本发明专利技术涉及一种磁控电渣重熔高效精炼高温合金的方法及装置。本方法是利用电磁激振效应，细化熔滴和凝固组织，以提高精炼效果，减少偏析。本装置包括铜模结晶器、水冷套、高温合金电极棒、水冷铜板底电极和电源。特点是在水冷铜模结晶器的外围设置一个磁场发生器产生磁场、与电渣熔炼的电流复合产生振荡洛伦兹力。本发明专利技术用于高温合金电渣重熔精炼，能提高精炼效果，减少铸锭偏析。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种在高温合金的电渣重熔过程中提高精炼效果和减少铸锭偏析方法及其装 置，属精炼工艺
技术介绍
传统电渣重熔工艺是把普通冶炼方法制成的高温合金电极，插入盛有高碱性熔渣的水冷结 晶器中，利用熔融渣的导电性，往熔融渣池中通入强大的交变电流，使熔渣发热，高温合金 电极在焦耳热的作用下，在与熔渣接触端逐熔化成熔滴，熔滴在汇聚和在渣池中沉降过程中， 由于双电层效应以及电磁净化效应的作用，熔滴中的非金属夹杂物和杂质元素迁移至熔滴表 面，然后经液态熔渣洗涤去除，经过洗涤的熔滴在下方的水冷结晶器中重新汇集、凝固而成 为洁净的电渣铸锭。在电渣精炼过程中，熔渣反应温度高，渣池强烈搅拌，金属熔滴与高碱 度渣充分接触，强化了钢渣界面反应，使金属合金的纯净度大大提高；精炼后的合金凝固过 程，是在水冷金属结晶器的强制冷却条件下进行的。凝固过程中金属熔池的上方始终保持一 个高温熔池，使得熔融金属自下而上地顺序凝固。因此，电渣熔铸金属的结晶组织较为致密。 电渣重熔技术是制备高温合金的关键精炼工艺之一。以Ni基高温合金为代表的高温合金， 其化学成分复杂，对成分含量的控制尤为苛刻，尤其是一些有害元素，如氧、氮、氢、硫、 磷， 一般都要求控制其含量在数个ppm之下。目前，镍基高温合金均采用真空感应熔炼-真空 电弧熔炼-电渣重熔的三联工艺，其中电渣重熔工序是制约合金锭纯净度的核心工序。然而， 传统的电渣重熔技术仍然存在精炼效率不高，非金属夹杂物去除不彻底的不足，甚至其中仍 然存在大于20um的非金属夹杂物，而为了得到纯净的电渣铸锭，还不得不多次采用电渣重 熔工艺，既降低了电渣的生产效率，同时也使电渣锭的单位能耗大大增加，因此，如何强化 电渣熔炼过程，提高其精炼效率，仍然是电渣工序的主攻方向之一。在电渣重熔过程中，熔滴大小对提高杂质和夹杂物的去除效率至关重要，熔滴越小，夹 杂物和杂质元素从熔滴内部迁移至熔滴表面所需的时间越短，杂质也更容易去除；熔滴越小， 在渣池中沉降的时间也越长，也有利于渣洗过程的充分进行，夹杂物去除效率越高；此外， 随着熔滴直径降低，在同样的电流强度下，流过熔滴的有效电流密度将显著增加，例如，熔 滴直径降低一半，其有效电流密度增加四倍，而熔滴中由于交变电流经过而产生的洛伦兹力 与其电流密度的平方成正比，也就是说，此时的洛伦兹力将增加16倍，而熔滴中的非金属夹 杂物从中心往熔滴表面的迁移速度又与洛伦兹力成正比，也就是说，熔滴中的非金属夹杂物 的迁移速度也增加16倍，显然，这对熔滴中的非金属夹杂物的去除无疑是非常有利的。但如何有效细化熔滴直径，目前尚未提出更好的方法。此外，渣池下方的电渣铸锭凝固时，由于 在底部和周围均为通水冷却，因此，铸锭组织为粗大的斜向上生长的柱状晶或枝晶，枝晶间 或柱状晶界区域仍然存在明显的晶界偏析，因此电渣锭在后续的塑性变形或切割分用时，必 然造成不同区域或切块之间的成分的差异，从而对后续材料的成型零件质量产生影响。因此， 如何提高电渣重熔精炼工艺的效率以及控制铸锭的宏观偏析仍然是制约该技术广泛应用的核 心问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对已有技术存在的缺陷，提供一种磁控电渣重熔高效精炼高温合金 的方法及装置，细化电渣重熔过程中熔滴尺寸，进而提高杂质和夹杂物净化效率、同时细化 电渣锭凝固组织进而降低铸锭中的成分偏析。为达到上述目的，本专利技术的构思是利用稳恒磁场与交变电流作用，或交变磁场与直流 电流作用产生振荡洛伦兹力，使熔滴细化，延长熔滴在渣中的停留时间，从而使熔滴中的夹 杂物和杂质有充足的时间分离；同时，熔滴细化时，可以显著提高熔滴中的电磁挤压力，从 而显著提高熔滴中夹杂物的迁移速率，精炼效率也就得到显著提高；此外，在铸锭凝固时， 再复合恒定磁场，在凝固界面前沿产生强烈的振荡洛伦兹力，打碎枝晶，细化凝固组织，从 而实现成分均匀化的目的。