阅读说明：本技术 用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系及电渣重熔方法 (Basic slag system for aluminum-titanium-containing nickel-based high-temperature alloy and electroslag remelting method ) 是由 曾莉 徐芳泓 王岩 谷宇 张威 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明属于电渣重熔冶炼技术领域,具体涉及一种用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系及电渣重熔方法。所述用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系,按重量百分比计,包括：CaF<Sub>2</Sub> 40％-50％、CaO 13％-24％、MgO 4％-10％及余量的Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>和TiO<Sub>2</Sub>。本发明的用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系根据电极坯中Al、Ti元素的实际值,使元素的烧损或增加量得到有效控制,最终满足标准要求,并且使电渣锭表面质量显著改善。(The invention belongs to the technical field of electroslag remelting smelting, and particularly relates to a basic slag system for an aluminum-titanium-containing nickel-based high-temperature alloy and an electroslag remelting method. The basic slag system for the aluminum-titanium-containing nickel-based high-temperature alloy comprises the following components in percentage by weight: CaF 2 40-50 percent of CaO, 13-24 percent of CaO, 4-10 percent of MgO and the balance of Al 2 O 3 And TiO 2 . The basic slag system for the aluminum-titanium-containing nickel-based high-temperature alloy disclosed by the invention enables the burning loss or the increment of elements to be effectively controlled according to the actual values of Al and Ti elements in an electrode blank, finally meets the standard requirement, and enables the surface quality of an electroslag ingot to be remarkably improved.)

用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系及电渣重熔方法

技术领域

本发明属于电渣重熔冶炼技术领域，具体涉及一种用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系及电渣重熔方法。

背景技术

电渣重熔是利用液态熔渣所产生的电阻热将金属自耗电极熔化、精炼并在结晶器中凝固成型的一种工艺。电渣钢具有金属纯净、组织致密、成分均匀、性能优异等诸多优点，电渣重熔技术从产生至今，一直是生产特种合金材料的重要手段。

电渣重熔镍基高温合金生产工艺具有脱夹杂物能力强、脱S能力强、改善铸锭凝固组织等一系列优点。对于普通级至高端级镍基高温合金，电渣重熔会作为第二道或者最终道制造工序。目前广泛使用的镍基高温合金中，均含有一定量Al和Ti元素。Al和Ti均为易烧损元素，并且烧损行为相互制约，尤其是当合金中的Ti/Al比值较大时，电渣重熔过程中Al、Ti更加难以控制，极易造成电渣锭成分不合。

初始电极坯中Al、Ti的实际含量也会对电渣过程产生不可控影响。例如：采用相同的渣系，初始电极坯中Al＝0.06％，Ti＝1.2％，电渣重熔之后，电渣锭中Al＝0.25％，Ti＝0.54％，属于升Al烧Ti，并且Al、Ti均超出标准范围；当初始电极坯中Al＝0.21％，Ti＝1.15％，电渣重熔之后，电渣锭中Al＝0.15％，Ti＝0.67％，属于Al、Ti均烧。因此，初始电极坯中Al、Ti的实际含量的微小变化，会对电渣过程产生完全不同的影响，同时也对电极坯的冶炼成分精度提出相当高的要求，并且电渣锭直径尺寸也会对元素烧损产生影响，因此作用机理十分复杂。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系及电渣重熔方法。

一方面，本发明提供了一种用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系，按重量百分比计，包括：CaF₂ 40％-50％、CaO 13％-24％、MgO 4％-10％及余量的Al₂O₃和TiO₂。

上述的基础渣系，按重量百分比计，包括：CaF₂ 43％-47％、CaO 16％-20％、MgO5％-8％及余量的Al₂O₃和TiO₂，其中，TiO₂≤10％。

上述的基础渣系，按重量百分比计，包括：CaF₂ 45％、CaO 18％、MgO 6％及余量的Al₂O₃和TiO₂，其中，TiO₂≤10％。

上述的基础渣系，所述TiO₂的含量计算方法如下：

TiO₂含量(％)＝(D_i×0.9/400)×(2.5×ln(100×(Al/Ti)))/Ti(％)

其中，D_i为电渣锭横截面直径，mm；

Al为电极坯中铝的实际含量，％；

Ti为电极坯中钛的实际含量，％。

上述的基础渣系，所述电极坯中钛的含量为铝含量的4倍以上。

上述的基础渣系，当所述TiO₂的含量计算值大于10％时，所述TiO₂的含量取值为10％。

上述的基础渣系，所述Al₂O₃和TiO₂的当量粒径≤2mm。

上述的基础渣系，所述电渣锭的直径≥400mm。

另一方面，本发明提供了一种电渣重熔方法，在渣料准备阶段按照上述的用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系进行配制。

