CN101979687A - 一种真空感应炉冶炼镍合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空感应炉冶炼镍合金的方法，它包括下述依次的步骤：1.将所需原料装入坩埚内，先装重量40％～60％的纯铁，然后装金属铬和镍豆或镍板，再装入剩余的纯铁；2.在真空感应炉的料斗内装入重量比分别为总装料量0.001～0.500％的铝丸或铝粉和0.100～1.500％的金属锰；3.启动真空系统，开始抽真空；4.炉内的气压值不大于0.5Pa时，开始加热；5.当温度达600℃或超过600℃，且炉内气压值不大于0.2Pa时，加入料斗中的铝丸或铝粉；6.过热度取100～300℃，保持10～60分钟，加入料斗中的金属锰；7.当钢水中S≤0.0010％；P≤0.0080％时出钢。本真空感应炉冶炼镍合金的方法脱硫效果好。

Description

一种真空感应炉冶炼镍合金的方法

技术领域

本发明涉及一种真空感应炉冶炼镍合金的方法。

背景技术

由于很多特殊工程领域对所应用的高性能/高功能型材料提出了纯净度及使用性能方面的特殊要求，包括不锈钢及有色合金在内的很多材料品种需要进行高纯净度冶炼，以达到极低的硫、磷等杂质元素及氧含量要求。目前普遍使用的真空感应炉冶炼工艺是在电熔镁砂或刚玉坩埚内进行，结构特点决定了其不具有造渣功能，因此无法有效地脱除钢液中有害的硫、磷等杂质元素。此外，电熔镁砂和刚玉等耐火材料在冶炼温度下发生分解，且分解压较高，分解产物中的氧进入钢液后提高了最终产品的氧含量，从而恶化了材料的综合性能。

为此，申请人开发了一种具有高化学稳定性和低成本特点的复合结构坩埚(见已申请公布的发明专利200910075544.3)来进行上述特殊材料的冶炼。该坩埚由于采用了复合结构，显著降低了生产成本；工作层在炼钢温度下极低的分解压和较强的脱硫和磷等杂质能力使合金材料的纯净度及综合冶金质量得到了显著提升。

然而，由于真空感应冶炼不能进行造渣，若按照传统工艺进行冶炼，随着反应生成物在坩埚壁上的附着量逐渐增多，坩埚的化学优势将逐渐减弱，以致不能持续发挥其与钢液进行反应的化学活性优势。上述真空感应炉冶炼合金的方法，其冶炼合金的硫含量高、纯净度差，硫含量的典型值为20ppm。尽管相对于传统的普通坩埚已有了显著降低，但仍达不到使用要求。由于镍与硫发生的共晶反应的共晶点为600多摄氏度，远低于铁与硫发生的共晶反应的共晶点，因此获得超低硫含量对于高镍合金的热加工性和高温使用性能尤为重要。

发明内容

为了克服现有一种真空感应炉冶炼镍合金的方法的上述不足，本发明提供一种脱硫效果好的真空感应炉冶炼镍合金的方法。

本发明的构思是在真空感应炉冶炼合金的过程中，加入铝促进复合结构坩埚与钢液的界面反应，使坩埚的化学特性得到更有效的发挥，从而提高了硫元素的脱除效率，改善了镍合金的冶金质量。

本发明所用的坩埚是申请号200910075544.3《一种真空感应冶炼用坩埚及其制造方法》所描述的复合结构坩埚，这种坩埚化学稳定性高。

本真空感应炉冶炼合金的方法包括下述依次的步骤：

Ⅰ  将主元素所需原料(金属铬和镍豆或镍板以及纯铁)装入坩埚内，顺序为先装纯铁，加入量为按钢种中纯铁的要求，加入重量40％～60％的纯铁，(即按钢种中纯铁的要求总重量的40％～60％)一般装50％的纯铁，然后装金属铬和镍豆或镍板，再装入剩余的纯铁；

