[发明专利]磁控电渣重熔高效精炼高温合金的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种在高温合金的电渣重熔过程中提高精炼效果和减少铸锭偏析方法及其装置，属精炼工艺技术领域。

背景技术

传统电渣重熔工艺是把普通冶炼方法制成的高温合金电极，插入盛有高碱性熔渣的水冷结晶器中，利用熔融渣的导电性，往熔融渣池中通入强大的交变电流，使熔渣发热，高温合金电极在焦耳热的作用下，在与熔渣接触端逐熔化成熔滴，熔滴在汇聚和在渣池中沉降过程中，由于双电层效应以及电磁净化效应的作用，熔滴中的非金属夹杂物和杂质元素迁移至熔滴表面，然后经液态熔渣洗涤去除，经过洗涤的熔滴在下方的水冷结晶器中重新汇集、凝固而成为洁净的电渣铸锭。在电渣精炼过程中，熔渣反应温度高，渣池强烈搅拌，金属熔滴与高碱度渣充分接触，强化了钢渣界面反应，使金属合金的纯净度大大提高；精炼后的合金凝固过程，是在水冷金属结晶器的强制冷却条件下进行的。凝固过程中金属熔池的上方始终保持一个高温熔池，使得熔融金属自下而上地顺序凝固。因此，电渣熔铸金属的结晶组织较为致密。

电渣重熔技术是制备高温合金的关键精炼工艺之一。以Ni基高温合金为代表的高温合金，其化学成分复杂，对成分含量的控制尤为苛刻，尤其是一些有害元素，如氧、氮、氢、硫、磷，一般都要求控制其含量在数个ppm之下。目前，镍基高温合金均采用真空感应熔炼-真空电弧熔炼-电渣重熔的三联工艺，其中电渣重熔工序是制约合金锭纯净度的核心工序。然而，传统的电渣重熔技术仍然存在精炼效率不高，非金属夹杂物去除不彻底的不足，甚至其中仍然存在大于20um的非金属夹杂物，而为了得到纯净的电渣铸锭，还不得不多次采用电渣重熔工艺，既降低了电渣的生产效率，同时也使电渣锭的单位能耗大大增加，因此，如何强化电渣熔炼过程，提高其精炼效率，仍然是电渣工序的主攻方向之一。

在电渣重熔过程中，熔滴大小对提高杂质和夹杂物的去除效率至关重要，熔滴越小，夹杂物和杂质元素从熔滴内部迁移至熔滴表面所需的时间越短，杂质也更容易去除；熔滴越小，在渣池中沉降的时间也越长，也有利于渣洗过程的充分进行，夹杂物去除效率越高；此外，随着熔滴直径降低，在同样的电流强度下，流过熔滴的有效电流密度将显著增加，例如，熔滴直径降低一半，其有效电流密度增加四倍，而熔滴中由于交变电流经过而产生的洛伦兹力与其电流密度的平方成正比，也就是说，此时的洛伦兹力将增加16倍，而熔滴中的非金属夹杂物从中心往熔滴表面的迁移速度又与洛伦兹力成正比，也就是说，熔滴中的非金属夹杂物的迁移速度也增加16倍，显然，这对熔滴中的非金属夹杂物的去除无疑是非常有利的。但如何有效细化熔滴直径，目前尚未提出更好的方法。此外，渣池下方的电渣铸锭凝固时，由于在底部和周围均为通水冷却，因此，铸锭组织为粗大的斜向上生长的柱状晶或枝晶，枝晶间或柱状晶界区域仍然存在明显的晶界偏析，因此电渣锭在后续的塑性变形或切割分用时，必然造成不同区域或切块之间的成分的差异，从而对后续材料的成型零件质量产生影响。因此，如何提高电渣重熔精炼工艺的效率以及控制铸锭的宏观偏析仍然是制约该技术广泛应用的核心问题。

发明内容

本发明的目的是，针对已有技术存在的缺陷，提供一种磁控电渣重熔高效精炼高温合金的方法及装置，细化电渣重熔过程中熔滴尺寸，进而提高杂质和夹杂物净化效率、同时细化电渣锭凝固组织进而降低铸锭中的成分偏析。

为达到上述目的，本发明的构思是：利用稳恒磁场与交变电流作用，或交变磁场与直流电流作用产生振荡洛伦兹力，使熔滴细化，延长熔滴在渣中的停留时间，从而使熔滴中的夹杂物和杂质有充足的时间分离；同时，熔滴细化时，可以显著提高熔滴中的电磁挤压力，从而显著提高熔滴中夹杂物的迁移速率，精炼效率也就得到显著提高；此外，在铸锭凝固时，再复合恒定磁场，在凝固界面前沿产生强烈的振荡洛伦兹力，打碎枝晶，细化凝固组织，从而实现成分均匀化的目的。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种磁控电渣重熔高效精炼高温合金的方法，其特点在于利用电磁激振效应，细化熔滴和凝固组织，以提高精炼效果，减少偏析；具体操作步骤如下：

1)将熔融渣液浇入水冷的铜模结晶器中；

2)将待精炼的高温合金电极棒插入铜模结晶器的熔融渣液中；

3)将高温合金电极棒和铜模结晶器底部的水冷底电极用电缆分别连接外接电源的电流输出端；

4)同时采用磁场发生器提供磁场，施以垂直于高温合金电极棒和电渣铸锭轴向的磁场；

5)调整磁场、电极、电渣铸锭的相对位置，以确保高温合金电极棒的熔化区以及电渣铸锭的固液界面均位于磁场区域中；