一种控制电渣重熔气氛的装置及方法.pdf

本发明属于冶金行业中电渣重熔的制备方法领域。适用于制备重熔的装置和降低重熔中氧含量的方法。该装置的组成是在结晶器上装有密封罩，在密封罩上还装有氧分压测量仪、流量计和真空机组等，特征是熔室上所装导电杆和自耗电极都在密封罩内，电极导电杆与密封环为滑动密封结合。该重熔气氛保护方法的特征有：密封罩内抽真空度0.1Pa－100Pa；惰性气体经冷冻干燥机后再充入密封罩内的压力为1.0－1.3×105Pa。在电渣重熔过程中，根据电渣重熔室上方密封罩内氧分压测量系统的实时输出值与设定值(氧分压P02＜100Pa)的参比结果，通过变送器、流量计自动控制惰性气体的充入量，或通过变频器调节抽气系统电机转速自动控制电渣重熔室上方密封罩内气体的排出量。本发明装置及方法与现有技术相比较具有能够降低重熔合金的氧含量及合金成分的均匀一致性，使重熔室内的惰性气体具有稳流、恒压等特点。

1、  一种电渣重熔气氛保护的装置，该装量的组成是在结晶器(8)上方装有密封罩(11)，在密封罩(11)上装有氧分压测量仪(10)、真空机组(15)的接口和流量计(4)接口，氧分压测量仪(10)串接电渣重熔主控器(14)、变频器(17)和变送器(5)，真空机组(15)由电机(16)带动，流量计(4)相联接有冷冻干燥机(3)、汇流排(2)、惰性气体(1)和变送器(5)，其特征在干电渣重熔室的上方所装有电极把持系统和自耗电极(9)都纳入到气氛密封罩(11)内，自耗电极导电杆(13)通过滑动密封环(12)实现在密封罩内的上下移动，氧分压测量仪(10)的测量值是控制惰性气体(1)的补充量和真空机组(15)的排出量。

2、  一种控制电渣重熔气氛保护的方法，该方法是在上述电渣重熔装置中进行电渣重熔气氛保护的，该控制电渣重熔气氛保护的方法分为电渣重熔前和电渣重溶中，在电渣重熔前是通过抽真空系统(15)、电机(16)、变频器(17)先将密封罩(11)内的空气抽至设定的真空度后再迅速充入惰性气体，其特征在于1)密封罩(11)内真空度控制在0.1pa-100pa之间；2)充入的惰性气体为氮气或氩气中的任意一种；3)惰性气体经冷冻干燥机(3)处理后在25℃时相对湿度＜10％充入密封罩(11)内，充气压力控制在1.0-1.3×10⁵Pa之间；在电渣重熔过程中，由氧分压测量仪(10)所采集的测量值通过电渣重熔主控器(14)设定值参比结果来控制惰性气体(1)、汇流排(2)、冷冻干燥机(3)、流量计(4)向密封罩(11)内补充惰性保护气体量，和控制真空机组(15)的排出含氧废气量。

