CN100590216C

CN100590216C - 镍铜中间合金及其熔炼净化处理方法

Info

Publication number: CN100590216C
Application number: CN200810068943A
Authority: CN
Inventors: 栾东海
Original assignee: Hebei Shangda Renewable Resources Technology Co Ltd
Current assignee: AVIC Shangda superalloy materials Co.,Ltd.
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2028-10-17
Also published as: CN101386951A

Abstract

本发明公开了一种镍铜中间合金的熔炼净化处理方法，为获得成分均匀、纯净度高的镍铜中间合金，该方法包括以下工艺步骤：把经过配料的废镍铁、废镍料、废铜料组成的废旧合金料装炉熔炼，造渣脱硫，加脱氧剂脱氧，吹氩搅拌，还原精炼造新渣脱氧，喷粉脱磷，调整合金成分，出炉浇注。本发明还公开了采用上述方法制造的系列镍铜中间合金：SD-Ni10Cu5、SD-Ni12Cu4、SD-Ni16Cu4、SD-Ni20Cu10，合金中铜原子的固溶性较强，并且合金纯净、成分均匀，适用于冶炼含镍铜的高质量合金材料。

Description

镍铜中间合金及其熔炼净化处理方法

技术领域

本发明涉及一种合金的熔炼及净化处理方法，特别是涉及了采用中频感应电炉熔炼镍铜中间合金时进行净化处理的方法。

本发明还涉及了一种采用上述方法熔炼净化处理后获得的成分均匀和纯净度较高的镍铜中间合金。

背景技术

镍铜中间合金主要应用于含有镍和铜的金属材料在冶炼过程中作为基体合金和添加剂使用，对镍铜中间合金要求化学成分均匀、偏析小，无可见非金属夹杂，气体含量低，杂质含量必须满足所冶炼金属材料的要求。

采用废镍铁、废镍料、废铜料等生产的镍铜中间合金，由于其成分复杂，成分范围要求狭窄，组成元素的物理化学性质差别悬殊，一般采用中频感应电炉来熔炼生产，采用普通感应炉生产镍铜中间合金，由于没有对合金液进行精炼净化处理，致使熔炼出来的合金化学成分不均匀，杂质特别是硫、磷等有害杂质含量较高，合金中的气体不易排除等，给后续用镍铜中间合金作为基体合金或添加剂来生产镍铜合金材料造成了很大的障碍，甚至不能用质次的中间合金来生产成分和纯洁度均要求较高的镍铜合金材料，从而限制了镍铜中间合金的应用范围，不利于废旧料的回收利用。

“精铸用镍铜合金熔炼工艺的改进”(孙延民，特种铸造及有色合金，2007年第27卷第11期，2007年11月20日)一文公开了一种镍铜合金熔炼工艺。该文针对镍铜合金一起加热熔炼时，在高温下由于熔炼时间较长导致氧化严重，易形成氧化铜夹杂或造成材料组织不致密易产生气孔的问题，认为是脱氧不充分造成的。因此，该文采取了改变加料顺序及脱氧方法来减轻铜的氧化，其采用的工艺为：熔化镍→钢水温度达1480℃时加入纯铜→铜熔化后加入硅铁→硅铁熔化后再继续加入硅铁。即该工艺采用先熔化镍再熔化铜和两次加入硅铁进行脱氧方式来处理镍铜合金冶炼过程中产生的夹杂问题。该工艺没有解决镍与铜一起加热熔炼时如何净化处理以获得成分均匀和纯净度较高的镍铜合金的问题。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种在中频感应炉内利用废料进行熔炼净化处理以获得镍铜中间合金的方法，采用该方法制造的镍铜中间合金成分均匀、纯净度高。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种采用上述方法熔炼净化处理后获得的镍铜中间合金，该合金中铜原子的固溶性较强，并且合金纯净、成分均匀。

为解决上述第一个技术问题，本发明所述镍铜中间合金的熔炼净化处理方法，其技术方案包括以下步骤：

把清洗干净的废镍铁、废镍料、废铜料组成的合金废料配制成含以下化学成分(重量百分比)：含Ni量为10％～20％、含Cu量为5％～10％、含C量≤2.5％、含Si量≤2.5％、含Mn量≤2.5％、含P量≤0.1％、含S量≤0.1％、含Co量＜0.3％、余量为Fe；