本发明的技术方案具有如下的有益效果：

(1)本发明的用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系及电渣重熔方法，适用于电极坯Ti/Al含量比值较大(Ti/Al≥4.0)的合金；

(2)本发明的用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系根据电极坯中Al、Ti元素的实际值，使元素的烧损或增加量得到有效控制，最终满足标准要求，并且使电渣锭表面质量显著改善；

(3)本发明的用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系具有良好的流动性，并且粘度适宜，保证电渣锭具有良好的铸锭表面质量；

(4)本发明的用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系密度较大，在电渣重熔过程中，金属熔滴穿过渣系时有利于夹杂物的去除。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

一种用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系，按重量百分比计，包括：CaF₂ 40％-50％、CaO 13％-24％、MgO 4％-10％及余量的Al₂O₃和TiO₂。

所述含铝钛镍基高温合金的基础渣系，按重量百分比计，优选为，CaF₂ 43％-47％、CaO 16％-20％、MgO 5％-8％及余量的Al₂O₃和TiO₂，其中，TiO₂≤10％。

所述含铝钛镍基高温合金的基础渣系，按重量百分比计，更优选为，所述用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系包括：CaF₂ 45％、CaO 18％、MgO 6％及余量的Al₂O₃和TiO₂，其中，TiO₂≤10％。

其中，本发明的用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系为五元体系，各组分的作用为：

CaF₂：作为助剂能降低渣的熔点、黏度和表面张力，但和其他组份相比，CaF₂的电导率较高；

CaO：渣中加入CaO将增大渣的碱度，提高脱硫效率，而且CaO的加入能够降低渣的电导率；

MgO：渣中含有适当的MgO将会在渣池表面形成一层半凝固膜，可防止渣池吸氢及防止渣中变价氧化物向金属熔池传递供氧，从而使铸锭中氧、氢、氮含量降低，同时，这层凝固膜可减少渣表面向大气辐射的热损失；

Al₂O₃：能明显降低渣的电导率、减少电耗、提高生产率，但是渣中Al₂O₃增加，将使渣的熔化温度和黏度升高，并将降低渣的脱硫效果，另外会使重熔过程难以建立和稳定；

TiO₂：与渣系中的Al₂O₃及Al和Ti元素形成一定的平衡关系，如不加TiO₂，则电极坯中的Ti会与Al₂O₃反应，使Ti的烧损无法控制，并且使Al₂O₃中的Al大量还原，造成超标。因此TiO₂的加入量尤为关键。

本发明的用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系在电渣重熔过程中发挥协同作用，具体的，CaF₂、CaO、MgO为渣系的基本组成，使渣系具有合适的熔点、电阻率、粘度等，使其对镍基合金具有基本适用性。Al₂O₃和TiO₂的添加对主要起到与渣系中的Al和Ti元素形成一定的热力学平衡关系，如不加TiO₂，则电极坯中的Ti会与Al₂O₃反应，使Ti的烧损无法控制，并且使Al₂O₃中的Al大量还原，造成超标。Al₂O₃和TiO₂主要起到对铝和钛元素烧损有效控制的作用。

优选的，所述TiO₂的含量计算方法如下:

TiO₂含量(％)＝(D_i×0.9/400)×(2.5×ln(100×(Al/Ti)))/Ti(％)

其中，D_i为电渣锭横截面直径，mm；

Al为电极坯中铝的实际含量，％；

Ti为电极坯中钛的实际含量，％。

其中，所述电渣锭为圆柱形。

优选的，所述电极坯中钛的含量为铝含量的4倍以上，可表示为Ti/Al≥4.0，其中，Ti/Al为电极坯中钛的含量除以铝的含量，进一步优选的，电极坯中钛的含量为铝含量的4倍至20倍。

如果电极坯中钛的含量小于铝含量的4倍，则不适用于本发明的基础渣系，Al₂O₃和TiO₂与渣系中的Al和Ti元素无法形成热力学平衡关系，并且电渣锭表面质量会恶化。

优选的，当所述TiO₂的含量计算值大于10％时，所述TiO₂的含量取值为10％。本发明的用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系中，TiO₂的含量在10％以下，借此可以实现对Al和Ti的烧损的有效控制，达到预期目标。然而，当TiO₂的含量为10％时，烧损控制作用达到最大限度值，当进一步增加TiO₂含量时，电渣锭的表面质量会迅速恶化。

