电弧炉冶炼镍基高温合金的工艺方法技术

电弧炉冶炼镍基高温合金的工艺方法，其特征是在炉衬材料为镁砖（ＭｇＯ≥９５％）加粘结剂（沥青添加３～５％的石墨）的沥青炉衬电弧炉内，通过特殊的碳钢洗炉和镍洗炉的炉体准备，在同一个电弧炉内进行镍基高温合金熔炼，冶炼出成份合格的中低碳镍基高温合金，最终浇铸成电极棒，用于电渣重熔： 第一步沥青炉衬电弧炉的炉体准备； （１）炉衬材料为ＭｇＯ含量≥９５％的镁砖加粘结剂，粘结剂是沥青添加３～５％的石墨，炉体砌筑前、后不烘烤； （２）特殊的碳钢洗炉工艺，使沥青炉衬形成微碳层、半烧结层和原质层（从外表到内层）的三层稳定结构； （３）在合适的渣碱度和炉内温度下，进行镍洗炉工艺（与盐水炉衬电弧炉镍洗炉工艺基本相同），在４～６小时的冶炼中，用Ｎｉ洗清炉底、炉墙、炉盖、钢包、和出钢槽冷钢等炉体各个部位，过程中要加强搅拌并分析合金中［Ｃ］、［Ｆｅ］，当连续三只样子中［Ｆｅ］含量不变或误差小于０．１５％即可出炉； 第二步采用沥青炉衬电弧炉冶炼镍基高温合金； （１）上炉钢（镍洗炉）出钢毕，倒清炉内余钢残渣，炉体清理干净； （２）冶炼所需要的合金和辅料，必须进行特殊处理：用于冶炼高温合金的电解镍板必须进行中温烘烤、保温的去油去氢处理，烘烤温度３００～４００℃，保温时间８～１２小时；其它冶炼所需要的合金和辅料，必须进行烘烤，去除水份； （３）准确的合金配料和合适的装料要求：加入钢包内纯Ｔｉ合金回收率按５０％计算，其余合金成分按计算量配入；装料时，包装在镍板外的包装铁皮全部去除，金属镍摆在中心，隔开金属Ｃｒ和电弧的接触，其它合金分布在料斗边缘； （４）进料毕，大电压供电熔化固体合金料，熔清后小电压供电保温； （５）冶炼期间严禁动氧（也就是吹氧助熔），固体合金料熔清后每隔离５～１０分钟向熔炉中加入０．２５～０．５ＫｇＣａ－Ｓｉ粉／吨钢； （６）冶炼期间取样全分析，调整合金成份：熔清取样全分析（１）；渣白（熔池中脱氧良好）时全分析（２），当钢水温度Ｔ１＝Ｔ↓［熔点温度］＋５０℃～７０℃时，取样全分析（３），并插入Ｃａ－Ｓｉ块０．１５～０．２５Ｋｇ／吨钢，距分析（３）取样１５～２０分钟后，取样分析（４），对Ｃ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ等合金元素成份进行调整； （７）取样全分析时，使用特殊材料的金属管，对熔池进行吹氩搅拌； （８）当钢水温度Ｔ２＝Ｔ↓［熔点温度］＋１５０℃～１７０℃左右，白渣状态（熔池中脱氧情况良好，熔渣中ＦｅＯ≤０．５％）下出钢，出钢过程氩气保护； （９）出钢、浇注所用钢水包是冷钢、残渣清理干净的白包（清净钢水包）； （１０…。（*该技术在2022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镍基高温合金的冶炼生产方法，尤其是指电弧炉生产镍基高温合金的冶炼方法。目前，冶炼镍基高温合金的生产方法主要是“真空自耗炉冶炼+电渣重熔”或“电弧炉冶炼+电渣重熔”二种方式，前者冶金控制容易、合金质量好，但是冶炼成本很高、金属收得率也较低；后者具有冶炼成本较低、金属收得率较高的优点，但是冶金控制比较困难，尤其是超低碳(C含量小于0.03％)镍基高温合金无法生产。