一种提升镍锭质量的熔炼工艺
阅读说明：本技术 一种提升镍锭质量的熔炼工艺 (Smelting process for improving quality of nickel ingot ) 是由 武会宾 刘金旭 于 2020-12-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种提升镍锭质量的熔炼工艺,适用200公斤以上的镍锭制备,各组分的化学成分质量百分数为Ni≥99.5%,C 0.002-0.01%,Si 0.02-0.1%,Mn 0.01-0.05%,Mg 0.01-0.03%,Ti 0.01-0.1%,Al 0.01-0.1%、S≤0.005%,P≤0.002%,Fe 0.01-0.1%,上述重量百分比之和为100%,应用该工艺能有效提高熔铸镍锭的质量,铸坯合格率在97%以上。(The invention provides a smelting process for improving the quality of a nickel ingot, which is suitable for preparing more than 200 kilograms of nickel ingots, and comprises the following chemical components of more than or equal to 99.5 percent of Ni, 0.002-0.01 percent of C, 0.02-0.1 percent of Si, 0.01-0.05 percent of Mn, 0.01-0.03 percent of Mg, 0.01-0.1 percent of Ti, 0.01-0.1 percent of Al, less than or equal to 0.005 percent of S, less than or equal to 0.002 percent of P, and 0.01-0.1 percent of Fe, wherein the sum of the weight percentages is 100 percent.)
技术领域
本发明涉及一种镍锭熔炼工艺，尤其是一种提升镍锭质量的熔炼工艺。
背景技术
镍是银白色金属，具有磁性和良好的可塑性。有好的耐腐蚀性，硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素，它能够高度磨光和抗腐蚀。溶于硝酸后，呈绿色。
目前，国内镍带生产企业生产的镍锭坯重基本在200公斤左右，这主要受限于镍带生产工艺中最关键的核心技术--真空熔炼铸坯；因为真空熔炼浇铸坯技术含量高，工艺及工序过程控制的严密性决定了坯锭质量，多年来国内镍带生产铸坯的质量深受关注，锭坯的质量直接影响到其后续的轧制、热处理、分条等生产工序。
专利号CN204747434U公开了一种镍锭浇铸模具，专利号CN206832042U公开了一种镍锭真空熔炼炉，均应用在本发明的熔炼工艺中。基于上述熔炼装备的改进，结合本发明的熔炼工艺可以明显提升镍锭的质量。
发明内容
本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种提升镍锭质量的熔炼工艺，达到提升镍锭质量的目的，满足目前对高纯镍带的市场需求。本发明采用的技术方案是：
一种提升镍锭质量的熔炼工艺，包括以下步骤：
(1)在真空熔炼炉内首次加入原料，首次加入的原料为边角回料，然后盖上炉盖，抽真空至-0.1MPa，启动熔炼炉，按180KW、200KW、257KW分台阶增加至全功率进行熔炼，待原料全部熔化后，关闭熔炼炉功率和真空泵，等待炉内缸液凝固结饼，关闭真空泵，破真空恢复大气压；
(2)开启炉盖再次加入原料，再次加入的原料为电解纯镍板，然后抽真空至-0.1MPa，启动熔炼炉功率进行熔炼，待原料全部熔化后，开启罗茨泵加强抽真空，进入半精炼状态；
(3)晃动炉体4-6次进行半精炼，使液面最大化，待液面无异常后，降低熔炼炉功率至 60-80KW，等待3-5min后关闭罗茨泵和真空泵；