把上述配制好的合金废料装进中频感应炉的碱性坩埚内，所述坩埚底部铺有占炉料重量2％～5％的底渣，所述底渣的组成为：石灰70％～80％、萤石20％～30％；

送电加热合金废料到1450℃以上，合金废料被熔化并在坩埚底部出现溶池，底渣被熔化后覆盖在合金液面上；

合金废料熔化完后，往合金液中加入Si、Mn进行预脱氧，炉前取样分析Ni、Cu、C、Si、Mn、S、P、Co的含量；

从上述坩埚底部采用0.1MPa～0.2MPa的压力通过透气砖对炉内的合金液进行吹氩搅拌；

除去合金液表面的氧化渣，往合金液面上加入Al₂O₃-SiO₂-CaO造新渣，提升合金液温度到1500℃～1550℃，向新渣表面加入硅钙粉和硅铁粉形成白渣层并覆盖合金液25～35分钟进行扩散脱氧，然后再向合金液中加入占合金液重量0.2％～0.5％的块状硅钙脱氧剂进行沉淀脱氧，炉前取样分析熔清样的Ni、Cu、C、Si、Mn、S、P、Co的含量；

采用喷粉装置在0.1MPa～0.2MPa的压力作用下把粒度小于0.5mm的CaC₂粉剂从插入合金液深度100～120mm的钢管内向合金液喷粉脱磷；

调整合金液中的化学元素达到规定的化学成分后，调渣、升温、出炉浇注成合金锭。

为解决上述第二个技术问题，本发明所述的采用上述方法熔炼净化处理后获得的镍铜中间合金可以是下列合金中的任何一种：

SD-Ni10Cu5镍铜中间合金，其化学成分(重量百分比)为：含Ni量为9.5％～10.5％、含Cu量为5.0％±0.3％、含C量≤2.0％、含Si量≤2.0％、含Mn量≤2.0％、含Co量＜0.3％，含P量＜0.035％、含S量＜0.05％、余量为Fe。

SD-Ni12Cu4镍铜中间合金，其化学成分(重量百分比)为：含Ni量为11.5％～12.5％、含Cu量为4.0％±0.3％、含C量≤2.0％、含Si量≤2.0％、含Mn量≤2.0％、含Co量＜0.3％，含P量＜0.035％、含S量＜0.05％、余量为Fe。

SD-Ni16Cu4镍铜中间合金，其化学成分(重量百分比)为：含Ni量为16.5％～17.5％、含Cu量为4.0％±0.3％、含C量≤2.0％、含Si量≤2.0％、含Mn量≤2.0％、含Co量＜0.3％，含P量＜0.035％、含S量＜0.05％、余量为Fe。

SD-Ni20Cu10镍铜中间合金，其化学成分(重量百分比)为：含Ni量为19.5％～20.5％、含Cu量为10.0％±0.3％、含C量≤2.0％、含Si量≤2.0％、含Mn量≤2.0％、含Co量＜0.3％，含P量＜0.035％、含S量＜0.05％、余量为Fe。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明所述镍铜中间合金的熔炼净化处理方法，把废镍铁、废镍料、废铜料组成的废旧合金料一起装进中频感应炉内进行熔炼，通过造渣脱硫，加脱氧剂脱氧，吹氩搅拌对合金液进行脱氧、脱气(氢)、脱碳和去除合金液中的有害杂质，还原精炼造新渣脱氧，喷粉脱磷等措施，可以获得成分均匀和纯净度较高的镍铜中间合金，有利于废旧料的回收利用，节约资源。采用本发明所述方法熔炼净化处理后获得的系列镍铜中间合金，由于在整个熔炼净化处理过程中镍和铜自始至终都处于溶合的状态，因此合金中铜原子的固溶性较强，并且合金纯净、成分均匀，满足了各种含镍铜的合金材料对镍铜中间合金的高质量要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是用于实施本发明的感应熔炼净化处理炉的结构简图。

图2是本发明所述镍铜中间合金熔炼净化处理的工艺流程图。

具体实施方式

图1示出了用于实施本发明的感应熔炼净化处理炉的结构，该炉子主要由中频炉10和喷粉装置20组成。

所述中频炉10主要由坩埚11、炉壳12、感应线圈16和变频电源17组成。在该中频炉底壁的中间位置处装有空心座砖13，该座砖13的顶面与中频炉10的炉腔底面平齐，该座砖13的底面与中频炉10底部的炉壳平齐；在座砖13的空心孔内装有透气砖14，该透气砖14的顶面高出中频炉10的炉腔底面一小段距离，该透气砖14的底面高出中频炉10的底部炉壳一小段距离，在该透气砖14的底部具有一个用于容纳气体的阶梯盲孔18；在中频炉10的底部炉壳12上装有支架15用于支撑透气砖14。

所述喷粉装置20主要由喷粉罐21、喷粉嘴23、球阀24、供气源28及钢管29组成。在喷粉罐21内装有CaC₂粉剂22，在该喷粉罐21的中上部装有压力表27和安全阀26；在该喷粉罐21的中下部锥面处通过输气管道接有控制阀25，在该喷粉罐21的底部罐口通过球阀24与喷粉嘴23装接在一起，接在喷粉嘴23左端的输气管与接在控制阀25左端的输气管汇合后接在供气源28上，喷粉嘴23的右端喷嘴口通过输气管道与钢管29接在一起，当熔炼合金时，钢管29可插入到中频炉10炉膛内的合金液内。