因此，超低碳(C含量小于0.03％)镍基高温合金必须采用“真空自耗炉冶炼+电渣重熔”工艺方法，中低碳(C含量大于0.03％)镍基高温合金可以采用“电弧炉冶炼+电渣重熔”工艺方法，以降低生产成本，满足市场、用户的要求。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。众所周知盐水电弧炉的优点是炉衬材料中不含碳，缺点是水份多，且卤水炉衬制作工艺复杂，其价格是沥青炉衬的3倍，砌筑前的卤水镁砂砖必须在100～200℃的低温下烘烤二天以上，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)，且长时间低温烘烤后盐水电弧炉的炉体必须马上使用，另外炉体使用前的洗炉工艺要求比较高，造成能耗增加，炉体使用寿命短，不利于成本下降和生产组织；沥青电弧炉的优点是炉衬材料含水量较少，故砌筑前和砌筑后均不需烘烤，能耗小，产量高，成本低，缺点是炉衬材料中含有碳(沥青砖中总碳含量为6～8％)，高温合金熔炼过程中，其镁碳质炉衬易受到熔渣中铁氧化物的侵蚀，使MgO-C质炉衬砖中的碳氧化从而造成炉衬损毁，侵蚀掉的炉衬进入钢液会造成钢液增碳严重，不适于冶炼对碳要求较高的镍基高温合金。因此，目前国内外冶金制造商采用“电弧炉冶炼+电渣重熔”生产中低碳镍基高温合金时，基本上都选用工艺较复杂、成本较高、烘烤时间长的盐水电弧炉。本专利技术提供的，其特征在于在炉衬材料为镁砖(MgO≥95％)加粘结剂(沥青添加3～5％的石墨)的沥青炉衬电弧炉内，通过特殊的碳钢洗炉(使沥青砖完成热处理固化，炉衬烧结强化，将高温合金冶炼过程中的炉衬增碳可能性降到最低点)和镍洗炉(洗清炉内残余的铁，以保证高温合金冶炼时，Fe含量小于1.5％，同时熔渣中的铁氧化物含量相应减少，也降低了沥青炉衬砖红的碳被氧化的可能性)的炉体准备，在同一个电弧炉内进行镍基高温合金熔炼，冶炼出成份合格的中低碳镍基高温合金，最终浇铸成电极棒，进行电渣重熔。第一步沥青炉衬电弧炉的炉体准备。(1)炉衬材料为MgO含量≥95％的镁砖(如果采用MgO含量小于95％的低档镁砖，则熔炼过程中，炉衬侵蚀较大，造成钢液增碳严重，使高温合金成份不合格。)加粘结剂，粘结剂是沥青添加3～5％的石墨，炉体砌筑前、后不烘烤，直接使用。(2)特殊的碳钢洗炉工艺，使沥青炉衬形成微碳层、半烧结层和原质层(从外表到内层)的三层稳定结构，降低了镍基高温合金冶炼时炉衬增碳的可能性。洗炉时，碳钢熔炼过程中，总碳含量为6～8％的沥青砖完成了热处理固化(在450℃以前，主要是蒸馏和热缩合，在450～500℃放出气体，随即形成半焦，呈网状分布，从而增加砖体强度，1100℃达到稳定态)，使沥青电弧炉的MgO-C质炉衬烧结强化，达到炉体“烘烤”和“洗炉”的双重目的。(3)在合适的渣碱度和炉内温度下，进行镍洗炉工艺(与盐水炉衬电弧炉镍洗炉工艺基本相同)，在4～6小时的冶炼中，用Ni洗清炉底、炉墙、炉盖、钢包、和出钢槽冷钢等炉体各个部位，过程中要加强搅拌并分析合金中、，当连续三只样子中含量不变或误差小于0.15％即可出炉。沥青电弧炉冶炼中低碳镍基高温合金前的Ni洗炉过程，一方面确保下一炉高温合金的铁小于1.5％，另一方面也减少了熔渣中的铁氧化物含量，抑制了炉衬中碳的氧化，减少了MgO-C质炉衬的脱碳程度，达到沥青炉衬冶炼镍基高温合金时基本不增碳的效果。第二步采用沥青炉衬电弧炉冶炼镍基高温合金。