CN115652189B - 一种耐高温浓硫酸双相合金及其分酸器 - Google Patents

一种耐高温浓硫酸双相合金及其分酸器 Download PDF

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Abstract

一种耐高温浓硫酸双相合金及其分酸器，属于铸造技术领域。先将低碳废钢、不锈钢废料、微碳铬铁、氮化铬铁、钼铁、镍板、电解铜块在电炉内混合加热熔化，钢水熔化后，升温至1573‑1596℃，依次加入硅铁、电解锰和硼铁，继续升温至1658‑1675℃，加入纯铝脱氧和合金化，然后出炉到钢包；钢包内预先加入了颗粒尺寸3‑6mm的多元合金复合变质剂。钢水在砂型中浇注成铸件，经热处理后获得力学性能和耐高温浓硫酸腐蚀性能优异的双相合金，并根据分酸器结构要求组合安装成一体，即可获得耐高温浓硫酸双相合金的分酸器，耐磨蚀性能好，使用寿命长，推广应用具有良好的经济和社会效益。

Description

一种耐高温浓硫酸双相合金及其分酸器
技术领域
本发明公开了双相合金及其分酸器，特别涉及一种耐高温浓硫酸双相合金及其分酸器，属于铸造技术领域。
背景技术
浓硫酸分酸器是硫酸生产中至关重要的设备之一，分酸器是干燥塔和吸收塔内重要组件，其分酸效果直接影响到干燥、吸收的效率。分酸器按分酸类型可分为管式分酸器、管槽式分酸器和蝶式分酸器，其中以管式分酸器因安装方便，已获得广泛应用。制作分酸器材质通常为奥氏体不锈钢、合金铸铁或耐蚀镍基合金，上述材质都具有较好的耐高温浓硫酸腐蚀和冲刷性能。但是，在铜冶炼烟气制酸系统中，因为氟和氯是铜精矿的伴生物，在火法冶炼流程中，大部分氟和氯或以固体粉尘状态，或以气态挥发形式进入工艺烟气中，在制酸净化工序，大部分氟和氯，被稀酸捕集进入污酸中，少部分氟和氯随烟气进入干燥和吸收工序，被浓硫酸捕集。常用的奥氏体不锈钢、合金铸铁或耐蚀镍基合金，对氟、氯离子的耐蚀性较弱，已成为分酸器腐蚀的重要原因。
为了提高分酸器的耐浓硫酸腐蚀能力，中国发明专利CN107312937A公开了一种耐高温浓硫酸用高硅不锈钢制造方法及其设备，首先，设计钢锭的化学成分组成，通过中频感应炉初炼+氩氧脱碳炉精炼工艺冶炼圆形电极；通过电渣重熔(ESR)工艺冶炼钢锭，保证高硅不锈钢处于稳定的奥氏体区，减少钢锭中的δ铁素体含量，获得均匀的奥氏体组织；各元素组成及质量百分比含量为：C≤0.03；Si：5.2-5.8；Mn≤1.0；P≤0.025；S≤0.01；Cr：17.5-18.5；Ni：21-22；Mo：0.5-1.3；Cu：2.0-2.5；Al：≤0.05；Ce:≤0.05；Nb：0.02-0.05；O：≤0.006；N：≤0.01；其余为不可避免的杂质和Fe；另外，通过中频感应炉初炼+氩氧脱碳炉精炼工艺冶炼圆形电极；所述电极的元素组成及重量百分比为：C≤0.03；Si：5.8-6.0；Mn≤1.0；P≤0.025；S≤0.01；Cr：17.5-18.5；Ni：21-22；Mo：0.5-1.3；Cu：2.0-2.5；Al：0.04-0.06；Ce≤0.05；Nb：0.02-0.05；O：≤0.006；N：≤0.01；其余为不可避免的杂质和Fe；电极的直径d与钢锭的直径D的比值为0.7-0.8；。用于所述耐高温浓硫酸用高硅不锈钢制造方法的设备，包括电极和液态渣池；在液态渣池上方设有保护罩，所述保护罩设有内腔，内腔中设有电极；保护罩底部设有惰性气体的内壁出气孔，侧面下方设有惰性气体的主进气孔，侧面上方设有惰性气体的主进气孔。该发明该方法和设备所制备的高硅不锈钢，在高温环境下，耐浓硫酸腐蚀性强，在150℃的98％浓度的H2SO4溶液中，本发明的腐蚀速率为小于0.08mm/年。