(4)充入氩气并加入脱氧剂，开启真空泵并启动熔炼炉升全功率，当真空度达到-0.1MPa 时，开启罗茨泵加强抽真空，待1-3min后，降功率至60-80KW进行精炼，待15min后调节浇铸炉温度，关闭罗茨泵和真空泵；
(5)充入氩气进行镍水浇铸，浇铸后进行补缩得到完整铸锭，并恢复大气压。
进一步地，在所述步骤3中，液面无异常指的是液体表面不再有气泡。
进一步地，在所述步骤3中，晃动炉体的幅度应该控制在镍水至浇铸口边缘不溢出为止。
进一步地，在所述步骤4中，所述脱氧剂的成分为镍镁合金、碳、钛、铝以及稀土，所述脱氧剂的加入顺序为C→AL→Ti→Ni+Mg→稀土。碳在镍中的固溶度很小，能与镍形成共晶体。当镍中碳含量小于0.15％时，碳都溶入固溶体，稍提高镍的强度、硬度，降低镍的磁性转变温度，提高镍的再结晶温度。碳是一种良好脱氧剂，能改善镍及镍合金的铸造性能，使之获得优质的铸锭和半成品，但镍中的碳含量超过0.2％时，在退火过程中，碳可能以石墨形式沿晶界析出，使镍产生泠脆性。铝在镍中的固溶度不大，且随温度降低显著减少。铝是一种强脱氧剂，含量较少时，还能提高镍的流动性，过多则降低流动性。钛在镍中仅有限固溶，且溶解度随温度的下降而急剧减少。微量钛(0.1％)能细化镍的铸造组织，消除晶间裂纹，提高镍的强度和热塑性。钛能显著提高镍的热强性、电阻系数、热电势及再结晶温度。钛是一种强烈脱氧剂，能降低镍中含气量。镁几乎不溶解于固态镍中。镁在镍中有良好的脱硫和脱氧作用。少量镁能提高镍的再结晶温度、电阻系数和强度。较多的镁(0.7％)能使镍的热强性提高，但降低流动性，镍中含有过多的镁将使镍变脆。镧、镨、钆等稀土元素基本上不固溶于镍，铈和钇在固态镍中有极小的溶解度。少量稀土元素，能使镍在热脆性温度区域内的塑性提高，结晶组织细化，强度提高。但当它们的含量过高时，反而使镍变脆。铈与硫能形成熔点超过2000℃的化合物，所以它在镍中还能脱硫。
进一步地，在所述步骤4中，所述充入氩气和加入脱氧剂的同时对镍水进行电磁搅拌 4-6次。
进一步地，在所述步骤5中，所述镍水浇铸为带电浇铸，浇铸过程先慢后快；
浇铸功率控制在50-150KW之间，浇铸全过程应控制在5min以内。
在所述步骤5中，待缩孔轮廓收缩后，再依次进行镍水补给，直至缩孔全部补足，缩孔时间不少于10min。
进一步地，在所述步骤5中，所述铸锭在熔炼炉内停留1-3min后开炉吊出。
本发明的优点：
1、应用该工艺配合真空熔炼炉和浇铸模具能有效提高熔铸镍锭的质量，铸坯合格率在 97％以上，其中各组分的化学成分质量百分数为Ni≥99.5％、C 0.002-0.01％、Si0.02- 0.1％、Mn 0.01-0.05％、Mg 0.01-0.03％、Ti 0.01-0.1％、Al 0.01-0.1％、 S≤0.005％、P≤0.002％、Fe 0.01-0.1％，上述重量百分比之和为100％，适用200公斤以上的镍锭制备；
2、采用台阶式增加功率的方式进行熔炼，熔炼层层递进，熔炼效果更好；
2、首次投入熔炼炉的原料为边角回料，镍锭回收利用率高，成本降低；
3、镍水采用先快后慢的浇铸方式，避免前期镍水飞溅，提高补缩的效率和镍锭质量。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
一种提升镍锭质量的熔炼工艺，包括以下步骤：
(1)在真空熔炼炉内首次加入80kg边角回料，然后盖上炉盖，抽真空至-0.1MPa，启动熔炼炉，按180KW、200KW、257KW分台阶增加至257KW的全功率进行熔炼，待全部熔化后，关闭熔炼炉功率和真空泵，等待炉内缸液凝固结饼，关闭真空泵，破真空恢复大气压；
(2)开启炉盖再次加入150kg电解纯镍板，然后抽真空至-0.1MPa，启动熔炼炉功率进行熔炼，待原料全部熔化后，开启罗茨泵加强抽真空，进入半精炼状态；
(3)晃动炉体4-6次进行半精炼，使液面最大化，待液面无异常即无气泡后，降低熔炼炉功率至70KW，等待3-5min后关闭罗茨泵和真空泵；
