组成，或由CuO粉和CoO粉组成，或由CuO粉和Fe 203粉组成；A1基金属氧化物粉为PbO粉、 Bi203粉或Ιη203粉；Ni基金属氧化物粉由Ni 20粉和CuO粉组成，或由Ni20粉和PbO粉组成； (2) 混合配料： 将金属氧化物粉和A1粉混合，然后加入造渣剂CaO, CaO占金属氧化物粉和A1粉总重 量的2~5%，将全部物料混合均匀后制成待还原物料； (3) 铝热还原： 将待还原物料放入反应器内，并在待还原物料表层放上Mg粉，将Mg粉直接明火引燃， 引发铝热还原反应，同时启动电磁感应进行电磁搅拌，得到由合金熔体和氧化铝基还原熔 渣组成的高温熔体； (4) 电磁场作用下感应熔炼： 将高温熔体在电磁场作用下进行金渣熔炼分离，熔炼温度为190(T2000°C，熔炼时间为 1飞min，上层形成还原熔渣，下层形成合金熔体；熔炼结束后将上层的还原熔炼渣放掉总重 量的5(Γ70%，获得熔炼高温熔体，熔炼高温熔体的上层为剩余还原熔渣，下层为合金熔体； (5) 电磁场作用下熔渣精炼： 在电磁场作用下，向熔炼高温熔体中加入预熔渣进行精炼除杂，预熔渣加入量为熔炼 高温熔体中剩余还原熔渣重量的〇. 5~1倍，精炼温度为140(T2000°C，精炼时间5~30min ;同 时在熔渣精炼过程中，采用底吹方式，通过惰性气体携带向熔炼高温熔体中喷吹脱氧剂；精 炼完成后获得精炼的高温熔体，上层为熔渣层，下层为精炼合金熔体层； (6) 精炼合金熔体的快速凝固： 停止施加电磁场并进行强制水冷，至精炼合金熔体冷却至室温，再去渣抽锭，制成难混 溶合金铸锭。
2. 根据权利要求1所述的一种铝热还原-熔渣精炼制备难混溶合金铸锭的方法，其特 征在于所述的混溶合金铸锭为CuPb合金铸锭、CuCo合金铸锭、CuFe合金铸锭、AlPb合金铸 锭、AIBi合金铸锭、Alin合金铸锭、NiCu合金铸锭或NiPb合金铸锭。
3. 根据权利要求1所述的一种铝热还原-熔渣精炼制备难混溶合金铸锭的方法，其特 征在于所述的预烙渔为CaF2_CaO二元渔或CaF 2_Na3AlF6二元渔，预烙渔中CaF2的质量分数 为50?70%。
4. 根据权利要求1所述的一种铝热还原-熔渣精炼制备难混溶合金铸锭的方法，其特 征在于所述的脱氧剂为Ca粉或Mg粉，用量为熔炼高温熔体总重量的0. 1~0. 5%。
5. 根据权利要求1所述的一种铝热还原-熔渣精炼制备难混溶合金铸锭的方法，其特 征在于当金属氧化物粉由CuO粉和PbO粉组成时，混合配料时CuO粉、PbO粉和A1粉的混合 比例按重量比为100: (4. 5?775) : (28?105);当金属氧化物粉由CuO粉和CoO粉组成时， 混合配料时CuO粉、CoO粉和A1粉的混合比例按重量比为100: (6?350) : (3(Tl75);当金 属氧化物粉由CuO粉和Fe203粉组成时，混合配料时CuO粉、Fe 203粉和A1粉的混合比例按 重量比为100: (5. 5~115): (3(T75);当金属氧化物粉为PbO粉时，混合配料时A1粉和PbO 粉的混合比例按重量比为100: (4. 5~40);当金属氧化物粉为Bi203粉时，混合配料时A1粉 和Bi20 3粉的混合比例按重量比为100: (2~40);当金属氧化物粉为Ιη203粉时，混合配料时 八1粉和111 203粉的混合比例按重量比为100:(5~60);当金属氧化物粉由附 20粉和(：110粉组 成时，混合配料时Ni20粉、CuO粉和A1粉的混合比例按重量比为100: (5?100): (3(T55); 当金属氧化物粉由Ni20粉和PbO粉组成时，混合配料时Ni20粉、PbO粉和A1粉的混合比例 按重量比为100: (4?85): (30?40)。
6.根据权利要求1所述的一种铝热还原-熔渣精炼制备难混溶合金铸锭的方法，其特 征在于所述的CuCr合金铸锭的直径为Φ5(Γ?20πιπι。
【文档编号】C22B5/04GK104120261SQ201410345183
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】豆志河, 张廷安, 刘燕, 张子木, 王聪, 赵秋月, 吕国志, 牛丽萍, 赫冀成 申请人:东北大学