电渣重熔制备含钛高温合金空心钢锭的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电渣重熔制备含钛高温合金空心钢锭的装置，包括电渣重熔炉、内结晶器、外结晶器和供电系统，所述内结晶器和外结晶器之间形成环形浇注容腔；所述环形浇注容腔内浇注熔渣后自耗电极加热熔化、冷却结晶形成含钛高温合金件；所述熔渣包含以下质量百分比的组份：CaF2:59±5％、CaO:18±2％、Al2O3:18±2％、TiO2:5±3％；或者CaF2:62±5％、CaO:8±2％、Al2O3:15±3％、MgO:7±2％、TiO2:8±3％。本发明专利技术的电渣重熔制备含钛合金的装置，摒弃抽锭环节(即可以采用不含SiO2的渣系)，解决因[Ti]+(SiO2)＝(TiO2)+[Si]而引起钛元素的大量烧损的技术问题，在保证空心钢锭表面质量的条件下，使得易氧化元素含量达到合金标准要求，且沿铸锭轴向呈均匀分布。

【技术实现步骤摘要】
电渣重熔制备含钛高温合金空心钢锭的装置和方法
本专利技术属于钢铁冶金
，涉及一种电渣重熔制备含钛高温合金空心钢锭的装置，以及制备含钛高温合金空心钢锭的方法。
技术介绍
随着我国航空发动机、燃气轮机和石油化工产业的高速发展，对各类合金管材的性能要求越来越高，主要包括材料的高温强度、抗氧化、耐腐蚀及抗蠕变断裂性能等。以奥氏体耐热钢为代表的传统材料已无法满足上述产业的进一步发展，高温合金因其具有良好的蠕变强度和耐腐蚀性能，是制备上述领域用管材的理想材料。高温合金是指在600℃以上具有良好的抗氧化、耐腐蚀性能、能够承受复杂应力的一种金属材料，其绝大多数含有钛、铝等易氧化元素。合金管材的传统制备方法是以实心钢锭为原料，加热至可锻温度进行镦粗及冲孔、经扩孔及拔长等工序制成，由于高温合金的热塑性较差，在锻造过程中极易产生裂纹或开裂。采用传统方法制备高温合金管材，其工序复杂，成品收得率低，尤其对于大型合金管坯，其加工工艺更为复杂，严重降低了产品成材率和质量。中国专利技术专利(公开号：CN106801146A)公开了一种以抽锭式电渣重熔制备高温合金空心钢锭的方法，电渣重熔的渣系中必须配入SiO2以保证熔渣具有良好的物化性能(高温塑性)，以满足冶炼过程中的抽锭要求。但是，在冶炼含钛高温合金中(w[Ti]>1％)，根据反应[Ti]+(SiO2)＝(TiO2)+[Si]可知，渣中SiO2会引起钢锭中钛元素的大量烧损，使得整支空心钢锭中易氧化元素含量达不到合金要求标准，该方法具有局限性。中国专利技术专利(公开号：CN102463272A)公开了一种离心铸造制备空心钢锭的技术，但是该方法制备出的空心钢锭存在内部疏松、偏析、气孔、夹杂等缺陷，严重降低了高温合金管材的内部质量与性能，此方法具有局限性。采用空心钢锭为原料生产高温合金管材具有广泛的应用价值，但是电渣重熔生产高温合金空心钢锭中合金成分以及钢锭表面质量控制一直是该制备工艺的瓶颈。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种电渣重熔制备含钛高温合金空心钢锭的装置，摒弃抽锭环节(即可以采用不含SiO2的渣系)，解决因[Ti]+(SiO2)＝(TiO2)+[Si]而引起钛元素的大量烧损的技术问题，在保证空心钢锭表面质量的条件下，使得易氧化元素含量达到合金标准要求，且沿铸锭轴向呈均匀分布。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种电渣重熔制备含钛高温合金空心钢锭的装置，包括电渣重熔炉和供电系统，其还包括均安装在所述电渣重熔炉内的内结晶器和外结晶器，所述内结晶器和外结晶器之间形成环形浇注容腔，所述环形浇注容腔内设有环形自耗电极组；所述环形浇注容腔内浇注熔渣后，环形自耗电极组在环形浇注容腔进行电渣重熔冶炼，形成含钛高温合金空心钢锭；所述内结晶器包括首尾依次连接形成空心圆柱体状结构的第一分体、第二分体和第三分体，所述第二分体和第三分体分别转动连接在第一分体的两端，所述第二分体和第三分体的自由端卡扣连接；所述熔渣包含以下质量百分比的组份：CaF2:59±5％、CaO:18±2％、Al2O3:18±2％、TiO2:5±3％；或者CaF2:62±5％、CaO:8±2％、Al2O3:15±3％、MgO:7±2％、TiO2:8±3％。