一种铁基高温合金的冶炼生产方法技术

一种铁基高温合金的冶炼生产方法，其特征在于：首先在普通电弧炉内，对合金、返回料、辅料等原材料进行熔化初炼；然后在ＡＯＤ炉进行铁基高温合金钢液的熔炼，冶炼出成份合格的铁基高温合金；最终浇铸成电极棒，进行电渣重熔：　　　　第一步，在普通电弧炉内，对合金等原材料进行熔化初炼：（１）冶炼所需的返回料、合金和辅料等原材料配料时，原材料的碳含量不受限制，尽量使用高碳合金；（２）熔化初炼按一般不锈钢返回吹氧法操作；（３）成分控制：Ｃｒ中下限，Ｎｉ：中下限，Ｓｉ：≤０．３５％；（４）出钢前拉渣全部，无渣出钢；（５）出钢温度：Ｔ≥１６３０℃；　　　　第二步，在ＡＯＤ炉进行铁基高温合金钢液的熔炼：（１）ＡＯＤ开吹温度≥１５４０℃，全程吹氩；（２）兑钢毕拉渣部分，测温、取样分析（ａ）；并根据钢液中［Ｓｉ］含量加入石灰，石灰加入量＝（３．５～４．２）×Ｇ×［Ｓｉ］，Ｇ是炼钢炉内钢液重量；向炉内吹入氩、氧混合气体，比例关系是Ｏ↓［２］∶Ａｒ＝４∶１，在ＡＯＤ炉进行脱碳、升温处理；根据分析（ａ）结果调整成分至内控中限，Ｃｒ、Ｎｉ回收率分别按９７％、１００％计算；（３）当Ｃ约为０．１０％时测温、取样分析（ｂ），并切换氩、氧混合气体流量比例，比例关系是Ｏ↓［２］∶Ａｒ＝１∶１，根据分析（ｂ）结果调整成分至内控中限；（４）当Ｃ约０．０３％时，停止吹氧，全部吹氩，氩气流量为４５０～５００ｍ３／ｈ；向炉内加入预还原渣料，渣料配比：（３．７～４．５）×Ｇ×［Ｓｉ］的石灰、１５～３５Ｋｇ　　Ｓｉ－Ｆｅ／吨钢、电解锰适量、Ａｌ适量；（５）预还原时间５～１０ｍｉｎ，取样全分析（ｃ、ｄ）并拉渣全部，加入还原渣料，渣料配比：１５～２５Ｋｇ石灰／吨钢、０．６～１．０Ｋｇ萤石／吨钢、Ａｌ适量；吹Ａｒ化渣≥３分钟，加Ｓｉ－Ｃａ适量；（６）出钢前吹氩精炼≥３分钟后出钢，出钢时随钢流加Ａｌ块０．８～１．３Ｋｇ／ｔ；（７）钢水出炉时不带渣，纯Ｔｉ放入钢包中；（８）吊包温度为：１５１０～１５２０℃，吊包前配０．００４％～０．０１０％的Ｂ；　　　　第三步，采用氩气保护浇注工艺，以合理浇注速度，控制保护渣和钢液均匀上升，将高温钢液浇铸成电极棒。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及冶金行业高温合金的冶炼与浇铸方法，尤其是指铁基高温合金的冶炼与浇铸方法。
技术介绍
高温合金是现代航空发动机、火箭发动机所必需的重要金属材料。它能在高温(一般指600～1000℃)氧化气氛中和燃气腐蚀条件下承受较大应力下长期使用。铁基高温合金是常见的高温合金，其合金化程度较高，特别是含活泼合金元素(如铝、钛)和对合金纯洁度要求较高，故对冶炼工艺要求较严。目前，铁基高温合金的冶炼方法主要有“真空自耗感应炉冶炼+电渣重熔”或“电弧炉冶炼+LF精炼炉+电渣重熔”二种方式。采用“真空感应炉”冶炼，具有冶金控制容易、合金质量好的优点，但是冶炼成本很高(冶炼步骤费用约10000元/t)、金属收得率也较低(上注法浇注的电极切头切尾大，金属收得率低)；故大部分厂家采用冶炼成本较低的“电弧炉冶炼+LF精炼炉”冶炼方式。