3、  根据权利要求2所述控制电渣重熔气氛保护的方法，其特待在于所采集的测量值与参比设定值的标准为氧分压P₀₂＜100Pa。

一种控制电渣重熔气氛的装置及方法
所属领域
本发明属于冶金行业中采用气保技术进行电渣重熔的制备方法领域。更适用于通过按设定的气量值控制熔室惰性气体进、排量，使电渣重熔过程中降低氧污染。
背景技术
在现有技术中，采用电渣重熔的制备工艺，目前还普遍是采用在空气中或者为了防止氢含量的升高，而在干燥的空气中进行保护重熔，这就会导致重熔锭中的氧含量居高不下。另外还有在重熔时常有往渣池中加入脱氧剂，如Al、CaSi、FeSi、Mg等的方法在对熔渣进行连续的脱氧时，必然会引起熔渣的组分发生变化，从而造成重熔锭中的易氧化元素含量的不一致。近年随着工业技术的不断发展，已有采用在惰性气体保护下的电渣重熔技术方法，该方法在防止氢升高的同时，也有防止氧含量增加的效果。目前，电渣炉的惰性气氛保护装置还是比较简单的，该装量是将惰性气体(如氩气等)环、电极把持系统和自耗电极系统都纳入到惰性气氛罩式保护系统内。但是最新技术的电渣重熔保护气氛方法，是采用在电渣重熔过程中直接充入惰性气体的方法，缺点在于重熔时的熔炼初期和后期熔室内的气氛差异较大，由于控制精度偏低而造成重熔后合金锭的纯净度仍不能满足使用要求，同时还容易造成重熔合金锭在高度方向上纯净度、活泼元素含量的不一致。因此该方法还不能从根本上解决传统电渣重熔合金过程中的氧含量偏高和活泼元素(如Al、Ti)的烧损量偏大，尤其是大锭型锭头锭尾活泼元素含量偏差更大的问题。
发明内容
本发明的目的是提供了一种能够降低重熔合金的氧含量，保证合金成分的均匀一致性，根据设定值进行跟踪电渣重熔全过程中，使电渣重熔室内具备稳流、恒压的控制电渣重熔气氛保护的装置及方法。
根据本发明目的所提出的控制电渣重熔气氛保护的方法，我们的解决方案可根据附图进行详细叙述。如附图所示，该电渣重熔装置组成是在结晶器8上方装有密封罩11，在密封罩11上还装有氧分压测量仪10、真空机组15的接口和流量计4接口，氧分压测量仪10串接电渣重熔主控器14、变频器17和变送器5，真空机组15由电机16带动，与流量计4相联接有冷冻干燥机3、汇流排2、惰性气体1和变送器5，其特征在干熔室的上方所装有电极把持系统的自耗电极导电杆13和自耗电极9都纳入到气氛密封罩11内，自耗电极导电杆13通过滑动密封环12实现在密封罩内的上下移动，氧分压测量仪10的测量值是控制惰性气体1的补充量和真空机组15的排出量。根据本发明的目的，我们所提出控制电渣重熔气氛保护的方法是在以上所述的电渣重熔装置中进行重熔的，本发明控制电渣重熔气氛保护的方法分为电渣重熔前和电渣重溶中，电渣重熔前是通过抽真空系统15、电机16、变频器17先将密封罩11内的空气抽至设定的真空度后再迅速充入惰性气体，其特征在于1)密封罩11内真空度控制在0.1pa-100pa之间；2)充入的惰性气体为氮气或氩气中的任意一种；3)按工艺参数，要求控制重熔合金中氢含量时，惰性气体经冷冻干燥机3处理后在25℃时相对湿度＜10％，可充入密封罩11内，充气压力控制在1.0-1.3×10⁵Pa之间，然后开始电渣重熔过程。由于重熔室上方密封罩11上装有的氧分压实时测量仪10，在电渣重熔过程中，由氧分压测量仪10所采集的测量值通过电渣重熔主控器14控制惰性气体1、汇流排2、冷冻干燥机3、流量计4和变送器5向密封罩11内补充惰性保护气体量，和控制真空机组15排出含氧废气量。因此采用本发明方法就可以实现在电渣重熔过程中，由主控制器14根据重熔室上方密封罩11内氧分压测量仪10的测量值与参比设定值的标准为氧分压P₀₂＜100Pa的参比结果，再通过变送器5、流量计4来实现惰性气体充入量的稳压、稳流自动控制，和通过变频器17调节抽气系统电机16转速来实现重熔室上方密封罩11内气体排出量的自动控制。