中国发明专利CN106756559A还公开了一种耐浓硫酸腐蚀用高硅奥氏体不锈钢及其制备方法，能耐浓硫酸腐蚀，具有良好的机械性能和焊接性能，可用于生产浓硫酸所用的设备及管道。该不锈钢按照重量百分比组成如下：Cr：13-15％，Ni：13-17％，Si：5.5-6.5％，C：＜0.03％，Mn：＜2％，Al：≤0.30％，N：＜0.1％，P：＜0.04％，S：＜0.02％，Mo：0.75-1.5％，Cu：0.75-1.5％，W：0.5-1％，Sn：0.5-1％，Sb≤0.15％，其他微量元素：0.005-0.01％，余量为Fe。该制备方法采用Consteel电炉加中频炉冶炼母液→AOD→LF→铸造→电渣重熔的生产工艺。中国发明专利CN113201697A还公开了一种具有优良热加工性能的耐高温浓硫酸腐蚀奥氏体不锈钢及其热穿孔方法，属于奥氏体不锈钢技术领域。该不锈钢成分(质量百分比)：C：0.015-0.030％；Cr：14.00-16.00％；Ni：15.00-17.00％；Si：4.00-6.00％；V：0.10-0.20％；稀土Ce：0.003-0.03％；Mn：0.50-1.50％；Mo：0.50-2.00％；Al＜0.10％；N＜0.02％；Cu：0.50-1.50％；Fe余量。该发明的高硅奥氏体不锈钢具有优异的抗热加工裂纹性能、优良的耐高温浓硫酸腐蚀性能，锻材可直接进行热穿孔加工，在材料成材率、成本控制方面具有明显的优势。但是，上述发明材料尽管耐蚀性较好，但需要经过电渣重熔工艺或锻造加工工艺生产，能耗高，生产周期长，材料制造成本高。
中国发明专利CN101984125A公开了一种耐220℃浓硫酸腐蚀的合金材料及其制备方法。该发明的合金材料含有下列成分(以重量单位计)：C0.03～0.08％、Si1.5～2.5％、Cu2.0％～3.0％、Mo2.0～2.5％、Mn1.0～1.5％、Cr30～33％、Ni19～22％、N0.08～0.15％、Nb0.5～1.0％、余量为纯铁，并且P≤0.04％，S≤0.03％。该合金材料具有较高的高温强度和组织稳定性，尤其在高温条件下具有良好的抗氧化性和耐晶间腐蚀能力，并具有良好的机械性能和耐高温、耐腐蚀、耐冲刷性能。中国发明专利CN102021487A还公开了一种耐高温耐腐蚀浓硫酸用不锈钢，其各成分的重量百分比如下：碳：0.001－0.03％；硅：5－12.8％；锰：0.001％－0.06％；硫：0.001％－0.03％；磷：0.001％－0.03％；铬：9－13％；镍：14.5％－18％；钼：1－2％；铜：0.5－1.5％；微量元素：0.04－0.07％，余量为所述的铁，本发明具有成本低、抗高温浓硫酸性能、冷热加工性能。中国发明专利CN1570183A还公开了一种耐高温耐腐蚀浓硫酸用不锈钢，所述的不锈钢中含有铁元素及适量的微量元素，其特征在于：在所述的不锈钢中还含有碳元素，硅元素，锰元素，硫元素，磷元素，铬元素，镍元素，钼元素，铜元素，其中，各成分的重量百分比如下：碳：0.001－0.03％；硅：5－9％；锰：0.001－0.6％；硫：0.001－0.03％；磷：0.001－0.03％；铬：9－13％；镍：14.5－18％；钼：1－2％；铜：0.5－1.5％；微量元素：0.04－0.07％，余量为所述的铁。中国发明专利CN86106705A还公开了镍基耐腐蚀耐磨合金，适合用于制造耐硫酸腐蚀、耐磨的设备和零件。该合金在稀硫酸和热浓硫酸中有优良的耐腐蚀性能；它还具有较高的强度、；硬度和较好的塑性；并能热变形加工。该合金含有22－26％(重量)钼，4.5－9％(重量)钨和0.1－1.5％(重量)铝。最佳的成分范围是24－25.9％(重量)钼，4.9－7.4％(重量)钨，0.3－0.6％(重量)铝。但是，上述材料镍含量过高，导致材料制造成本显著增加，且镍含量的大幅度增加，会造成贵重稀缺的镍资源的巨大浪费。
