[发明专利]电渣精炼金属的直接加工

说明书

本发明总的说来涉及对流经电渣精炼操作区的金属进行的直接加工。更具体地，本发明涉及对电渣加工设备紧底下产生的金属流进行的雾化或直接加工。

众所周知，加工较庞大的金属体（例如超级耐热合金）时，金属体本身的庞大体积给这个加工带来了许多问题。这种加工涉及给大约5，000至35，000磅或以上的大金属体顺次进行加热、成形、冷却和再加热的问题，其目的是为了控制金属粒度的大小以及其它显微组织。这些问题还涉及通过熔炼和类似的作业进行加工时，大金属体中合金成分的偏析问题。为克服因采用大体积加工和精炼作业产生的一系列困难，对一系列工序有时是要经过一番选择的。

这一系列工序之一包括顺次进行的真空感应熔炼、电渣精炼、真空电弧精炼和通过锻造和拉拔之类的机械加工等工序。虽然通过这一系列工序加工出的金属非常有用，金属制品本身也很有价值，但该加工过程要通过好几道工序，这不仅成本高，而且费时。

举例说，将金属碎屑真空感应熔炼成20，000至35，000磅或以上的大金属体，在回收碎屑材料方面是极其有用的。金属碎屑可与原金属混合，达到所要求的标称合金成分，并使加工过程经济上颇合理。要使碎屑的再熔炼合乎经济原则，粒度范围很重要。按照这种工艺，碎屑和其它金属通过真空感应熔炼诸工序进行加工，使其形成大金属锭，而这个金属锭是要比形成金属锭的金属碎屑和其它材料有价值得多。可是，按照这种一般的加工方法，得出的大金属锭制品通常具有三种缺陷中的一种以上，特别是气孔、含渣和宏观偏析。

将金属屑回复成金属锭，是精炼工艺的头一道工序，它精炼工艺包括若干顺次进行的加工工序。在以后的加工工序中也包括这些工序中的某些工序，具体是为了消除现行加工过程中产生的一些缺陷。举例说，这类大金属锭接着可以通过电渣精炼工序进行加工，以除去大部分可能因金属锭至少部分由碎屑材料制成而存在于金属锭中的氧化物和硫化物。

电渣精炼是众所周知的业已在工业上应用好些年的工艺。这种工艺在例如名为《超级耐热合金，超级复合材料和超级陶瓷》、有关金属加工的教科书第82-84页中有介绍。该书由John    K.Tien和Thomas    Caul    field编著，由Harcourt    Brace    Jovanovich的科学出版社有限公司（Academic    Press，Inc.）出版，拥有1989年的版权。采用这种电渣精炼工艺是为了从真空感应熔炼出的金属锭中除去氧化物、硫化物和其它杂质，从而降低加工出来的产品中这些杂质的含量。电渣精炼出的产品基本上没有气孔，而且不含渣。

然而，在进行电渣精炼时会有较深的熔池（melt    pool）形成，这给这个工艺带来了问题。深熔池会引起合金组分一定程度的宏观偏析，并使显微偏析达不到所要求的水平。宏观偏析引起的缺陷，肉眼是能看得见的，叫做“斑点”。减少斑点的一个办法是减小所形成的金属锭的直径，但减小直径也会对加工的经济性起不良的影响。

为解决这个深熔池问题，后面的加工工序与电渣精炼配合使用，其目的主要是为了减小熔池的深度和熔池加深所带来的偏析和宏观结构问题。这后一种加工是真空电弧炉精炼，它也是按一般周知的加工方法进行的。

真空电弧精炼是以电渣精炼炼出的金属锭为原料，通过真空电弧工序进行加工，以产生较浅的熔池，从而改善显微结构，还可能降低氮的含量。这里，还是为使加工经济，先后通过电渣精炼和真空电弧精炼加工10至40吨级的较大金属锭。然而，这个加工过程的大型金属锭，粒度大，而且还可能含有叫做“脏”的白斑点的缺陷。

经过真空电弧精炼之后，就对该加工得出的金属锭进行机械加工，制成显微结构更好的金属料。该机械加工可以例如包括锻压和拉拔的联合工序，以减小金属的粒度。热机械加工如此大型的金属锭需要有加工厂房广阔的空间，需要大型、昂贵的设备以及大量和花费大的能量输入。

为了使加工出来的金属产品达到极其令人满意的显微结构，迄今很长的一段时间一直采用上述传统的加工方式。上面在谈到技术背景时已经说过，其中的一个问题在于，只用一种加工工序时，该工序的产品总是有某些缺陷，为了克服加工过程中初始或早先工序中的缺陷，于是就将另一个加工工序与头一个工序结合起来使用。无论如何，采用必要的联合工序时，得出的产品确是成功的有益的，显微结构也是合乎要求的。采用上述联合加工工序的缺点在于，进行该一系列加工工序需要大量昂贵的设备，此外要进行上述各加工工序和按上述顺序从一个工序转入另一个工序需要大量的加工时间以及加热和冷却用的能量。