一种降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法

本发明涉及一种合金冶炼，特别是涉及一种降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法。

背景技术：

1、优质合金通常先用真空感应冶炼铸成电极，再由真空自耗电弧炉重熔成锭，可提高合金的塑性、高温持久强度及疲劳强度等性能。熔炼中通常会对电弧长度进行控制以保证冶炼过程稳定，优化最后封顶工艺以减少缩孔。通常采用低电压大电流直流电源供电。

2、真空自耗电弧熔炼(vacuum arc remelting，简称var)是在真空状态下，利用直流电源在电极与放置于水套中的铜坩埚底板之间产生电弧，电弧加热产生高热，熔化电极，电极不断下降溶化，在水冷铜坩埚内形成熔池，熔化的金属完成速凝、结晶、凝固成锭。

3、真空电弧熔炼一般用于精炼不锈钢、超级合金、钛锆钽铌钨钼等易氧化金属及合金，减少了活性元素(如al、ti)的损耗，铸锭凝固过程可控，显著提高铸锭的洁净度、均匀度、抗疲劳和断裂韧性，因此其组织的一致性和均匀性较好，夹杂物的数量少，合金的纯净度也得到进一步改善。真空电弧熔炼非常适合用于熔炼特殊钢、活泼的和难熔的金属如钛、钼、铌。

4、在常规真空自耗重熔冶炼中，夹杂物主要通过上浮作用上浮至熔池表面，然后向四周移动并被排除到重熔锭表面区域方式去除，以降低夹杂物含量。但是，此种去除过程中的氧化物类夹杂物仍然保持化合物形态，并没有真正的从冶炼体系中排除。

5、因此，亟需一种降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法，以减少通过真空自耗重熔冶炼方法获得的合金锭子中的氧化物类夹杂物，获得高品质的合金。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法，主要目的在于减少甚至去除合金中的氧化物类夹杂物，获得高品质的合金。

2、为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

3、本发明的实施例提供一种降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法，根据结晶器的内径确定重熔速度，通过控制重熔速度，以强化c元素还原氧化物的方式去除氧化物类夹杂物，反应产物为co。

4、在一些实施方式中，平均每小时重熔kg数＝结晶器内径毫米数值×

5、(0.4-0.7)，以降低电弧区等离子体的物质总量，从而提高碳脱氧还原氧化物的时间，降低自耗重熔锭的夹杂物数量。

6、在一些实施方式中，控制重熔的电弧间距维持在15-19mm范围内以扩大电弧区的体积，保证真空自耗重熔冶炼过程中，氧化物夹杂主要以被c元素还原形式去除，反应产物为co。

7、在一些实施方式中，控制熔池液面环宽度＝(结晶器内径×0.06+19)±2.5，单位mm，以增大熔池暴露出的液面面积。

8、在一些实施方式中，自耗重熔的电弧间距的标定采用强制电极快速下降至短路的方法进行测量。

9、在一些实施方式中，电弧间距测量的方法为：操作前先记录好电极料杆的行程位置，然后强制电极快速下降至短路发生，即重熔弧光消失，并在此时刻记录相应的电极料杆行程位置；将操作前的行程位置与短路发生时刻的行程位置相减，差值即为电弧间距。

10、在一些实施方式中，测量的时机选定在重熔锭高度达到1/2结晶器直径～2/3结晶器直径范围内时。

11、在一些实施方式中，强制电极下降的速度为1.3mm/s-1.7mm/s。

12、在一些实施方式中，重熔真空度控制在0.5pa以下。

13、在一些实施方式中，平均每小时重熔kg数＝结晶器内径毫米数值×(0.44-0.65)以降低电弧区等离子体的物质总量。

14、与现有技术相比，本发明的一种降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法至少具有下列有益效果：

15、强化了自耗重熔中c还原氧化物夹杂的作用，脱氧产物co以气体形式从冶炼体系中排除，减少了氧化物夹杂残留在重熔锭中的数量。具体地：

16、(1)稳态阶段重熔速度设置在较低水平，目的在于延长总的脱氧反应时间，促进氧化物夹杂更多的被c元素还原；

17、(2)在(1)的基础上，将自耗重熔的电弧间距设置为特定的尺寸，可以进一步为c还原氧化物夹杂的反应产物co气体逸出提供有利条件；

18、(3)在(1)的基础上，将熔池液面环宽度设置在较大的尺寸，可以为c还原氧化物夹杂的反应产物co气体逸出进一步提供更为有利的条件；如果叠加在(2)的基础上，会进一步为c还原氧化物夹杂的反应产物co气体逸出提供更为有利的条件；

19、(4)进一步地，通过降低冶炼真空度，可为c还原氧化物夹杂提供更加理想的冶金热力学条件。

20、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

1.一种降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法，其特征在于：根据结晶器的内径确定重熔速度，通过控制重熔速度，以强化c元素还原氧化物的方式去除氧化物类夹杂物，反应产物为co。

2.按照权利要求1所述的降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法，其特征在于：平均每小时重熔kg数＝结晶器内径毫米数值×(0.4-0.7)，以降低电弧区等离子体的物质总量，从而提高碳脱氧还原氧化物的时间，降低自耗重熔锭的夹杂物数量。

3.按照权利要求1所述的降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法，其特征在于：控制重熔的电弧间距维持在15-19mm范围内以扩大电弧区的体积，保证真空自耗重熔冶炼过程中，氧化物夹杂主要以被c元素还原形式去除，反应产物为co。

4.按照权利要求1所述的降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法，其特征在于：控制熔池液面环宽度＝(结晶器内径×0.06+19)±2.5，单位mm，以增大熔池暴露出的液面面积。

5.按照权利要求3所述的降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法，其特征在于：自耗重熔的电弧间距的标定采用强制电极快速下降至短路的方法进行测量。

6.按照权利要求5所述的降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法，其特征在于：电弧间距测量的方法为：操作前先记录好电极料杆的行程位置，然后强制电极快速下降至短路发生，即重熔弧光消失，并在此时刻记录相应的电极料杆行程位置；将操作前的行程位置与短路发生时刻的行程位置相减，差值即为电弧间距。

7.按照权利要求5所述的降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法，其特征在于：电弧间距的测量时机选定在重熔锭高度达到1/2结晶器直径～2/3结晶器直径范围内时。

8.按照权利要求5所述的降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法，其特征在于：强制电极下降的速度为1.3mm/s-1.7mm/s。

9.按照权利要求1所述的降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法，其特征在于：重熔真空度控制在0.5pa以下。

10.按照权利要求1所述的降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法，其特征在于：平均每小时重熔kg数＝结晶器内径毫米数值×(0.44-0.65)以降低电弧区等离子体的物质总量。

技术总结
本发明提供一种降低氧化物夹杂含量的真空自耗重熔冶炼方法，根据结晶器的内径确定重熔速度，通过控制重熔速度，以强化C元素还原氧化物的方式去除氧化物类夹杂物，反应产物为CO。进一步地，通过采用较大的重熔电弧间距和液面环宽度，在低熔速条件下，促进C脱O反应发生。配合以高真空，重熔合金中的O更多的以CO形式通过抽真空从冶炼体系中排除，减少了氧化物夹杂残留的问题。

技术研发人员：马颖澈,张龙,杜战辉,杨亚倩
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15