优选的，所述Al₂O₃和TiO₂的当量粒径≤2mm，其中，所述当量粒径为几何当量粒径。

由于尺寸效应的影响，电渣锭凝固过程与其尺寸相关，当电渣锭的横截面直径小于400mm时，渣系不用精确控制，只要按照本发明限定的基础渣系配比，随机调配一种渣系就能够获得合格的电渣锭。

然而，当所述电渣锭横截面的直径≥400mm时，需采用本发明优选的基础渣系配比。

另一方面，本发明提供了一种电渣重熔方法，在渣料准备阶段按照上述的用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系进行配制

其中，本发明的电渣重熔方法采用常规的生产工艺流程执行，本发明在此不做具体限制。

优选的，本发明的电渣重熔方法中，熔速控制在6-8Kg/min。

本发明的用于含铝钛镍基高温合金的基础渣系及电渣重熔方法根据电极坯中Al、Ti元素的实际值，使元素的烧损或增加量得到有效控制，最终满足标准要求，并且使电渣锭表面质量显著改善。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件进行。

实施例1

采用4吨锭型(直径500mm)电渣重熔炉冶炼825合金。合金电极坯中含有Ni-42％、Cr-22％、Mo-3％、Cu-2％、Al-0.07％、Ti-1.13％、余量为Fe，电极坯中Ti/Al＝16.14。

渣系中，CaF₂ 45％、CaO 18％、MgO 6％。渣系中TiO₂含量(％)＝(500×0.9/400)×(2.5×ln(100×(0.07/1.13)))/1.13＝4.534％，取值4.5％。则渣系中Al₂O₃含量为31％-4.5％＝26.5％。最终基础渣系为CaF₂：Al₂O₃：CaO：MgO：TiO₂＝45:26.5:18:6:4.5。经电渣重熔后，电渣锭中Al实测0.1％(标准要求≤0.2％)，Ti实测1.02％(标准要求0.6％≤Ti≤1.2％)，满足标准要求，电渣锭表面质量优良。

实施例2

采用4吨锭型(直径500mm)电渣重熔炉冶炼825合金。合金电极坯中含有Ni-42.3％、Cr-22.1％、Mo-2.8％、Cu-2.1％、Al-0.25％、Ti-1.01％、余量为Fe，电极坯中Ti/Al＝4.0。

渣系中，CaF₂ 45％、CaO 18％、MgO 6％。渣系中的TiO₂含量(％)＝(500×0.9/400)×(2.5×ln(100×(0.25/1.01)))/1.01＝8.933％，取值8.9％。则渣系中Al₂O₃含量为31％-8.9％＝22.1％。最终基础渣系为CaF₂：Al₂O₃：CaO：MgO：TiO₂＝45:22.1:18:6:8.9。经电渣重熔后，电渣锭中Al实测0.18％(标准要求≤0.2％)，Ti实测0.98％(标准要求0.6％≤Ti≤1.2％)，满足标准要求，电渣锭表面质量优良。

实施例3

采用6吨锭型(直径600mm)电渣重熔炉冶炼825合金。合金电极坯中含有Ni-42.1％、Cr-21.8％、Mo-2.9％、Cu-2.2％、Al-0.17％、Ti-1.12％、余量为Fe，电极坯中Ti/Al＝6.59。

渣系中，CaF₂ 45％、CaO 18％、MgO 6％。渣系中的TiO₂含量(％)＝(600×0.9/400)×(2.5×ln(100×(0.17/1.12)))/1.12＝8.194％，取值8.2％。则渣系中Al₂O₃含量为31％-8.2％＝22.8％。最终基础渣系为CaF₂：Al₂O₃：CaO：MgO：TiO₂＝45:22.8:18:6:8.2。经电渣重熔后，电渣锭中Al实测0.15％(标准要求≤0.2％)，Ti实测1.09％(标准要求0.6％≤Ti≤1.2％)，满足标准要求，电渣锭表面质量优良。

实施例4

采用6吨锭型(直径600mm)电渣重熔炉冶炼825合金。合金电极坯中含有Ni-39.8％、Cr-21.5％、Mo-2.9％、Cu-2.6％、Al-0.17％、Ti-1.12％、余量为Fe，电极坯中Ti/Al＝6.59。