Ⅱ  根据原料含硫量的不同，在真空感应炉的料斗内装入重量比分别为总装料量0.001～0.500％的铝丸或铝粉和0.100～1.500％的金属锰；

Ⅲ  关闭真空感应炉的炉门，启动真空系统，开始抽真空；

Ⅳ  当真空感应炉炉内的气压(压强)值不大于0.5Pa时，开始加热；

Ⅴ  加热后，由于原料上吸附的气体解吸，真空度会有所降低。当温度达600℃或超过600℃，且炉内气压(压强)值不大于0.2Pa稳定在0.2Pa以下时，加入料斗中的铝丸或铝粉；

Ⅵ  继续加热，过热度取100～300℃，保持10～60分钟，加入料斗中的金属锰；

Ⅶ  当钢水中S、P的重量百分比达下述要求时出钢：

S≤0.0010％；P≤0.0080％；

Ⅷ  浇注为钢锭。

上述真空感应炉冶炼镍合金的方法步骤Ⅱ中：

按照关系式3(CaO)+2[Al]+3[S]＝3(CaS)+(Al₂O₃)的化学计量关系，在真空感应炉的料斗内装入铝丸或铝粉；根据所冶炼镍合金硫含量的目标值，按照关系式8≤[Mn]/[S]≤16，在真空感应炉的料斗内装入纯金属锰，收得率取85％。

本真空感应炉冶炼镍合金的方法，冶炼出的镍合金中氧、硫和磷杂质含量显著低于使用申请号200910075544.3描述的复合结构坩埚并采用现有传统冶炼工艺的对应镍合金材料，满足了特殊工程领域对高性能/高功能型材料在纯净度及使用性能方面的特殊要求。

附图说明

图1是申请号200910075544.3描述的复合结合坩埚实施例的前视图，沿感应圈的轴向剖开。

图2是沿图1中A-A线的剖视图。

图3是本真空感应冶炼用复合结构坩埚在感应圈内的前视图，沿感应圈的轴向剖开。

上述图中：

1-外壳            2-内壳        3-内壳口        4-外壳口

5-侧壁            6-侧壁        7-内壳底        8-外壳底

9-石棉隔热层      10-感应圈     11-炉底砖

具体实施方式

下面结合实施例及其附图详细说明本真空感应炉冶炼镍合金的方法的具体实施方式，但本真空感应炉冶炼镍合金的方法的具体实施方式并不局限于下述的实施例。

复合坩埚的实施例的结构见图1、图2与图3，该真空感应冶炼用坩埚呈筒状，它打结在真空感应炉中感应圈10内的石棉隔热层9内，并位于炉底砖11上，其特征是：它为双层复合结构，内层为氧化钙组合物坩埚料内壳2，外层为氧化镁组合物坩埚料外壳1，氧化钙组合物坩埚料内壳2打结在氧化镁组合物坩埚料外壳1内并且内壳2与外壳1同轴。内壳2的厚度为20mm，外壳1的厚度为60mm。坩埚的内径为260mm，内高度为500mm。

实施例1

采用图1、图2与图3描述的复合结构坩埚，在200kg真空感应炉中进行

(ASTM标准)合金的冶炼，成品量130kg。具体步骤为：

Ⅰ  将主元素所需原料装入坩埚的内壳2内，顺序为先装18.82kg的纯铁，然后装然后装金属铬28.08kg、镍板56.06kg、钼铁6.63kg(其中钼含量为60％)和纯铜2.69kg，再按钢种的要求，装入剩余的纯铁16.17kg；

Ⅱ  在真空感应炉的料斗内装入重量比分别为总装料量0.020％的铝丸(0.026kg)和1.300％的金属锰(1.69kg)；

Ⅲ  关闭真空感应炉的炉门，启动真空系统，开始抽真空；

Ⅳ  当真空感应炉炉内当炉内气压值降至0.3Pa时，开始加热；

Ⅴ  当温度达到620℃且炉内气压值稳定在0.1Pa时，加入料斗中的铝丸；

Ⅵ  继续加热，过热度取150℃，保持20分钟，加入料斗中的金属锰；

Ⅶ  当钢水中S、P与O的重量百分比达下述要求时出钢：

S 0.0006％；P 0.0015％；O 0.0010％；

Ⅷ  浇注为钢锭钢锭长720，直径为φ170。

采用两种不同工艺由复合结构坩埚冶炼的

镍合金杂质含量

对比见表1。

表1

工艺方法	O，％	S，％	P，％
				传统工艺	0.0016	0.0020	0.0015
实施例1	0.0010	0.0006	0.0015

实施例2

采用图1、图2与图3描述的复合结构坩埚，在200kg真空感应炉中进行

(ASTM标准)合金的冶炼，成品量130kg，具体步骤为：

Ⅰ  将主元素所需原料装入坩埚的内壳2内，顺序为先装6.32kg的纯铁，然后装然后装金属铬20.80kg、镍板95.94kg，再按钢种的要求，装入剩余的纯铁6.29kg；