根据炉衬材料的不同，电弧炉可分为盐水炉衬电弧炉、沥青炉衬电弧炉二种，二者的炉衬材料均采用中档镁砖(MgO含量为95％)加粘结剂，前者粘结剂为卤水(MgCl2溶剂+镁砂)，后者粘结剂是沥青添加3～5％的石墨。我们知道盐水炉衬制作时，砌筑前的卤水镁砂砖必须在专用烘房进行100～200℃的低温烘烤二天以上，另外卤水中的水份较多，砌筑后的盐水炉必须在低温(即200℃以下)下烘烤5天以上(若烘烤温度过高，则会造成其中水分来不及蒸发而使炉衬爆裂，但低温烘烤时间很长，则使产量降低，能耗增加，不利于成本下降)，故制作工艺复杂，其价格是沥青炉衬的3倍，寿命仅25炉/只，但是，盐水炉衬具有不含碳(沥青炉衬中碳含量高达6～8％)的优点，可冶炼对C含量要求较高的高温合金品种和超低碳钢。沥青炉衬耐高温腐蚀及抗氧化性强，使用寿命可达80炉/只，故使用沥青炉衬代替盐水炉衬势在必行，然而，铁基高温合金的成份要求非常严格，尤其是含有C、Ti、Al等易氧化元素，且对夹杂物和气体的要求很高，沥青炉衬电弧炉冶炼铁基高温合金不仅难度大，风险也大。因此，电弧炉冶炼铁基高温合金时，基本上都是采用盐水炉衬，而不是制作成本相对较低的沥青炉衬。另外，与“真空自耗感应炉”生产铁基高温合金的冶炼方式相比，“盐水炉衬电弧炉冶炼方式”虽然具有冶炼成本低、炉衬不含碳的优点，但是，由于电弧炉本身特点，熔炼时，钢液的搅拌性能较差，对去除钢液中的有害气体、有害杂质的效果较差，脱硫效果也较差；其次，由于铁基高温合金的铬(Cr)元素含量较高，易造成铬偏析；另外，电弧炉冶炼铁基高温合金时，脱碳(C)、脱气效果差，故对原材料的C含量、N含量要求很高，造成原材料成本上升(低C铬合金成本大大高于高C铬合金)。
技术实现思路
本专利技术开发，用“电弧炉熔化钢液+AOD炉冶炼和浇铸的方式”代替传统的“盐水炉衬电弧炉冶炼和浇铸”，生产出符合标准要求的铁基高温合金的电极棒，降低冶炼成本，满足用户要求和市场需要。本专利技术提供的，其特征在于首先在盐水炉衬或沥青炉衬的普通电弧炉内，对返回料、合金、辅料等原材料进行熔化初炼；然后在AOD炉进行铁基高温合金钢液的熔炼，冶炼出成份合格的铁基高温合金；最终浇铸成电极棒，进行电渣重熔。第一步，在普通电弧炉内，对返回料、合金、辅料等原材料进行熔化初炼。1)冶炼所需的返回料、合金和辅料等原材料配料时，原材料碳含量不受限制(因AOD有良好的脱碳效果)，尽量使用高碳合金，降低冶炼成本(低C铬合金成本大大高于高C铬合金)；2)熔化初炼按一般不锈钢返回吹氧法操作；3)成分控制Cr中下限，Ni中下限，Si≤0.35％；4)出钢前拉渣全部，确保无渣出钢；5)出钢温度T≥1630℃(确保AOD开吹温度≥1540℃)。第二步，在AOD炉进行铁基高温合金钢液的熔炼。通过AOD精炼，实现高铬钢液中碳优先氧化的条件，通过强烈的搅拌和强制脱氧，加速渣中氧化铬的还原，使电炉从高铬钢液脱碳的重负中解脱出来。