石灰质耐火材料的主要化学成分是氧化钙(CaO),从热力学角度来看,CaO是最稳定的氧化物之一,属于碱性氧化物,熔点为2570℃,挥发性较MgO低。石灰质耐火材料的高温性能好,分解压和蒸汽压低,可直接在真空下使用,与其他耐火材料相比,在金属及合金熔炼温度下被活性合金元素还原的量要少得多。CaO良好的脱O、N、S、P及去杂质的作用已被越来越多的试验所证实并逐步应用,尤其是氧化钙坩埚在感应炉熔炼超纯净高温合金中发挥着重要作用。
目前,熔炼镍基高温合金坩埚类型主要有氧化镁、氧化钙和铝镁类型。三种熔炼镍基高温合金坩埚,谁是最佳选择?
氧化钙坩埚 氧化钙坩埚的热稳定性比氧化镁好,不存在高温环境下向钢液中供氧的情况。同时,采用氧化钙坩埚能够很好地去除钢液中的硫元素。但是,氧化钙坩埚容易吸水,其使用情况受到大气湿度影响较大,会导致产品中氧含量波动大。 镁铝质坩埚 铝镁质坩埚属于中性坩埚,抗热震性好,一般做成预制坩埚或夯制成型坩埚,适用于熔炼含有钛铝合金产品,并且不存在真空下的分解和炉衬吸水问题,具有较长的使用寿命。同时,从经济成本上考虑,采用铝镁质夯制成型的坩埚具有节约成本和使用寿命长的特点。 氧化镁坩埚 氧化镁坩埚抗碱性金属熔渣能力极强,真空熔炼过程中配合高温精炼处理,利用脱氧剂C和Al生产CO气体和Al2O3夹杂,能够很好地脱除钢液中游离态氧,且熔炼过程中不产生浮渣。但是,氧化镁坩埚缺点在于,随着真空度和精炼温度的提高易于分解,产生游离氧和镁。当熔池实际氧含量低于炉衬分解饱和溶解氧时,炉衬开始向钢液供氧。因此,采用氧化镁坩埚熔炼高温合金品种时,需合理控制好精炼温度和时间,防止氧化镁坩埚分解往钢液中供氧。
看起来镁铝质坩埚性能较好,但进一步了解和研究发现,看似最普通的氧化钙坩埚也有机会“逆袭”。 氧化钙的热力学稳定性较高,其熔点仅次于MgO、ZrO2和ThO2等,使用温度可达到2000℃。由于其难与熔融金属发生反应,因此常用于高温合金坩埚的制备。现有氧化钙坩埚大多以钙砂(氧化钙颗粒和细粉)为原料,通过等静压成型后再烧成制得。整体结构呈双筒状,外层为感应圈,内部为石棉布及电熔镁砂打结层,最里边为氧化钙坩埚。 相较氧化镁坩埚,氧化钙坩埚的热稳定性更强且向金属液增氧更少。这主要是由于当冶炼温度相同时,Ca的饱和蒸气压小于Mg约20倍。氧化钙坩埚替代氧化镁等材质坩埚具有的更高热力学稳定性和更低增氧量,满足超纯净镍基高温合金的熔炼。 使用氧化铝坩埚和氧化钙坩埚冶炼都可得到镍基高温合金,但使用氧化钙坩埚的高温合金具有较高抗氧化性能和更优异抗蠕变性能。经过对氧化钙和氧化镁与钛、钛铝合金进行热力学分析,结果表明氧化钙坩埚可用于熔炼钛合金,而氧化镁则不适用。使用氧化钙坩埚和氧化镁坩埚在1600℃真空下冶炼Crl
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