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CN108715971B - 一种铁铬铝合金真空冶炼工艺 - Google Patents

一种铁铬铝合金真空冶炼工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种铁铬铝合金真空冶炼工艺，整个工艺过程主要包括熔化阶段、一次精炼阶段、一次合金化阶段、二次精炼阶段、二次合金化阶段、带电浇注阶段，采用上注式母合金浇注系统，浇注成圆棒。本发明解决了铁铬铝合金在生产过程中铝元素由于氧化作用大量损失及钢锭内部存在大量裂纹及中心缩孔缺陷问题，同时可以精确控制铁铬铝合金的化学成分。

Description

一种铁铬铝合金真空冶炼工艺
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及到一种铁铬铝合金真空冶炼工艺。
背景技术
铁铬铝合金一直被视为最重要的电热合金，应用铁铬铝电热合金生产的电热元件，其使用温度在500-1400℃之间，且铁铬铝合金由于可以形成稳定致密具有保护性且生长速度缓慢的氧化物薄膜，它可以在1300℃的高温环境中正常工作。铁铬铝合金在国内外作为电热合金使用已有较长的历史，广泛应用于工业生产的各个领域，如：热处理炉用辐射管、煤气转换系统、核工业设备等。
目前，市场上普遍采用非真空中频感应炉生产铁铬铝合金，存在合金利用率低、钢锭内部夹渣严重、气体含量高、钢锭内部存在大量裂纹等缺点。为了提高铁铬铝合金的产品质量，越来越多的使用真空感应炉作为初步熔炼设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁铬铝合金真空冶炼工艺，通过冶炼工艺的设计，解决铁铬铝合金在生产过程中铝元素由于氧化作用大量损失及钢锭内部存在大量裂纹及中心缩孔缺陷问题，同时可以精确控制铁铬铝合金的化学成分。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种铁铬铝合金的真空冶炼方法，包括熔化阶段、一次精炼阶段、一次合金化阶段、二次精炼阶段、二次合金化阶段、带电浇注阶段，其中：
(1)熔化阶段：初装料为全部工业纯铁及全部金属铬，加入量根据合金成分计算，在合金熔化过程中适当调整熔炼功率以确保炉料顺利熔化；
(2)一次精炼阶段：初装料熔清后进行一次精炼，精炼时间为8-10min，精炼温度为1580-1600℃，炉内压力为30-50Pa，主要目的是脱除初装料内的气体和夹杂，为一次合金化阶段加入Al等易氧化元素做准备；
(3)一次合金化阶段：分批次加入Al、Ti元素，确保Al、Ti加入前钢液面处于结膜状态且炉内压力小于50Pa；
(4)二次精炼阶段：一次合金化阶段后进行二次精炼，精炼时间为5min，精炼温度为1570-1590℃，炉内压力为30-50Pa，主要目的是脱除一次合金化阶段加入的合金内的气体和夹杂；
(5)二次合金化阶段：分批次加入Si、Mn、Zr元素，合金加入前向炉内充入15000Pa压力的氩气；
(6)带电浇注阶段：在二次合金化阶段完成后取样分析钢水化学成分，待成分满足要求后，测温并保证出钢温度在1620-1630℃范围内带电浇注，采用上注式母合金浇注系统，浇注成直径80mm圆棒，冒口采用发热冒口。
进一步，所述的铁铬铝合金的真空冶炼方法中原材料分别为工业纯铁、金属铬、海绵钛、海绵锆、铝粒、金属锰、多晶硅，工业纯铁经过除锈处理，海绵钛、海绵锆、铝粒、金属锰、多晶硅使用前高温烘烤，铝粒经碱洗去除表面氧化膜。
进一步，所述的铁铬铝合金的真空冶炼方法中初装料装料时，金属铬放于炉底，工业纯铁放于金属铬上面。
进一步，所述的铁铬铝合金的真空冶炼方法中母合金浇注系统使用前锭模内壁光滑且存在锥度，整体在300-400℃温度下烘烤2-3小时。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
1.本发明采用上注式母合金浇注系统、采用发热冒口、浇注过热度为140-150℃且带电浇注，生产出来的铁铬铝合金锭，钢锭上部无缩孔缺陷，钢锭内部无中心缩孔及裂纹等缺陷。
2.本发明采用二次精炼方法，Al、Ti等易氧化元素收得率大大提高，可达97％。
3.本发明二次合金化前采用高真空冶炼方法，生产出来的产品气体含量低，钢锭内部夹杂尺寸小、数量低。
4.本发明采用隔离空气和取过程样的冶炼方法，合金成分可精确控制，最终成分基本在目标值附近很小的一个区域内变化。
具体实施方式
以下结合若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但不限于此。
以使用150kg真空感应炉生产6只(单只重量约23kg)直径80mm合金锭为例。
铁铬铝合金的成分要求为：C≤0.02、Si 0.1、Mn 0.25、Ti 0.5、Cr 20、Al 3.45、Zr0.35、Fe余量(wt.％)。
原材料分别为工业纯铁、金属铬、海绵Ti、海绵Zr、Al粒、金属Mn、多晶Si。工业纯铁经过除锈处理，海绵Ti、海绵Zr、金属Mn、多晶Si使用前在150℃温度下烘烤2小时，Al粒经过碱洗去除表面氧化膜。
(1)熔化期：装料前，根据化学成分要求以140kg为基进行配料。装料时，将铬铺在炉底，工业纯铁放于金属铬上面。抽空到炉内压力为100Pa以下开始送电熔化，适当调整熔化功率使熔化过程顺利进行，整个熔化过程在真空条件下进行。
(2)精炼阶段：有两个精炼阶段，分别是一次精炼阶段和二次精炼阶段。一次精炼阶段发生在初装料熔清后，精炼时间为8-10min，精炼温度为1580-1600℃，炉内压力为30-50Pa，主要目的是脱除初装料内的气体和夹杂，为一次合金化阶段加入Al等易氧化元素做准备。二次精炼阶段发生在一次合金化阶段后，精炼时间为5min，精炼温度为1570-1590℃，炉内压力为30-50Pa，主要目的是脱除一次合金化阶段加入的合金内的气体和夹杂。
(3)合金化阶段：有两个合金化阶段，分别是一次合金化阶段和二次合金化阶段。一次合金化阶段分批次加入Al、Ti元素，确保Al、Ti加入前钢液面处于结膜状态且炉内压力小于50Pa。二次合金化阶段分批次加入Si、Mn、Zr元素，合金加入前向炉内充入15000Pa压力的氩气。
(4)浇注阶段：在二次合金化阶段完成后取样分析钢水化学成分，待成分满足要求后，测温并保证出钢温度在1620-1630℃范围内带电浇注，采用上注式母合金浇注系统，母合金浇注系统使用前锭模内壁光滑且存在锥度，整体在300-400℃温度下烘烤2-3小时，浇注成直径80mm圆棒，冒口采用发热冒口。
脱模后，在每炉钢锭的相同位置取样，在基本相同的条件下分析化学成分，10炉次铁铬铝合金化学成分如表1所述。生产出来的铁铬铝合金锭，钢锭上部无缩孔缺陷，钢锭内部无中心缩孔及裂纹等缺陷；Al、Ti等易氧化元素收得率达97％。
表1铁铬铝合金化学成分(wt.％)
编号 C Si Mn Ti Cr Al Zr Fe
1 0.0063 0.10 0.253 0.511 20.08 3.45 0.377 Bal
2 0.0060 0.11 0.255 0.509 20.23 3.46 0.380 Bal
3 0.0061 0.12 0.258 0.513 20.13 3.43 0.372 Bal
4 0.0059 0.11 0.249 0.512 20.18 3.44 0.371 Bal
5 0.0053 0.11 0.256 0.503 20.21 3.46 0.375 Bal
6 0.0062 0.10 0.251 0.506 20.17 3.43 0.372 Bal
7 0.0068 0.10 0.254 0.511 20.25 344 0.379 Bal
8 0.0065 0.11 0.258 0.503 20.11 3.41 0.376 Bal
9 0.0052 0.11 0.257 0.505 20.06 3.43 0.373 Bal
10 0.0055 0.10 0.261 0.508 20.08 3.45 0.376 Bal
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (1)