1)AOD开吹温度≥1540℃，全程吹氩；2)兑钢毕拉渣部分，测温、取样分析(1)；并根据钢液中含量加入石灰，石灰加入量＝(3.5～4.2)×G×，G是炼钢炉内钢液重量；向炉内吹入氩、氧混合气体，比例关系是O2∶Ar＝4∶1，在AOD炉进行脱碳、升温处理；根据分析(1)结果调整成分至内控中限(Cr回收按97％计算，Ni回收按100％计算)；3)当C约为0.10％(根据吹氧降碳公式计算)时测温、取样分析(2)，并切换氩、氧混合气体流量比例，比例关系是O2∶Ar＝1∶1，根据分析(2)结果调整成分至内控中限；4)当C约0.03％时，停止吹氧，全部吹氩，氩气流量为450～500m3/h；向炉内加入预还原渣料，渣料配比(3.7～4.5)×G×的石灰、15～35Kg Si-Fe/吨钢(根据原始钢液成份和吹氧总量计算，利用高温下Si氧化性优于Cr的特点，将已氧化的铬还原出来，使得总铬回收率达到96～97％，大大降低成本)、电解锰适量、Al适量；5)预还原时间5～10min，取样全分析(3)、(4)并拉渣全部，加入还原渣料，渣料配比15～25Kg石灰/吨钢、0.6～1.0Kg萤石/吨钢(也就是说，以石灰加入量的3～5％加入；用于改善钢液的流动性)、Al适量；吹Ar化渣≥3分钟，为确保还原良好，可加Si-Ca适量；6)出钢前吹氩精炼≥3分钟后出钢，出钢时随钢流加Al块0.8～1.3Kg/t；7)钢水出炉时不带渣，纯Ti放入钢包中；8)吊包温度为1510～1520℃，吊包前配0.004％～0.010％的B(细化合金晶粒)。第三步，采用氩气保护浇注工艺(提高钢液的的纯洁度)，以合理浇注速度，控制保护渣和钢液均匀上升，将高温钢液浇铸成电极棒。电弧炉的炉衬材料采用盐水炉衬、沥青炉衬，最好采用沥青炉衬(沥青炉衬具有制作成本低、水份少的优点，另外AOD具有的良好脱碳效果，可以弥补其炉衬中碳含量较高的缺陷)，降低冶炼成本。和现有技术相比，本专利技术具有下列优点1.冶炼操作简单。2.装备和工艺通用性强其装备与工艺均可按一般含Ti不锈钢操作。3.可使用价格低廉的高碳合金，大大降低生产成本。4.AOD有良好的动力学条件，钢水搅拌力强，可促使夹杂物上浮，钢中气体含量接近真空脱碳法的水平，使钢液冶金质量大大提高。具体实施方案某钢铁公司炼钢车间实施本专利技术专利，生产2炉GH2132牌号的铁基高温合金，其工艺流程是20吨交流电弧炉(沥青炉衬)熔化初炼-→18吨AOD熔炼-→18吨LF精炼炉调整-→浇注Φ430电极棒(氩气保护浇注)。第一步，电弧炉(沥青炉衬)熔化初炼初炼炉与其它一般不锈钢操作相同，熔清大于80％后吹氧助熔；钢液温度大于1660℃时加入还原剂预还原，预还原后取样全分析，拉渣全部；根据分析结果调整成分，Cr中下限，Ni中下限，Si≤0).35％；温度大于1630℃出钢。第二步，在AOD炉进行铁基高温合金钢液的熔炼(1)AOD开吹温度≥1540℃，全程吹氩；(2)兑钢毕拉渣部分，测温T＝1568℃、取样分析(a)；加入石灰(3.5～4.2)×G×＝400Kg；向炉内吹入氩、氧混合气体(比例关系是O2∶Ar＝4∶1)，在AOD)炉进行脱碳、升温处理；根据分析(a)结果调整成分至内控中限(Cr回收按97％计算，Ni回收按100％计算)；(3)当C约为0.10％(根据吹氧降碳公式计算)时测温T＝1736℃、取样分析本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊辉，刘军占，徐明华，顾家强，季文龙，王华，赵玉才，
申请(专利权)人：宝钢集团上海五钢有限公司，
类型：发明
国别省市：