[发明专利]预测电渣重熔精炼合金铸锭中Al、Ti含量的方法

说明书

本发明提供一种预测电渣重熔精炼合金铸锭中Al、Ti含量的方法。预测电渣重熔精炼合金铸锭中Al、Ti含量的方法，包括：建立熔渣传热模型，利用热量守恒方程求解渣‑金界面处的反应温度；建立铝钛烧损的渣‑金反应热力学模型，计算平衡状态下合金铸锭中Al、Ti的平衡含量。本申请提供的预测电渣重熔精炼合金铸锭中Al、Ti含量的方法，能够精准预测电渣重熔精炼合金铸锭中Al、Ti的含量，为降低合金烧损和烧损均匀化控制的实现打下良好的基础。

技术领域

本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种预测电渣重熔精炼合金铸锭中Al、Ti含量的方法。

背景技术

镍基变形高温合金是以面心立方结构的奥氏体(γ相)为基体，主要的强化相是γ＇(面心立方的Ni3(Al，Ti))相，含量达20%～55%。通常情况下，镍基变形高温合金中的γ＇相随着Al+Ti含量的增加而增加。因此，合金铸坯Al、Ti元素分布不均匀将直接影响合金强化相的不均匀分布，进而导致合金产品性能不一致，降低合金成材率。

目前，镍基变形高温合金主要采用双联（VIM+ESR、VIM+VAR）或三联（VIM+ESR+VAR）冶炼工艺，其中ESR冶炼过程中合金经渣洗可有效脱硫和去除大尺寸夹杂物，然而由于合金与熔渣的密切接触，合金中的易氧元素（Al、Ti等）与熔渣中的氧化物发生氧化还原反应，导致合金中易氧元素烧损。电渣重熔精炼镍基变形高温合金往往经过三个时期，化渣期、稳定熔炼期和封顶阶段，不同时期对应着不同的冶炼制度，随着冶炼和渣金反应的进行，冶炼温度和熔渣成分不断变化，使得熔渣对合金的烧损程度沿铸锭轴向方向不一致，进而导致合金中的Al、Ti等元素分布不均匀。一般情况下，由于化渣期工艺参数的不稳定，且化渣期消耗电极质量较少，铸锭质量较差，往往进行一定尺寸的切尾处理。目前，降低镍基变形高温合金Al、Ti烧损的冶炼工艺，多采用在冶炼过程中添加Al粒或在渣中配加TiO₂粉等，而配入量仍没有准确的计算和预测方案，导致降低合金烧损和烧损均匀化控制难以实现。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预测电渣重熔精炼合金铸锭中Al、Ti含量的方法，以解决上述问题。

为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：

一种预测电渣重熔精炼合金铸锭中Al、Ti含量的方法，包括：

建立熔渣传热模型，利用热量守恒方程求解渣-金界面处的反应温度；

建立铝钛烧损的渣-金反应热力学模型，计算平衡状态下合金铸锭中Al、Ti的平衡含量。

优选地，所述热量守恒方程为：

（1），

其中，

（2），

为1h内熔渣产生的总热量，U为熔炼电压，I为熔炼电流，为功率因子，取0.46；

（3）

（4）

其中，

（5）；

为1h内熔渣向冷却水的传热量，为渣的热损失系数，F为渣的热损失因子，为熔渣与结晶器的接触面积，为金属熔池表面积，为熔渣体积，R为结晶器半径；

（6），

为1h内熔渣向合金锭的传热量，为合金液的平均温度，为铸锭的初始温度，为合金的质量定压热容，L为合金的潜热，为熔速；

（7），

为1h内熔渣表面的辐射散热量；