在中频炉10底部的透气砖14的底面盲孔18处密封接有输气管道并且该输气管道接装在供气源28上，供气源28通过控制开关可单独给喷粉罐21或透气砖14供气，也可同时给喷粉罐21和透气砖14供气，以方便精炼合金液时各种不同的工艺对供气的要求。

采用上述炉子熔炼净化处理本发明所述的镍铜中间合金的工艺过程如图2所示，其操作步骤如下：

步骤1：合金废料的配料。把清洗干净的废镍铁、废镍料、废铜料组成的废旧合金料经配制和检测使其化学成分控制在以下范围(重量百分比)：含Ni量为10％～20％、含Cu量为5％～10％、含C量≤2.5％、含Si量≤2.5％、含Mn量≤2.5％、含P量≤0.1％、含S量≤0.1％、含Co量＜0.3％、余量为Fe。

步骤2：合金废料的装炉。在中频感应炉的碱性坩埚底部先装上占炉料重量2％～5％的底渣，底渣的组成为：石灰70％～80％、萤石20％～30％，再把上述合金废料装进坩埚内，装料时，先装废镍铁、废镍料再装废铜料。

步骤3：合金废料的熔化。给中频感应电炉送电加热合金废料，当合金废料被加热到1450℃以上并经过一段时间后(根据炉料的重量确定)，合金废料全部被熔化变成合金液。在加热的过程中，随着合金废料的熔化，当坩埚底部出现溶池时，底渣被熔化后覆盖在合金液面上保护合金元素不被氧化。

熔化期的脱硫反应如下：

①合金液中硫溶入炉渣：[FeS]＝＝＝＝(FeS)

②炉渣中(FeS)与(CaO)相互作用，形成不溶于合金液的硫化钙：

(FeS)+(CaO)＝＝＝＝(FeO)+(CaS)

③熔清后将含有CaS的炉渣除去，实现合金液的脱硫。

在熔化期内，合金液中的C、Si、Mn、P、Ni、Cu、Co等元素将被部分间接氧化。

步骤4：取样分析。待合金液液面平静，无气泡从合金液内部逸出时，合金废料被全部熔化，这时往合金液中加入Si、Mn进行预脱氧，并搅动合金液检查炉底是否溶清，然后取样进行炉前分析Ni、Cu、C、Si、Mn、S、P、Co的含量。

步骤5：吹氩搅拌。吹氩时打开供气源28给透气砖14供气的控制开关，供气源28内的氩气沿输气管道进入到透气砖14的盲孔18内并沿透气砖14进入到中频炉10内的合金液内对合金液进行搅拌精炼，吹氩时输气管道内的氩气压力为0.1MPa～0.2MPa。通过吹氩搅拌可以进一步对合金液起到脱氧、脱气(氢)、脱碳和去除合金液中的铅等有害杂质的效果。

步骤6：还原精炼。除去熔化期在合金液表面形成的氧化渣，往合金液面上加入Al₂O₃-SiO₂-CaO造新渣，提升合金液温度50℃～100℃，即合金液温度达到1500℃～1550℃时使熔炼转入扩散脱氧阶段。

①扩散脱氧：向新渣表面加入硅钙粉和硅铁粉，迅速降低渣中(FeO)含量，使炉渣呈白色。合金液在白渣层下保持25～35分钟，合金液含氧量下降达到脱氧目的。

②沉淀脱氧：在扩散脱氧之后，向合金液中加入块状的硅钙脱氧剂进行沉淀脱氧，脱氧剂的加入量为合金液重量的0.2％～0.5％。

在精炼期间，进行炉前分析Ni、Cu、C、Si、Mn、S、P、Co的含量并发出熔清样的分析结果，根据该结果，冶炼转入合金化操作。

步骤7：喷粉脱磷。喷粉时，打开供气源28给喷气罐21供气的控制开关，供气源28内的氩气沿控制阀25的输气管道进入喷粉罐21内，沿喷粉嘴23左端的输气管道进入到喷粉嘴23内，在0.1MPa～0.2MPa的压力作用下CaC₂粉剂22(粒度小于0.5mm)通过球阀24进入到喷粉嘴23内并沿其右端的输气管道通过钢管29(插入合金液的深度为100～120mm)喷向中频炉10内的合金液，喷粉时，在炉子上加盖石棉板(图中未示出)以防止钢液喷溅到炉外。