采用本发明的电渣重熔装置及控制电渣重熔气氛的方法与现有技术相比较具有能够降低重熔合金的氧含量，保证合金成分的均匀一致性，根据设定值进行跟踪电渣重熔全过程中，使重熔室内的惰性气体具有稳流、恒压等特点。另外在本发明的装置与方法中同时还具备有：1)气氛控制密封性能好。由于电渣重熔室上方的惰性气体保护密封罩把电极把持系统和自耗电极都包含在其中，自耗电极导电杆可通过滑动密封环实现在密封罩内的上下移动。2)惰性气体保护充分。电渣重熔过程开始前先将熔室上方密封罩内的空气抽至设定的真空度，真空度控制在0.1pa-100pa之间，接着迅速充入惰性气体，使熔室上方密封罩内的惰性气体压力控制在1.0-1.3×10⁵Pa之间，然后开始电渣重熔过程，这样保证了重熔过程惰性气体保护充分，以及前期和后期的一致性。3)实现整个熔炼过程惰性气氛的动态平衡。电渣重熔开始后在熔室上方密封罩内的氧分压实时测量仪(设备的响应时间为50ms)及时将测量值输出至电渣重熔主控制单元，主控制器根据输出值与设定值(氧分压P₀₂＜100Pa)地参比结果，通过变送器、流量计自动控制惰性气体的充入量，或通过变频器调节抽气系统电机转速自动控制电渣重熔室上方密封罩内气体的排出量。从而在实现整个熔炼过程在电渣重熔炼室内惰性气氛的动态平衡。因此，采用本发明方法能够从根本上解决传统电渣重熔合金氧含量偏高、活泼元素(如Al、Ti)烧损量大，大锭型增氢、锭头锭尾活泼元素含量偏差大的缺陷。
附图说明
在本发明说明书中的附图是能够控制电渣重熔室内具备稳流、恒压的气氛保护装置。在附图中序号1、惰性气体；2、汇流排；3、冷冻干燥机；4、流量计，5、变送器；6、重熔锭；7、熔池；8、结晶器；9、自耗电极，10；氧分压测量仪；11、密封罩；12、滑动密封环；13、导电杆；14、电渣炉主控器；15、真空机组；16、电机；17、变频器。
具体实施方式
采用本发明的装置及方法，在380KVA电渣炉上进行了10炉次重熔精炼制备高纯净FGH95合金锭，其中4炉次将φ100×1200自耗电极重熔成φ160×470的合金锭(炉号依次为1-4)，4炉次将φ130×1000自耗电极重熔成φ220×350的合金锭(炉号依次为5-8)。在电渣重熔过程开始前，先将熔室上方密封罩内的空气抽至0.1pa-100pa之间的真空度，真空度控制在50pa-80pa，接着迅速充入惰性气体(氩气)，使熔室上方密封罩内的惰性气体压力控制在1.0-1.3×10⁵Pa之间，然后开始电渣重熔过程。在整个熔炼过程中，根据熔室上方密封罩内的氧分压实时测量仪及时将测量值输出至电渣重熔主控制器，主控制器根据电渣重熔室上方密封罩内氧分压测量仪的实时输出值与氧分压P₀₂＜100Pa的参比结果，通过变送器、流量计自动控制惰性气体的充入量，或通过变频器调节抽气系统电机转速自动控制电渣重熔室上方密封罩内气体的排出量，从而在实现整个熔炼过程在电渣重熔炼室内惰性气氛的动态平衡。为了对比方便，我们同时也在380KVA电渣炉上进行了2炉在大气下熔炼、重熔前不抽真空直接充入氩气保护重熔FGH95合金锭的试验，其中1炉是将φ100×1200自耗电极在大气下重熔成φ160×470的合金锭(炉号为9)，另炉次将φ100×1200自耗电极直接充入氩气保护重熔成φ160×470的合金锭(炉号为10)。对以上10炉次原始自耗电极中的氧含量、铝含量、钛含量以及FGH95合金重熔锭锭头、锭尾的氧含量、铝含量、钛含量进行了检测，测量结果见表1。结果表明，大气下电渣重熔时，氧含量由自耗电极中的0.0012wt％升高重熔锭中的0.0033wt％，钛、铝烧损严重，钛烧损量0.30wt％，铝烧损量0.32wt％；重熔前不抽真空直接充入氩气保护重熔时，锭头氧含量高，钛、铝烧损严重，而应用本发明装置及工艺重熔时，氧含量由自耗电极中的0.0013wt％降低到了重熔锭中的0.0010wt％，钛、铝烧损情况得到了有效控制，钛、铝烧损量＜0.10wt％，且在径向上分布均匀。因此，本发明装置及方法能有效的解决传统电渣重熔合金过程中的氧含量偏高，和活泼元素的烧损量偏大、锭头锭尾活泼元素含量偏差大的问题。表1为本发明实施例的电渣重熔前、后FGH95合金中氧、钛、铝含量wt％；表2为本发明实施例的制备方法对比。
表1 电渣重熔前后FGH95合金中氧、钛、铝含量，wt％