非真空感應爐熔煉鎳基合金的方法
【專利摘要】本發明公開了一種非真空感應爐熔煉鎳基合金的方法，首先改造中頻感應爐，然后將待熔煉的物料投入坩堝中進行熔化，中頻感應爐的頻率控制在1868±5HZ范圍內；在物料熔化過程中向爐子內連續注入惰性液體對熔融金屬熔液進行脫氧處理，物料完全熔化后進行脫氧處理10～15min，熔化后熔融金屬熔液的溫度控制在1530±5℃范圍內；脫氧處理完畢后使爐子溫度上升至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量比為2:1000～3:1000，當免固劑完全熔化于熔融金屬熔液后進行澆注，得到鎳基合金件。本發明的優點是：在非真空高溫條件下能有效降低出現氧化和吸氣現象、并能有效消除駝峰現象。
【專利說明】非真空感應爐熔煉鎳基合金的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及到冶金【技術領域】，尤其涉及一種非真空感應爐熔煉鎳基合金的方法。

【背景技術】
[0002] 中頻感應爐屬于非真空感應爐，中頻感應爐內設置有用于熔煉物料的爐子，感應 線圈纏繞在爐子的外側壁上，物料在中頻感應爐的高溫條件下進行熔煉，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出現氧化和吸氣 現象，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 氣現象，這就會導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爐中感應線圈產生 的電磁力的作用會產生強烈的攪拌，由于電磁攪拌力的存在，使得熔融金屬熔液的表面出 現駝峰現象，駝峰會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被氧化并形成金屬氧化物，這必 然會大大降低熔煉后得到的鎳基合金件的綜合力學性能。為降低氧化和吸氣現象，在熔煉 鎳基合金時普遍采用真空熔煉或者電渣熔煉，但是真空熔煉設備和電渣熔煉設備的結構復 雜、價格昂貴、操作困難而且設備故障多，費時費工，生產效率低，難以滿足大批量、結構復 雜、尺寸較大的鎳基合金件的生產，因而不適于大規模的生產。


【發明內容】

[0003] 本發明所需解決的技術問題是：提供一種在非真空高溫條件下能有效降低出現氧 化和吸氣現象的概率、并能有效消除駝峰現象的非真空感應爐熔煉鎳基合金的方法。
[0004] 為解決上述問題，本發明采用的技術方案是：所述的非真空感應爐熔煉鎳基合金 的方法，在中頻感應爐的爐子中設置坩堝，坩堝的高度與爐子的高度比為0. 4:1?0. 6:1， 將中頻感應爐的感應線圈纏繞在爐子的外側壁上且感應線圈的高度不高于坩堝的高度，感 應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行熔化，熔化后的熔 融金屬熔液的液面高度要高于感應線圈的高度，中頻感應爐的頻率控制在1868±5HZ范圍 內；在物料熔化過程中向爐子內注入惰性液體對熔融金屬熔液進行脫氧處理，惰性液體觸 碰到熔液表面后迅速汽化并擴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進行脫氧處理10?15min，熔化后熔融金屬熔液的溫度 控制在1530±5°C范圍內；脫氧處理完畢后使爐子溫度上升至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量比為2:1000?3:1000,當免固 劑完全熔化于熔融金屬熔液后進行澆注，得到鎳基合金件。
[0005] 進一步地，前述的非真空感應爐熔煉鎳基合金的方法，其中，感應線圈的高度與感 應線圈的直徑比為1:0. 65?1:0. 75。
[0006] 進一步地，前述的非真空感應爐熔煉鎳基合金的方法，其中，在感應線圈上還套設 有坩堝套。
[0007] 進一步地，前述的非真空感應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線圈高度高5cm。
[0008] 進一步地，前述的非真空感應爐熔煉鎳基合金的方法，其中，所述的惰性液體為液 氮、液氬和液態二氧化碳中的一種。
[0009] 進一步地，前述的非真空感應爐熔煉鎳基合金的方法，其中，物料的熔化時間控制 在1±0. 1小時內。