Ⅱ  在真空感应炉的料斗内装入重量比分别为总装料量0.460％的铝粉(0.60kg)和0.200％的金属锰(0.26kg)；

Ⅲ  关闭真空感应炉的炉门，启动真空系统，开始抽真空；

Ⅳ  当真空感应炉炉内当炉内气压值降至0.4Pa时，开始加热；

Ⅴ  当温度达到610℃且炉内气压值稳定在0.1Pa时，加入料斗中的铝粉；

Ⅵ  继续加热，过热度取250℃，保持45分钟，加入料斗中的金属锰；

Ⅶ  当钢水中S、P与O的重量百分比达下述要求时出钢：

S 0.0005％；P 0.0015％；O 0.0008％；

Ⅷ  浇注为钢锭。钢锭长715，直径为φ170。

采用两种不同工艺由复合结构坩埚冶炼的镍合金杂质含量

对比见表2。

表2

工艺方法	O，％	S，％	P，％
				传统工艺	0.0020	0.0019	0.0015
实施例	0.0008	0.0005	0.0015

本申请文件的所述的气压值是指压强值

附：

申请号200910075544.3《一种真空感应冶炼用坩埚及其制造方法》的真空感应冶炼用坩埚呈筒状，它打结在真空感应炉中感应圈内的石棉隔热层内，并位于炉底砖上，其特征是：它为双层复合结构，内层为冶炼用的具有低分解压的高化学稳定性坩埚料的内壳，外层为起保温、支撑作用的低成本坩埚材料的外壳，内壳与外壳同轴。内壳和外壳的侧壁厚度均不小于20mm。

高化学稳定性坩埚料为CaO基或其组合物、ZrO基或其组合物及ZrB基或其组合物中的任一种或两种或两种以上的混合料。

低成本坩埚料为MgO基或其组合物、Al₂O₃基或其组合物及AlN基或其组合物中的任一种或两种或两种以上的混合料。

Claims (2)

1.一种真空感应炉冶炼镍合金的方法，它包括下述依次的步骤：

Ⅰ  将主元素所需原料装入坩埚内，顺序为先装纯铁，加入量为按钢种中纯铁的要求，加入重量40％～60％的纯铁，然后装金属铬和镍豆或镍板，再装入剩余的纯铁；

Ⅱ  根据原料含硫量的不同，在真空感应炉的料斗内装入重量比分别为总装料量0.001～0.500％的铝丸或铝粉和0.100～1.500％的金属锰；

Ⅲ  关闭真空感应炉的炉门，启动真空系统，开始抽真空；

Ⅳ  当真空感应炉炉内的气压值不大于0.5Pa时，开始加热；

Ⅴ  加热后，当温度达600℃或超过600℃，且炉内气压值不大于0.2Pa稳定在0.2Pa以下时，加入料斗中的铝丸或铝粉；

Ⅵ  继续加热，过热度取100～300℃，保持10～60分钟，加入料斗中的金属锰；

Ⅶ  当钢水中S、P的重量百分比达下述要求时出钢：

S≤0.0010％；P≤0.0080％。

2.根据权利要求所述的真空感应炉冶炼镍合金的方法，其特征是：

步骤Ⅱ中：

按照关系式3(CaO)+2[Al]+3[S]＝3(CaS)+(Al₂O₃)的化学计量关系，在真空感应炉的料斗内装入铝丸或铝粉；根据所冶炼镍合金硫含量的目标值，按照关系式8≤[Mn]/[S]≤16，在真空感应炉的料斗内装入纯金属锰，收得率取85％。

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