[发明专利]测定冶炼高温合金过程中界面传氧速率的方法

说明书

本发明一种测定冶炼高温合金过程中界面传氧速率的方法，通过温度与传氧速率、气氛中氧含量与传氧速率的定量关系式，测定冶炼高温合金过程中气‑渣界面和渣‑金界面的传氧速率。与现有的技术相比，本发明的有益效果是：通过本发明的温度与传氧速率、气氛中氧含量与传氧速率的定量关系式，测定冶炼Inconel 718高温合金过程中气‑渣界面和渣‑金界面的传氧速率，根据冶金过程中温度及不同气氛中氧含量来有效的确定气‑渣界面和渣‑金界面传氧速率，为控制电渣重熔过程中合金液的氧含量提供理论依据，从而精准控制冶金过程中气氛中进入熔池的氧含量，建立更加合理的脱氧制度。

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种测定冶炼高温合金过程中界面传氧速率的方法。

背景技术

电渣重熔是制备高品质特殊钢的主要方法之一，其优点包括非金属夹杂物少，金属纯净度高，合金锭心部结晶组织均匀，结构致密，合金锭表面质量良好等。

气氛中的氧进入金属液的反应如下：气氛中的氧气与熔渣中的氧化亚铁在气-渣界面发生氧化反应：气渣界面化学反应生成的氧化铁与钢水中的铁发生氧化还原反应：(Fe₂O₃)+[Fe]→3(FeO)、渣中氧化亚铁分解：(FeO)→[Fe]+[O]。研究冶金过程熔渣中的气体渗入速度可以有效控制气氛中的氧进入金属液的含量，对提升产品质量、制定合理的脱氧制度是十分重要的。人们普遍认为，电渣重熔钢锭具有洁净度高、组织致密、成分均匀、良好的加工塑形、良好的低温抗冷脆性、力学性能优良和成材率高等多种优点，但电渣重熔过程中气氛中的氧进入熔池形成的非金属氧化物夹杂对钢锭质量存在有害影响，制定准确的脱氧制度显得十分重要。冶炼Inconel 718高温合金过程中合金元素的烧损较大影响了金属产品的质量，其中氧及氧化物夹杂是引起合金元素烧损的一个重要原因，空气中的氧进入熔池，引起了金属产品氧含量升高。如果无法制定一个准确的脱氧制度会导致元素收得率低、产生非金属夹杂物污染钢水。

研究者大多采用测定不同气氛、温度条件下的气体渗入后导致的熔体和熔渣成分变化来研究吸气速率。例如鲁雄刚等研究了含碳金属熔体与CaO-SiO₂-Al₂O₃-FeO_x熔渣体系反应的电化学机理，实验结果表明，在敞开系统中，金属和熔渣两相之间是否存在电子导体，均有，当减小气相氧分压，金属相的最终碳含量逐渐增多，反应速率逐渐减小。由于测定熔渣成分这种方法测得的成分含量不是瞬间的且熔渣吸氧量是很少的，而是存在时间延迟的，导致了熔渣成分测定方法的误差较大，数据准确性低。因此很难用测定成分的方法研究熔渣吸氧速率问题。

研究表明增加冶炼Inconel 718高温合金过程气氛中氧含量可以加快熔融合金液中氧含量达到饱和的时间，并且气-渣界面和渣-金界面传氧速率也得到了明显增快；升高冶金过程温度可以加快气-渣界面和渣-金界面传氧速率。这样可以通过降低冶金过程气氛的氧势来控制进入熔渣的氧含量和建立合理的温度制度对进入熔渣的氧含量进行精准控制。由于气-渣界面和渣-金界面氧浓度变化十分迅速，传统测定熔渣成分来了解传氧问题的方法的不足明显突出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测定冶炼高温合金过程中界面传氧速率的方法，通过本发明的温度与传氧速率、气氛中氧含量与传氧速率的定量关系式，测定冶炼Inconel 718高温合金过程中气-渣界面和渣-金界面的传氧速率，根据冶炼Inconel 718高温合金过程中温度及不同气氛中氧含量来有效的确定气-渣界面和渣-金界面传氧速率，为控制电渣重熔过程中合金液的氧含量提供理论依据，从而精准控制冶金过程中气氛中进入熔池的氧含量，建立更加合理的脱氧制度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

测定冶炼高温合金过程中界面传氧速率的方法，通过温度与传氧速率、气氛中氧含量与传氧速率的定量关系式，测定冶炼高温合金过程中气-渣界面和渣-金界面的传氧速率；温度与传氧速率、气氛中氧含量与传氧速率的定量关系式如下：