[0010] 本發明的有益效果是：利用高于感應線圈的熔融金屬熔液的液體重力以及對工作 頻率等參數的設置能夠消除駝峰現象，保證熔渣能夠完全覆蓋在整個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數< 0. 1%。 除此之外，免固劑不僅具有很強的脫氧和除氣能力，而且還能細化晶粒，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性能，大大降低了鎳基合金件 的報廢率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是本發明所述的非真空感應爐熔煉鎳基合金的方法中改造后的中頻感應爐 的內部結構示意圖。

【具體實施方式】
[0012] 下面結合附圖及優選實施例對本發明所述的技術方案作進一步詳細的說明。
[0013] 實施例一 本實施例以熔煉95kg的物料為例進行說明，如圖1所示，在中頻感應爐的爐子2中設 置坩堝1，坩堝1的高度與爐子2的高度比為0. 4:1，感應線圈3纏繞在爐子2的外側壁上 且感應線圈3的高度不高于坩堝1的高度，感應線圈3的負載品質因數為20,感應線圈3的 匝數為18阻，各匝間的間距為2. 9mm，感應線圈3的高度與感應線圈3的直徑比為1:0. 65， 在感應線圈3上還套設有坩堝套4 ;然后將待熔煉的95kg物料投入坩堝1中進行熔化，熔 化后的熔融金屬熔液的液面高度要高于感應線圈3的高度，本實施例中，熔化后的熔融金 屬熔液的液面高度至少要比感應線圈3的高度高5cm，熔化時間為0. 9小時，中頻感應爐的 頻率為1863HZ ;在物料熔化過程中向爐子2內注入惰性液體對熔融金屬熔液進行脫氧處 理，在實際應用中，在物料熔化過程中也可以連續向爐子2內注入惰性液體，本實施例中所 述的惰性液體為液氮、液氬和液態二氧化碳中的一種。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 熔化后繼續進行脫氧處理lOmin，熔化后的熔融金屬熔液的溫度為1525°C;脫氧處理完畢后 使爐子溫度上升至1545°C，然后往熔融金屬熔液中添加固體狀的免固劑，免固劑學名為精 煉劑，可以直接從市場上購買到，免固劑與熔融金屬熔液的質量比為2:1000,當免固劑完全 熔化于熔融金屬熔液后進行澆注，得到鎳基合金件。本實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] 實施例二 本實施例以熔煉l〇〇kg的物料為例進行說明，如圖1所示，在中頻感應爐的爐子2中設 置坩堝1，坩堝1的高度與爐子2的高度比為0.51:1，感應線圈3纏繞在爐子2的外側壁上 且感應線圈3的高度不高于坩堝1的高度，感應線圈3的負載品質因數為20,感應線圈3的 匝數為18阻，各匝間的間距為3mm，感應線圈3的高度與感應線圈3的直徑比為1:0. 712， 在感應線圈3上還套設有坩堝套4 ;然后將待熔煉的100kg物料投入坩堝1中進行熔化，熔 化后的熔融金屬熔液的液面高度要高于感應線圈3的高度，本實施例中，熔化后的熔融金 屬熔液的液面高度至少要比感應線圈3的高度高5cm，熔化時間為1小時，中頻感應爐的頻 率為1868HZ ;在物料熔化過程中向爐子2內注入惰性液體對熔融金屬熔液進行脫氧處理， 在實際應用中，在物料熔化過程中也可以連續向爐子2內注入惰性液體，本實施例中所述 的惰性液體為液氮、液氬和液態二氧化碳中的一種。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 化后繼續進行脫氧處理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 熔液的質量比為2. 5:1000,當免固劑完全熔化于熔融金屬熔液后進行澆注，得到鎳基合金 件。本實施例中所述的待熔煉的物料也可以采用回爐料。