1.一种铁铬铝合金的真空冶炼方法，其特征在于：原材料分别为工业纯铁、金属铬、海绵钛、海绵锆、铝粒、金属锰、多晶硅，工业纯铁经过除锈处理，海绵钛、海绵锆、铝粒、金属锰、多晶硅使用前高温烘烤，铝粒经碱洗去除表面氧化膜；过程包括熔化阶段、一次精炼阶段、一次合金化阶段、二次精炼阶段、二次合金化阶段、带电浇注阶段，其中：
(1)熔化阶段：初装料为全部纯铁及全部铬，金属铬放于炉底，工业纯铁放于金属铬上面；加入量根据合金成分计算，在合金熔化过程中适当调整熔炼功率以确保炉料顺利熔化；
(2)一次精炼阶段：初装料熔清后进行一次精炼，精炼时间为8-10min，精炼温度为1580-1600℃，炉内压力为30-50Pa；
(3)一次合金化阶段：分批次加入铝、钛，确保铝、钛加入前钢液面处于结膜状态且炉内压力小于50Pa；
(4)二次精炼阶段：一次合金化阶段后进行二次精炼，精炼时间为5-6min，精炼温度为1570-1590℃，炉内压力为30-50Pa；
(5)二次合金化阶段：分批次加入硅、锰、锆，合金加入前向炉内充入15000Pa压力的氩气；
(6)带电浇注阶段：在二次合金化阶段完成后取样分析钢水化学成分，待成分满足要求后，测温并保证出钢温度在1620-1630℃范围内带电浇注，采用上注式母合金浇注系统，采用发热冒口，浇注，母合金浇注系统使用前锭模内壁光滑且存在锥度，整体在300-400℃温度下烘烤2-3小时。
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