本专利技术一个较佳实施例中，进一步包括所述供电系统包括电源、电抗器、第一开关(K1)和第二开关(K2)；所述电源的一端连接自耗电极组，所述第一开关和第二开关两者并联后连接在电源的另一端，所述第一开关的另一端电连接电渣重熔炉底水箱，所述第二开关的另一端串联电抗器后电连接外结晶器；电源、自耗电极组、液态熔渣、空心钢锭、电渣重熔炉底水箱、第一开关依次电连接形成第一供电回路；电源、自耗电极组、液态熔渣、外结晶器、电抗器、第二开关依次电连接形成第二供电回路；所述电渣重熔炉内熔渣升温初期启动第一供电回路，熔渣温度稳定后同时启动第一供电回路和第二供电回路。本专利技术一个较佳实施例中，进一步包括所述电抗器的阻抗能够调整，通过调整电抗器的阻抗来调整第二供电回路的电流大小。本专利技术一个较佳实施例中，进一步包括所述第一供电回路的熔炼电压为50～80V，熔炼电流为0.025～0.04(D2-d2)；所述第二供电回路的熔炼电压为50～80V，熔炼电流为0.01～0.016(D2-d2)；其中，D为外结晶器的内径，d为内结晶器的外径。本专利技术一个较佳实施例中，进一步包括所述内结晶器的第二分体的自由端面设有第一卡槽；所述第三分体的自由端面设有第二卡槽，所述第二分体和第三分体两者之间设有插块，所述插块插入第二分体和第三分体之间时构成闭合的环形内结晶器。本专利技术一个较佳实施例中，进一步包括所述第一卡槽顶端开口，其低端为盲口；所述第二卡槽顶端开口，其低端为盲口。本专利技术一个较佳实施例中，进一步包括所述自耗电极组为两组，两所述自耗电极组对称设置在内结晶器的两侧；所述自耗电极组的熔化速率为0.5～0.8(D2-d2)0.5kg/h；其中，D为外结晶器的内径，d为内结晶器的外径。为了解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种电渣重熔制备含钛高温合金空心钢锭的方法，包括以下步骤，(1)固定内结晶器、外结晶器于电渣重熔炉上；安装自耗电极组于支臂上并插入环形浇注容腔内、且对称设置在内结晶器的两侧；(2)配比渣料：按质量百分比配比以下组份CaF2:59±5％、CaO:18±2％、Al2O3:18±2％、TiO2:5±3％；或者CaF2:62±5％、CaO:8±2％、Al2O3:15±3％、MgO:7±2％、TiO2:8±3％；(3)获取液态熔渣：将步骤(2)的各组份加入化渣炉中化渣获得液态熔渣；(4)将液态熔渣浇入环形浇注容腔内，启动供电系统开始电渣重熔冶炼。本专利技术一个较佳实施例中，进一步包括所述供电系统包括电源、自耗电极组、电抗器、第一开关(K1)和第二开关(K2)；所述自耗电极组插入环形浇注容腔内；所述电源的一端连接自耗电极组，所述第一开关和第二开关两者并联后连接在电源的另一端，所述第一开关的另一端电连接电渣重熔炉底水箱，所述第二开关的另一端串联电抗器后电连接外结晶器；电源、、自耗电极组、液态熔渣、空心钢锭、电渣重熔炉底水箱、第一开关依次电连接形成第一供电回路；电源、自耗电极组、液态熔渣、外结晶器、电抗器、第二开关依次电连接形成第二供电回路；所述第一供电回路启动10～20分钟后，启动第二供电回路。本专利技术相较于现有技术的优点和技术效果如下：其一、本专利技术的电渣重熔制备含钛合金的装置，摒弃抽锭环节(即可以采用不含SiO2的渣系)，解决因[Ti]+(SiO2)＝(TiO2)+[Si]而引起钛元素的大量烧损的技术问题，在保证空心钢锭表面质量的条件下，使得易氧化元素含量达到合金标准要求，且沿铸锭轴向呈均匀分布。