电渣重熔含Al、Ti类镍基合金用低氟渣反应性及物理化学性质的研究

Improving the compositional homogeneity and surface quality of as-cast ingot is always technological difficulty in electroslag remelting of Al-Ti-containing nickel-based alloy. It is closely related to the change in slag composition during ESR. Based on low-fluoride slag for electroslag remelting of Al-Ti-containing nickel-based alloy, the following work will be carried out in the present study: (1) effect of TiO2 contents on viscosity, melting and crystallization of slag, and their connection with melt structure, (2) impact mechanism of TiO2 contents on fluoride evaporation from slag, and its mechanism, developing kinetics model of fluoride evaporation, (3) the reaction between low-fluoride slag and alloying elements in Al-Ti-containing nickel-based alloy and its mechanism, (4) effect of the change in slag chemistry, resulting from the reaction between low-fluoride slag and alloying elements, on viscosity, melting and crystallization and melt structure, (5) the effect mechanism of slag composition change on compositional homogeneity and surface quality. It will provide theoretical basis and guidance for solving the compositional homogeneity and surface quality defect of as-cast ingot in electroslag remelting of Al-Ti-containing nickel-based alloy.

电渣锭成分均匀性和铸锭表面质量的改善一直是电渣重熔含Al、Ti类镍基合金的技术难点。这均与重熔过程中渣成分的变化密切相关。本项目以电渣重熔含Al、Ti类镍基合金用的低氟渣为考察对象，开展的主要研究内容包括：（1）TiO2含量对渣粘度、结构、熔化和结晶性能的影响；（2）TiO2含量对低氟渣挥发性的影响与机理，建立氟化物挥发的动力学模型；（3）低氟渣组元与含Al、Ti类镍基合金中合金元素的反应性及机理；（4）渣与合金元素的反应性引起的渣成分变化对粘度、结构、熔化和结晶性能的影响规律；（5）探明渣成分变化对电渣锭成分均匀性和表面质量影响的机理。为解决电渣重熔含Al、Ti镍基合金电渣锭成分均匀性和表面质量缺陷提供理论基础和指导意义。

系统研究电渣重熔含Al、Ti类镍基合金的CaF2-CaO-Al2O3-MgO-Li2O-(TiO2)低氟渣系的物化性能及反应性，以提高电渣锭成分的均匀性和铸锭表面质量是本课题研究的关键内容。通过钢渣平衡实验、高温粘度测定以及高温挥发和冷却结晶等实验，结合热力学计算和大量的检测手段研究了TiO2以及渣金反应对渣系粘度、结构、熔化及结晶性能和挥发的影响机理，探明了适合电渣重熔含Al、Ti类镍基合金的低氟渣系，为减少环境污染、有效控制电渣重熔含Al、Ti类镍基合金成分的稳定性提供了理论基础。.取得的主要进展有：.（1）通过电渣重熔低氟渣非等温结晶的差热实验，以及旋转柱体法粘度测定实验，结合Avrami模型和Ozawa模型建立了渣系的非等温结晶动力学模型并探明了其结晶机理，掌握了TiO2对结晶过程的产物析出的影响规律，揭示了电渣重熔低氟渣粘度与结构以及熔化与结晶间的相关性。.（2）利用TG-DSC分析仪进行了非等温和等温过程的挥发实验，借助FactSage软件对含TiO2的CaF2-CaO-Al2O3-MgO-Li2O渣系挥发物物相、熔渣各组分活度和平衡常数等进行了热力学计算，并建立了挥发动力学模型。揭示了TiO2对低氟渣系挥发的影响机制，并提出了相应的控制措施。.（3）通过渣-金实验，以及Factsage软件，热力学定律和Wagner模型等理论和方法建立了含Al、Ti类镍基合金中元素控制的热力学模型，通过双膜理论建立了元素变化的动力学模型，预测了合金中Al、Ti、Si、O等元素的的含量变化规律，确定了渣-金反应的限制性环节。研究结果为低氟渣应用于实际生产过程中控制Al、Ti含量提供了一定的理论指导。.（4）基于低氟渣系的电渣重熔实验，揭示了电渣中TiO2含量对电渣锭元素均匀性以及对夹杂物尺寸、类型等的影响规律，提出了适合电渣重熔含Al、Ti类镍基合金的低氟渣系。