喷粉脱磷的分解步骤如下：

①喷入合金液中的CaC₂进行高温(1500℃～1550℃)分解反应：

[CaC₂]＝＝＝＝{Ca}+2[C]

②钙蒸气同合金液中磷化合形成磷化钙：

3{Ca}+2[P]＝＝＝＝[Ca₃P₂]

③脱磷产物上浮进入炉渣，氧化后生成磷酸钙：

(Ca₃P₂)+4[O₂]＝＝＝＝3(CaO)+(P₂O₅)

3(CaO)+(P₂O₅)＝＝＝＝(3CaO·P₂O₅)

④将含磷酸钙炉渣从炉内清除，即达到脱磷目的。

步骤8：合金成分调整。根据炉前分析结果，精炼期合金液的化学成分中已包括除易氧化组分外的全部合金元素。这些元素含量是否完全进入预定范围，还要根据溶清样的分析结果进行判断，如果有需要调整的元素时，应进行调整，使合金液中全部元素都进入规定范围。

步骤9：出炉。合金液中的全部元素达到规定的化学成分要求后，冶炼转入调渣、升温，并出炉浇注成合金锭。

按照上述方法熔炼净化处理的镍铜中间合金，通过控制配料成分和在熔炼净化处理过程中调整控制化学成分，可以得到如下成分的镍铜中间合金

①产品名称为SD-Ni10Cu5的镍铜中间合金，其化学成分含量(重量百分比)为：含Ni量为9.5％～10.5％、含Cu量为5.0％±0.3％、含C量≤2.0％、含Si量≤2.0％、含Mn量≤2.0％、含Co量＜0.3％，含P量＜0.035％、含S量＜0.05％、余量为Fe。

②产品名称为SD-Ni12Cu4的镍铜中间合金，其化学成分含量(重量百分比)为：含Ni量为11.5％～12.5％、含Cu量为4.0％±0.3％、含C量≤2.0％、含Si量≤2.0％、含Mn量≤2.0％、含Co量＜0.3％，含P量＜0.035％、含S量＜0.05％、余量为Fe。

③产品名称为SD-Ni16Cu4的镍铜中间合金，其化学成分含量(重量百分比)为：含Ni量为16.5％～17.5％、含Cu量为4.0％±0.3％、含C量≤2.0％、含Si量≤2.0％、含Mn量≤2.0％、含Co量＜0.3％，含P量＜0.035％、含S量＜0.05％、余量为Fe。

④产品名称为SD-Ni20Cu10的镍铜中间合金，其化学成分含量(重量百分比)为：含Ni量为19.5％～20.5％、含Cu量为10.0％±0.3％、含C量≤2.0％、含Si量≤2.0％、含Mn量≤2.0％、含Co量＜0.3％，含P量＜0.035％、含S量＜0.05％、余量为Fe。

在上述产品名称中，字母“SD”表示“上大”两个字的第一个拼音字母的组合。

Claims

1、一种镍铜中间合金的熔炼净化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2、一种采用权利要求1所述的镍铜中间合金的熔炼净化处理方法制造的SD-Ni10Cu5镍铜中间合金，其特征在于，该合金的化学成分(重量百分比)为：含Ni量为9.5％～10.5％、含Cu量为5.0％±0.3％、含C量≤2.0％、含Si量≤2.0％、含Mn量≤2.0％、含Co量＜0.3％，含P量＜0.035％、含S量＜0.05％、余量为Fe。

3、一种采用权利要求1所述的镍铜中间合金的熔炼净化处理方法制造的SD-Ni12Cu4镍铜中间合金，其特征在于，该合金的化学成分(重量百分比)为：含Ni量为11.5％～12.5％、含Cu量为4.0％±0.3％、含C量≤2.0％、含Si量≤2.0％、含Mn量≤2.0％、含Co量＜0.3％，含P量＜0.035％、含S量＜0.05％、余量为Fe。

4、一种采用权利要求1所述的镍铜中间合金的熔炼净化处理方法制造的SD-Ni16Cu4镍铜中间合金，其特征在于，该合金的化学成分(重量百分比)为：含Ni量为16.5％～17.5％、含Cu量为4.0％±0.3％、含C量≤2.0％、含Si量≤2.0％、含Mn量≤2.0％、含Co量＜0.3％，含P量＜0.035％、含S量＜0.05％、余量为Fe。

5、一种采用权利要求1所述的镍铜中间合金的熔炼净化处理方法制造的SD-Ni20Cu10镍铜中间合金，其特征在于，该合金的化学成分(重量百分比)为：含Ni量为19.5％～20.5％、含Cu量为10.0％±0.3％、含C量≤2.0％、含Si量≤2.0％、含Mn量≤2.0％、含Co量＜0.3％，含P量＜0.035％、含S量＜0.05％、余量为Fe。