(1)上炉钢(镍洗炉)出钢毕，倒清炉内余钢残渣，炉体清理干净；(2)冶炼所需要的合金和辅料，必须进行特殊处理用于冶炼高温合金的电解镍板必须进行中温烘烤、保温的去油去氢处理，烘烤温度300～400℃，保温时间8～12小时；其它冶炼所需要的合金和辅料，必须进行烘烤，去除水份；以满足镍基高温合金较高的气体纯洁度要求。(3)准确的合金配料和合适的装料要求加入钢包内纯Ti合金回收率按50％计算，其余合金成分按计算量配入(高温合金冶炼，配料至关重要，将直接影响熔清成分，若熔清成分与标准差别很大，造成冶炼过程大量补料，这将造成炉膛温度急剧降低且成分不均匀，对质量造成很大的影响。)；装料时，包装在镍板外的包装铁皮全部去除(若不去除包装铁皮，可能引起Fe超标)，先装一部分镍板，再在四周装入部分金属铬，然后再装一层镍板，再装其他合金，也就是说金属镍摆在中心，隔开金属Cr和电弧的接触(由于本次冶炼所用全部为合金，若金属Cr漏向中心，冶炼时电弧打在其上极易增碳)，其它合金分布在料斗边缘。确保合金熔清成分稳定，不发生难熔和增碳现象；(4)进料毕，大电压供电熔化合金料，熔清后小电压供电保温(5)冶炼期间严禁动氧(也就是吹氧助熔)，固体合金料熔清后每隔离5～10分钟向熔炉中加入0.25～0.5Kg Ca-Si粉/吨钢，进行扩散脱氧，使熔炼过程始终保持还原状态；(6)冶炼期间取样全分析，调整合金成份熔清取样全分析(1)；渣白(熔池中脱氧良好)时全分析(2)，当钢水温度T1＝T熔点温度+50℃～70℃时，取样全分析(3)，并插入Ca-Si块0.15～0.25Kg/吨钢，进行沉淀脱氧，距分析(3)取样15～20分钟后，取样分析(4)，对C、Ti、Al、Cr等合金元素成份进行调整；(7)取样全分析时，使用特殊材料的金属管，对熔池进行吹氩搅拌，均匀合金成份、温度；(8)当钢水温度T2＝T熔点温度+150℃～170℃左右，白渣状态(熔池中脱氧情况良好，熔渣中FeO≤0.5％)下出钢，出钢过程氩气保护。T2过高，浪费能耗，T2过低，钢水包中的镍基高温合金钢水散热过快，可能发生浇钢温度过低，造成浇钢事故。(9)出钢、浇注所用钢水包是冷钢、残渣清理干净的白包(清净钢水包)；(10)浇注所用钢锭模需烘烤后，清理干净；浇注前中注管吹氩1～5分钟，去除残留空气；模铸(钢水包中的镍基高温合金钢水向中注管、钢锭模浇注)时，钢水包下有氩气保护，提高钢水的气体纯洁度。集“炉体烘烤”和“洗炉”的特殊碳钢洗炉工艺过程中，采用大电压、大电流冶炼低碳钢。电弧炉冶炼的镍基高温合金钢水出钢后，若发现合金成份不理想，可将含有高温钢水的钢水包吊至LF精炼炉，取样全分析并根据分析结果对合金成份微调。和现有技术相比，本专利技术具有下列优点1、镍基高温合金冶炼前，沥青炉衬耐火砖及炉体均不需烘烤。2、冶炼工艺简单、生产组织便捷。3、生产成本低，仅炉衬材料费下降了67％。4、装备和工艺通用性强不须设置用于耐火砖的专用烘烤房。权利要求1.，其特征是在炉衬材料为镁砖(MgO≥95％)加粘结剂(沥青添加3～5％的石墨)的沥青炉衬电弧炉内，通过特殊的碳钢洗炉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军占，徐明华，顾家强，胡俊辉，王华，季文龙，王至道，
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：