渣系中，CaF₂ 43％、CaO 16％、MgO 8％。渣系中的TiO₂含量(％)＝(600×0.9/400)×(2.5×ln(100×(0.17/1.12)))/1.12＝8.194％，取值8.2％。则渣系中Al₂O₃含量为34％-8.2％＝25.8％。最终基础渣系为CaF₂：Al₂O₃：CaO：MgO：TiO₂＝43:25.8:16:8:8.2。经电渣重熔后，电渣锭中Al实测0.16％(标准要求≤0.2％)，Ti实测1.01％(标准要求0.6％≤Ti≤1.2％)，满足标准要求，电渣锭表面质量优良。

实施例5

采用6吨锭型(直径600mm)电渣重熔炉冶炼825合金。合金电极坯中含有Ni-40.5％、Cr-21.1％、Mo-2.8％、Cu-2.2％、Al-0.17％、Ti-1.12％、余量为Fe，电极坯中Ti/Al＝6.59。

渣系中，CaF₂ 47％、CaO 20％、MgO 5％。渣系中的TiO₂含量(％)＝(600×0.9/400)×(2.5×ln(100×(0.17/1.12)))/1.12＝8.194％，取值8.2％。则渣系中Al₂O₃含量为28％-8.2％＝19.8％。最终基础渣系为CaF₂：Al₂O₃：CaO：MgO：TiO₂＝47:19.8:20:5:8.2。经电渣重熔后，电渣锭中Al实测0.14％(标准要求≤0.2％)，Ti实测0.98％(标准要求0.6％≤Ti≤1.2％)，满足标准要求，电渣锭表面质量优良。

对比例1

采用4吨锭型(直径500mm)电渣重熔炉冶炼825合金。合金电极坯中含有Ni-41％、Cr-22％、Mo-3％、Cu-2％、Al-0.07％、Ti-1.13％、余量为Fe，电极坯中Ti/Al＝16.14。

渣系中，CaF₂ 45％、CaO 18％、MgO 6％。渣系中TiO₂含量(％)＝(500×0.9/400)×(2.5×ln(100×(0.07/1.13)))/1.13＝4.534％，但TiO₂含量取值12％。则渣系中Al₂O₃含量为31％-12％＝19％。最终基础渣系为CaF₂：Al₂O₃：CaO：MgO：TiO₂＝45:19:18:6:12。经电渣重熔后，电渣锭中Al实测0.25％(标准要求≤0.2％)，Ti实测1.09％(标准要求0.6％≤Ti≤1.2％)，不满足标准要求，电渣锭表面质量差。

对比例2

采用4吨锭型(直径500mm)电渣重熔炉冶炼825合金。合金电极坯中含有Ni-42.3％、Cr-22.1％、Mo-2.8％、Cu-2.1％、Al-0.25％、Ti-1.01％、余量为Fe，电极坯中Ti/Al＝4.0。

渣系中，CaF₂ 45％、CaO 18％、MgO 6％。渣系中的TiO₂含量(％)＝(500×0.9/400)×(2.5×ln(100×(0.25/1.01)))/1.01＝8.933％，但TiO₂含量取值15％。则渣系中Al₂O₃含量为31％-15％＝16％。最终基础渣系为CaF₂：Al₂O₃：CaO：MgO：TiO₂＝45:16:18:6:15。经电渣重熔后，电渣锭中Al实测0.22％(标准要求≤0.2％)，Ti实测0.55％(标准要求0.6％≤Ti≤1.2％)，不满足标准要求，电渣锭表面质量差。

对比例3

采用6吨锭型(直径600mm)电渣重熔炉冶炼825合金。合金电极坯中含有Ni-42.1％、Cr-21.8％、Mo-2.9％、Cu-2.2％、Al-0.17％、Ti-1.12％、余量为Fe，电极坯中Ti/Al＝6.59。

渣系中，CaF₂ 43％、CaO 16％、MgO 8％。渣系中的TiO₂含量(％)＝(600×0.9/400)×(2.5×ln(100×(0.17/1.12)))/1.12＝8.194％，但TiO₂含量取值11％。则渣系中Al₂O₃含量为34％-11％＝23％。最终基础渣系为CaF₂：Al₂O₃：CaO：MgO：TiO₂＝43:23:16:8:11。经电渣重熔后，电渣锭中Al实测0.23％(标准要求≤0.2％)，Ti实测0.66％(标准要求0.6％≤Ti≤1.2％)，不满足标准要求，电渣锭表面质量差。

本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。