[0015] 實施例三 本實施例以熔煉l〇5kg的物料為例進行說明，如圖1所示，在中頻感應爐的爐子2中設 置坩堝1，坩堝1的高度與爐子2的高度比為0. 6:1，感應線圈3纏繞在爐子2的外側壁上且 感應線圈3的高度不高于坩堝1的高度，感應線圈3的負載品質因數為20,感應線圈3的匝 數為18阻，各匝間的間距為3. 1mm，感應線圈3的高度與感應線圈3的直徑比為1:0. 75,在 感應線圈3上還套設有坩堝套4 ;然后將待熔煉的105kg物料投入坩堝1中進行熔化，熔化 后的熔融金屬熔液的液面高度要高于感應線圈3的高度，本實施例中，熔化后的熔融金屬 熔液的液面高度至少要比感應線圈3的高度高5cm，熔化時間為1. 1小時，中頻感應爐的頻 率為1873HZ ;在物料熔化過程中向爐子2內注入惰性液體對熔融金屬熔液進行脫氧處理， 在實際應用中，在物料熔化過程中也可以連續向爐子2內注入惰性液體，本實施例中所述 的惰性液體為液氮、液氬和液態二氧化碳中的一種。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 化后繼續進行脫氧處理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 熔液的質量比為3:1000,當免固劑完全熔化于熔融金屬熔液后進行澆注，得到鎳基合金件。 本實施例中所述的待熔煉的物料也可以采用回爐料。
[0016] 本發明的優點是：通過對中頻感應爐進行改造，利用高于感應線圈的熔融金屬熔 液的液體重力以及對工作頻率等參數的設置能夠消除駝峰現象，保證熔渣能夠完全覆蓋在 整個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，對工作頻率等參數的設置提高了物料的熔化速度，相同 質量的物料的熔化時間比采用常規熔煉方法進行熔煉的熔化時間至少減少了 0. 5小時，這 就減少了熔融金屬熔液停留在爐子中的時間，進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 面的氧氣的體積分數< 0. 1%，更進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，有效提高澆注時金屬熔液的流動性能，澆注溫度相比采用常規熔煉方法 進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的脫氧和除氣能力， 而且還能細化晶粒，使細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性能，大大降低了鎳基合金件的報廢率。
【權利要求】
1. 非真空感應爐熔煉鎳基合金的方法，其特征在于：在中頻感應爐的爐子中設置坩 堝，坩堝的高度與爐子的高度比為0. 4:1?0. 6:1，將中頻感應爐的感應線圈纏繞在爐子的 外側壁上且感應線圈的高度不高于坩堝的高度，感應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行熔化，熔化后的熔融金屬熔液的液面高度要高于感應線圈 的高度，中頻感應爐的頻率控制在1868±5HZ范圍內；在物料熔化過程中向爐子內注入惰 性液體對熔融金屬熔液進行脫氧處理，惰性液體觸碰到熔液表面后迅速汽化并擴散形成覆 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進行 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；脫氧處理完畢 后使爐子溫度上升至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 融金屬熔液的質量比為2:1000?3 :1000,當免固劑完全熔化于熔融金屬熔液后進行澆注， 得到鎳基合金件。
2. 按照權利要求1所述的非真空感應爐熔煉鎳基合金的方法，其特征在于：感應線圈 的高度與感應線圈的直徑比為1:0. 65?1:0. 75。
3. 按照權利要求1所述的非真空感應爐熔煉鎳基合金的方法，其特征在于：在感應線 圈上還套設有坩堝套。
4. 按照權利要求1所述的非真空感應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線圈高度高5cm。
5. 按照權利要求1、2、3或4所述的非真空感應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、液氬和液態二氧化碳中的一種。
6. 按照權利要求1、2、3或4所述的非真空感應爐熔煉鎳基合金的方法，其特征在于： 物料的熔化時間控制在1±〇. 1小時內。
【文檔編號】C22C19/03GK104087767SQ201410321726
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】張莉華 申請人:張家港市飛浪泵閥有限公司