中国发明专利CN103952619A公开了一种用于热浓硫酸分酸器的铁素体单相耐蚀合金材料及其制备方法。材料成分以重量％计为：C3.10％～3.70％，Si2.60％～3.20％，Mn≤0.30％，P＜0.04％，S≤0.02％，Mg残0.03％-0.06％，RE残0.02％～0.05％，Bi、Ba、Ce、Ca微量。该发明制备的铁素体单相耐蚀合金材料，其球化级别率1-3级，基体中铁素体≥98％，无渗碳体。在80℃～120℃、93％浓硫酸中的腐蚀率达到0.0061～0.0092㎜/年，在80℃～120℃、98％浓硫酸中的腐蚀率达到0.0029～0.0074㎜/年，耐腐蚀率为316L不锈钢的数倍，而成本仅为不锈钢的1/3左右。中国实用新型CN215756453U还公开了一种浓硫酸生产用均压稳流型分酸器，包括：过滤筒、进酸主管、预分布管、分酸主管、支管、延伸小管；过滤筒的出酸接口与进酸主管一端相连通；进酸主管的另一端分别与各预分布管的进液口相连通；各预分布管的出液口分别与各分酸主管相连通；多根支管分别插设于分酸主管相对侧壁上，分酸主管同一侧的多根支管相互间隔设置；设置于分酸主管同一侧的相邻支管中心轴线间隔为350mm～450mm。该分酸器能增大塔内气体通过分酸器的截面积，降低塔内气流上行阻力，降低相邻支管件气流速度，降低塔内产生酸沫夹带、小飞沫的数量，减少对设备的腐蚀，并能减轻分酸器整体重量。上述铁素体单相耐蚀合金材料尽管成本低，耐蚀性较好，但是强度较低，且塑性差，使用中分酸器易发生变形和开裂，严重影响生产的正常运行，为了克服变形和开裂缺陷，通常采用增加分酸器管道壁厚的办法，导致分酸器重量显著增加，造成分酸器安装困难。另外，铁素体单相耐蚀合金材料在含氟、氯离子的高温浓硫酸熔液中，耐蚀性也较低，仍有进一步提升的必要。
发明内容
本发明针对现有材料耐高温浓硫酸存在的上述不足，提出开发一种耐高温浓硫酸双相合金，并用于制作分酸器，具体制备工艺步骤如下：
①先将低碳废钢、不锈钢废料、微碳铬铁、氮化铬铁、钼铁、镍板、电解铜块在电炉内混合加热熔化，钢水熔化后，升温至1573-1596℃，依次加入硅铁、电解锰和硼铁，并将炉内钢水的化学组成及质量分数控制在：0.05-0.15％C,6.62-6.77％Si,30.40-30.91％Cr,5.42-5.65％Ni,5.93-6.08％Mn,0.23-0.28％N,0.94-1.15％Mo,4.26-4.41％Cu,0.003-0.006％B,<0.03％P,<0.02％S,余量为Fe及不可避免的杂质；继续升温至1658-1675℃，加入占炉内钢水质量分数0.22-0.25％的纯铝，然后出炉到钢包；钢包内预先加入了颗粒尺寸3-6mm，并经450-500℃预热2-3小时的多元合金复合变质剂；多元合金复合变质剂的化学组成及其质量分数为：5.61-5.94％Y,4.65-4.82％Ca,3.07-3.29％Mg,5.64-5.80％K,4.17-4.36％Ti,8.07-8.33％Ba,12.71-12.96％Al,33.52-34.25％Si,余量为Fe及不可避免的杂质；多元合金复合变质剂的加入量占进入钢包内钢水质量分数的3.2-3.5％；