(4)充入氩气并加入脱氧剂，开启真空泵并启动熔炼炉升至257KW的全功率，当真空度达到-0.1MPa时，开启罗茨泵加强抽真空，待1-3min后，降功率至70KW进行精炼，待15min后调节浇铸炉温度，关闭罗茨泵和真空泵；
(5)充入氩气进行镍水浇铸，镍水浇铸应先慢后快，细水长流，带电浇铸，浇铸功率控制在50-150KW之间，浇铸全过程应控制在5min以内，浇铸后进行补缩得到230kg完整铸锭，并恢复大气压。
实施例二：
(1)在真空熔炼炉内首次加入90kg边角回料，然后盖上炉盖，抽真空至-0.1MPa，启动熔炼炉，按180KW、200KW、257KW分台阶增加至257KW的全功率进行熔炼，待全部熔化后，关闭熔炼炉功率和真空泵，等待炉内缸液凝固结饼，关闭真空泵，破真空恢复大气压；
(2)开启炉盖再次加入160kg电解纯镍板，然后抽真空至-0.1MPa，启动熔炼炉功率进行熔炼，待原料全部熔化后，开启罗茨泵加强抽真空，进入半精炼状态；
(3)晃动炉体4-6次进行半精炼，使液面最大化，待液面无异常即无气泡后，降低熔炼炉功率至80KW，等待3-5min后关闭罗茨泵和真空泵；
(4)充入氩气并加入脱氧剂，开启真空泵并启动熔炼炉升至257KW的全功率，当真空度达到-0.1MPa时，开启罗茨泵加强抽真空，待1-3min后，降功率至80KW进行精炼，待15min后调节浇铸炉温度，关闭罗茨泵和真空泵；
(5)充入氩气进行镍水浇铸，镍水浇铸应先慢后快，细水长流，带电浇铸，浇铸功率控制在50-150KW之间，浇铸全过程应控制在5min以内，浇铸后进行补缩得到250kg完整铸锭，并恢复大气压。
实施例三：
一种提升镍锭质量的熔炼工艺，包括以下步骤：
(1)在真空熔炼炉内首次加入80kg边角回料，然后盖上炉盖，抽真空至-0.1MPa，启动熔炼炉，按180KW、200KW、257KW分台阶增加至257KW的全功率进行熔炼，待全部熔化后，关闭熔炼炉功率和真空泵，等待炉内缸液凝固结饼，关闭真空泵，破真空恢复大气压；
(2)开启炉盖再次加入150kg电解纯镍板，然后抽真空至-0.1MPa，启动熔炼炉功率进行熔炼，待原料全部熔化后，开启罗茨泵加强抽真空，进入半精炼状态；
(3)晃动炉体6次进行半精炼，使液面最大化，待液面无异常即无气泡后，降低熔炼炉功率至75KW，等待3-5min后关闭罗茨泵和真空泵；
(4)充入氩气并加入脱氧剂，开启真空泵并启动熔炼炉升至257KW的全功率，当真空度达到-0.1MPa时，开启罗茨泵加强抽真空，待1-3min后，降功率至75KW进行精炼，待18min后调节浇铸炉温度，关闭罗茨泵和真空泵；
(5)充入氩气进行镍水浇铸，镍水浇铸应先慢后快，细水长流，带电浇铸，浇铸功率控制在50-150KW之间，浇铸全过程应控制在5min以内，浇铸后进行补缩得到230kg完整铸锭，并恢复大气压。
实施例四：
一种提升镍锭质量的熔炼工艺，包括以下步骤：
(1)在真空熔炼炉内首次加入90kg边角回料，然后盖上炉盖，抽真空至-0.1MPa，启动熔炼炉，按180KW、200KW、257KW分台阶增加至257KW的全功率进行熔炼，待全部熔化后，关闭熔炼炉功率和真空泵，等待炉内缸液凝固结饼，关闭真空泵，破真空恢复大气压；
(2)开启炉盖再次加入160kg电解纯镍板，然后抽真空至-0.1MPa，启动熔炼炉功率进行熔炼，待原料全部熔化后，开启罗茨泵加强抽真空，进入半精炼状态；
(3)晃动炉体5次进行半精炼，使液面最大化，待液面无异常即无气泡后，降低熔炼炉功率至72KW，等待3-5min后关闭罗茨泵和真空泵；
(4)充入氩气并加入脱氧剂，开启真空泵并启动熔炼炉升至257KW的全功率，当真空度达到-0.1MPa时，开启罗茨泵加强抽真空，待1-3min后，降功率至72KW进行精炼，待15min后调节浇铸炉温度，关闭罗茨泵和真空泵；
(5)充入氩气进行镍水浇铸，镍水浇铸应先慢后快，细水长流，带电浇铸，浇铸功率控制在50-150KW之间，浇铸全过程应控制在5min以内，浇铸后进行补缩得到250kg完整铸锭，并恢复大气压。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。