[发明专利]电渣重熔制备含钛高温合金空心钢锭的装置和方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，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。

背景技术

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。中国发明专利(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。中国发明专利(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。

发明内容

本发明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，本发明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；