②钢包内的钢水经扒渣、静置后，当温度降至1543-1568℃时，将其浇入呋喃树脂砂铸型中，浇注时铸型温度控制在110-140℃；钢水在铸型内凝固冷却10-12小时后，开箱取出铸件，经打磨清砂后，入炉加热至1120-1150℃，升温速度控制在60-80℃/小时，保温120-150分钟后，淬入温度为55-80℃的热水池中；水池中水和铸件的质量比控制在10:1至15:1之间；然后将淬火后的铸件重新加热至600-650℃，保温30-40分钟，出炉空冷至220-290℃，重新入炉加热至350-380℃，保温12-15小时，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得耐高温浓硫酸双相合金；
③在步骤②获得的耐高温浓硫酸双相合金根据分酸器结构要求组合安装成一体，即可获得耐高温浓硫酸双相合金的分酸器。
其中步骤②中所采用的呋喃树脂砂铸型，其制作过程是：先将呋喃树脂与自硬呋喃树脂用磺酸固化剂加入型砂中并搅拌均匀形成铸型用砂泥，呋喃树脂的加入质量分数占型砂加入量的0.8-0.85％，自硬呋喃树脂用磺酸固化剂的加入质量分数占呋喃树脂加入量的46-48％，自硬呋喃树脂用磺酸固化剂中磺酸的质量分数为18-20％；然后将砂泥倒入到砂箱内造型而得到呋喃树脂砂铸型；铸型经150-180℃烘干3-5小时后，即可用于钢水浇注。
本发明得到的双相合金指的是铁素体+奥氏体的双相基体组织，具体为铁素体体积分数35-40％+奥氏体体积分数65-60％的双相基体组织，铁素体+奥氏体的体积分数用金相显微镜观察和分析。
本发明一种耐高温浓硫酸双相合金，并将这种合金用于制作分酸器，具体制备工艺步骤如下，先将低碳废钢、不锈钢废料、微碳铬铁、氮化铬铁、钼铁、镍板、电解铜块在电炉内混合加热熔化，钢水熔化后，升温至1573-1596℃，依次加入硅铁、电解锰和硼铁，并将炉内钢水的化学组成及质量分数控制在：0.05-0.15％C,6.62-6.77％Si,30.40-30.91％Cr,5.42-5.65％Ni,5.93-6.08％Mn,0.23-0.28％N,0.94-1.15％Mo,4.26-4.41％Cu,0.003-0.006％B,<0.03％P,<0.02％S,余量为Fe及不可避免的杂质。本发明以低碳废钢、不锈钢废料、微碳铬铁、氮化铬铁、钼铁、镍板、电解铜、硅铁、电解锰和硼铁为主要原料，不加入价格昂贵的钨、钒、铌等合金元素，而且价格昂贵的镍元素加入量也较低，可以显著降低合金制造成本。本发明针对浓硫酸中的氯、氟离子，对单相奥氏体钢和单相铁素体钢有极大的腐蚀作用，而奥氏体+铁素体双相基体组织能对氯、氟离子渗透的钝化膜有自修复能力，有优良的耐高温浓硫酸腐蚀能力，因此本发明立足于获得铁素体体积分数35-40％+奥氏体体积分数65-60％的双相基体组织。为了保证双相合金在腐蚀过程中易于生成耐蚀性优异的稳定Cr2O3保护膜，本发明将铬含量控制在30.40-30.91％。硅元素的大量加入，可以促进Cr2O3.SiO2复合保护膜的生成和稳定存在，进一步提高合金耐蚀性，因此将硅含量控制在6.62-6.77％。但是铬和硅是缩小γ相区的元素，铬和硅元素的大量加入，会使凝固组织中出现大量铁素体，不易获得双相组织。为了增加合金中奥氏体相的含量，本发明在加入5.42-5.65％Ni基础上，还加入显著扩大γ相区的锰和氮元素，并将其含量控制在5.93-6.08％Mn,0.23-0.28％N，确保获得双相组织。铜是非碳化物形成元素，本发明合金中添加4.26-4.41％Cu，可溶入基体起沉淀强化的作用，并且在一定的温度下时效可析出纳米级ε－Cu相，产生沉淀强化，可显著提高双相合金基体的强度，有利于显著提高双相合金抗冲刷能力。另外，加入0.003-0.006％B，固溶于基体，有利于提高基体强度。加入0.94-1.15％Mo，可以提高双相合金的高温强度，防止双相合金在高温浓硫酸环境下强度发生明显下降。