其二、对于w[Ti]/w[Al]<5(w[Ti]为Ti的质量分数、w[Al]为Al的质量分数)的高温合金，采用CaF2:59±5％、CaO:18±2％、Al2O3:18±2％、TiO2:5±3％渣系，其具有良好的物化性能、且利于脱硫，渣中加入少量的TiO2就能够保证3[Ti]+2(Al2O3)＝3(TiO2)+4[Al]接近热力学平衡。对于w[Ti]/w[Al]>5的高温合金，渣中加入大量的Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电渣重熔制备含钛高温合金空心钢锭的装置，包括电渣重熔炉和供电系统，其特征在于：其还包括均安装在所述电渣重熔炉上的内结晶器和外结晶器，所述内结晶器和外结晶器之间形成环形浇注容腔，所述环形浇注容腔内设有环形自耗电极组；所述环形浇注容腔内浇注熔渣后，环形自耗电极组在环形浇注容腔内进行电渣重熔冶炼，形成含钛高温合金空心钢锭；所述内结晶器包括首尾依次连接形成空心圆柱体状结构的第一分体、第二分体和第三分体，所述第二分体和第三分体分别转动连接在第一分体的两端，所述第二分体和第三分体的自由端卡扣连接；所述熔渣包含以下质量百分比的组份：CaF2:59±5％、CaO:18±2％、Al2O3:18±2％、TiO2:5±3％；或者CaF2:62±5％、CaO:8±2％、Al2O3:15±3％、MgO:7±2％、TiO2:8±3％。

【技术特征摘要】
1.一种电渣重熔制备含钛高温合金空心钢锭的装置，包括电渣重熔炉和供电系统，其特征在于：其还包括均安装在所述电渣重熔炉上的内结晶器和外结晶器，所述内结晶器和外结晶器之间形成环形浇注容腔，所述环形浇注容腔内设有环形自耗电极组；所述环形浇注容腔内浇注熔渣后，环形自耗电极组在环形浇注容腔内进行电渣重熔冶炼，形成含钛高温合金空心钢锭；所述内结晶器包括首尾依次连接形成空心圆柱体状结构的第一分体、第二分体和第三分体，所述第二分体和第三分体分别转动连接在第一分体的两端，所述第二分体和第三分体的自由端卡扣连接；所述熔渣包含以下质量百分比的组份：CaF2:59±5％、CaO:18±2％、Al2O3:18±2％、TiO2:5±3％；或者CaF2:62±5％、CaO:8±2％、Al2O3:15±3％、MgO:7±2％、TiO2:8±3％。2.如权利要求1所述的电渣重熔制备含钛高温合金空心钢锭的装置，其特征在于：所述供电系统包括电源、电抗器、第一开关(K1)和第二开关(K2)；所述电源的一端连接自耗电极组，所述第一开关和第二开关两者并联后连接在电源的另一端，所述第一开关的另一端电连接电渣重熔炉底水箱，所述第二开关的另一端串联电抗器后电连接外结晶器；电源、自耗电极组、液态熔渣、空心钢锭、电渣重熔炉底水箱、第一开关依次电连接形成第一供电回路；电源、自耗电极组、液态熔渣、外结晶器、电抗器、第二开关依次电连接形成第二供电回路；所述电渣重熔炉内熔渣升温初期启动第一供电回路，熔渣温度稳定后同时启动第一供电回路和第二供电回路。3.如权利要求2所述的电渣重熔制备含钛高温合金空心钢锭的装置，其特征在于：所述电抗器的阻抗能够调整，通过调整电抗器的阻抗来调整第二供电回路的电流大小。4.如权利要求2所述的电渣重熔制备含钛高温合金空心钢锭的装置，其特征在于：所述第一供电回路的熔炼电压为50～80V，熔炼电流为0.025～0.04(D2-d2)；所述第二供电回路的熔炼电压为50～80V，熔炼电流为0.01～0.016(D2-d2)；其中，D为外结晶器的内径，d为内结晶器的外径。5.如权利要求1所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯栋，王德永，姜周华，李花兵，刘福斌，曹玉龙，屈天鹏，王慧华，田俊，陈开来，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32