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案一种磁控电渣重瑢高效精炼高温合金的方法，其特点在于利用电磁激振效应，细化熔滴 和凝固组织，以提高精炼效果，减少偏析；具体操作步骤如下1) 将熔融渣液浇入水冷的铜模结晶器中；2) 将待精炼的高温合金电极棒插入铜模结晶器的熔融渣液中；3) 将高温合金电极棒和铜模结晶器底部的水冷底电极用电缆分别连接外接电源的电流输出 端；4) 同时采用磁场发生器提供磁场，施以垂直于高温合金电极棒和电渣铸锭轴向的磁场；5) 调整磁场、电极、电渣铸锭的相对位置，以确保高温合金电极棒的熔化区以及电渣铸锭的 固液界面均位于磁场区域中；6) 控制电渣熔炼电流，当其产生的热量将高温合金电极棒逐滴熔化后，控制磁场强度，利用 电磁产生的振荡洛仑兹力，细化熔滴尺寸和细化电渣铸锭的凝固组织；7) 随着高温合金电极棒的熔化以及电渣铸锭的往上生长，磁场区域也逐渐上移，以保证熔化 和凝固过程均处于磁场区域中。5上述合金电极棒为待精炼的镍基高温合金、或轴承钢、不锈钢、合金钢等需要采用电渣 熔炼的金属。上述电源为交流电源，为电渣熔炼提供交流电流，所述磁场发生器提供的磁场为稳恒磁 场，从而产生电磁激振效应。上述电源为调压调频电源，其电流强度为500-1200A，频率为0.001—3000Hz，磁场发 生器提供的磁感应强度为0.1—12T。上述电源也可以为直流电源，为电渣熔炼提供直流电流，而所述磁场发生器提供的磁场 则为交变磁场，同样能产生电磁激振效应。一种磁控电渣重熔高效精炼高温合金的装置，应用于上述方法，包括铜模结晶器、设置 于铜模结晶器周壁外的水冷套、作为底电极的水冷铜板及其水冷套和电源及其用于连接底电 极和插入铜模结晶器熔融渣液中的高温合金电极棒的水冷电缆，其特征在于在所述铜模结晶 器的水冷套的外围设置一个磁场发生器。上述结晶器水冷套和底电极水冷套分别有进水口接水源及出水口接水槽。 本专利技术方法的机理和原理叙述如下在本专利技术中，将电渣重熔过程置于恒定磁场中进行，利用磁场与适当频率和适当强度的 交变电流配合产生的电磁激振效应，细化熔滴和凝固组织，以提高精炼效果，减少偏析。 另外，本专利技术方法的特点如下所述(1) 凝固组织的细晶程度同施加的电流与磁场大小有关，其乘积越大，所获得的铸锭组织 越细小，宏观偏析也就越小；(2) 恒定磁场与交变电流相互作用，产生交变的洛伦兹力，可以震落熔滴，或者加速熔 滴的颈縮，从而细化熔滴的直径，在可以延长熔滴在熔渣中的停留时间的同时，縮短夹杂物 或杂质由熔滴心部迁移至表面然后被熔渣吸收的时间，并显著增加熔滴中非金属夹杂物的迁 移速率，从而提高精炼效率。实验研究表明在同等电流强度下，熔滴的尺寸与施加的磁场强 度呈线性关系，磁场强度越高熔滴越小。附图说明图1为本专利技术方法一个实施例的装置结构示意图。 图2为本专利技术的机理示意图。图3为本专利技术细化的电渣熔滴中非金属夹杂物净化机理示意图。 具体实施例方式现将本专利技术的优选实施例结合附图叙述于后。实施例一参见图1，本磁控电渣重熔高效精炼高温合金的装置是由待精炼高温合金电极l、水冷铜 模结晶器2、恒定磁场发生器3、调压调频交流电源4、己凝固金属电渣铸锭5、熔融渣液6、 水冷铜板底电极7、水冷电缆14、上下水冷套13、 15、上下水冷套进水口7、 12和上下水冷 套出水口 10、 11组成。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁控电渣重熔高效精炼高温合金的方法，其特点在于利用电磁激振效应，细化熔滴和凝固组织，以提高精炼效果，减少偏析；具体操作步骤如下： ａ．将熔融渣液（６）浇入水冷铜模结晶器（２）中； ｂ．将待精炼高温合金电极棒（１）插入水冷铜模结晶器（ ２）的熔融渣液（６）中； ｃ．将待精炼高温合金电极棒（１）和水冷铜模结晶器（２）底部的水冷铜板底电极（７）外接调压调频交流电源（４）； ｄ．同时磁场发生器（３）提供恒定磁场，施以垂直于待精炼高温合金电极棒（１）和电渣铸锭（５）轴向的磁场 ； ｅ．调整磁场、电极、电渣铸锭的相对位置，以确保待精炼高温合金电极棒（１）的熔化区以及电渣铸锭（５）的固液界面均位于磁场区域中； ｆ．控制电渣熔炼电流，当其产生的热量将待精炼高温合金电极棒（１）逐滴熔化后，控制磁场强度，利用电磁相互作 用产生的振荡洛仑兹力，细化熔滴尺寸和细化电渣铸锭（５）的凝固组织； ｇ．随着待精炼高温合金电极棒（１）的熔化以及电渣铸锭（５）的往上生长，磁场区域也逐渐上移，以保证熔化和凝固过程均处于磁场区域中。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：钟云波，吴秋芳，范洋旸，雷作胜，任维丽，任忠鸣，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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