本发明继续升温至1658-1675℃，加入占炉内钢水质量分数0.22-0.25％的纯铝，然后出炉到钢包。钢水中加入0.22-0.25％的纯铝，除了其脱氧作用外，还有铝固溶到基体中，起提高基体高温强度的作用。由于双相合金中含有较多的硅和锰，而硅、锰的大量加入，会显著粗化钢的显微组织，从而大幅度降低钢的强度和耐蚀性。本发明在钢包内预先加入了颗粒尺寸3-6mm，并经450-500℃预热2-3小时的多元合金复合变质剂；多元合金复合变质剂的化学组成及其质量分数为：5.61-5.94％Y,4.65-4.82％Ca,3.07-3.29％Mg,5.64-5.80％K,4.17-4.36％Ti,8.07-8.33％Ba,12.71-12.96％Al,33.52-34.25％Si,余量为Fe及不可避免的杂质。多元合金复合变质剂的加入量占进入钢包内钢水质量分数的3.2-3.5％。变质剂中含有5.64-5.80％K,4.17-4.36％Ti和5.61-5.94％Y，有显著细化凝固组织的作用。另外，5.61-5.94％Y、3.07-3.29％Mg和5.64-5.80％K的加入，还有显著减少夹杂物数量的作用。特别是5.61-5.94％Y,4.65-4.82％Ca,3.07-3.29％Mg,5.64-5.80％K,4.17-4.36％Ti,8.07-8.33％Ba,12.71-12.96％Al和33.52-34.25％Si的复合加入，还有改善夹杂物形态和分布的效果，促进双相合金强韧性的大幅度提高。
本发明钢包内的钢水经扒渣、静置后，当温度降至1543-1568℃时，将其浇入呋喃树脂砂铸型中，浇注时铸型温度控制在110-140℃，铸型温度过高，铸件凝固组织粗大，力学性能降低。铸型温度过低，凝固冷却过快，因铸件结构较复杂，易出现裂纹，致使铸件报废。本发明呋喃树脂砂铸型制作过程是，先将呋喃树脂与自硬呋喃树脂用磺酸固化剂加入型砂中并搅拌均匀形成铸型用砂泥，呋喃树脂的加入质量分数占型砂加入量的0.8-0.85％，自硬呋喃树脂用磺酸固化剂的加入质量分数占呋喃树脂加入量的46-48％，自硬呋喃树脂用磺酸固化剂中磺酸的质量分数为18-20％。然后将砂泥倒入到砂箱内造型而得到呋喃树脂砂铸型，铸型经150-180℃烘干3-5小时后，即可用于钢水浇注。本发明获得的呋喃树脂砂铸型强度高，退让性好，确保铸件不变形，不开裂，铸件尺寸精度高。
本发明钢水在铸型内凝固冷却10-12小时后，开箱取出铸件，经打磨清砂后，入炉加热至1120-1150℃，升温速度控制在60-80℃/小时，保温120-150分钟后，淬入温度为55-80℃的热水池中；热水池中水和铸件的质量比控制在10:1至15:1之间。这样可以确保铸造凝固中非平衡析出的粗大碳化物颗粒可以全部溶入基体组织中，有利于提高合金耐蚀性。本发明将淬火后的铸件重新加热至600-650℃，保温30-40分钟，出炉空冷至220-290℃。目的是促进微细的M23C6型碳化物和纳米级ε－Cu相均匀弥散析出，产生沉淀强化，从而提高合金强度。重新入炉加热至350-380℃，保温12-15小时，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷，可以消除铸件内应力，确保安全使用。最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得耐高温浓硫酸双相合金。将耐高温浓硫酸双相合金根据分酸器结构要求组合安装成一体，即可获得耐高温浓硫酸双相合金的分酸器。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1)本发明以廉价的硅、锰、铬为主要合金元素，不含钨、铌、钒等价格昂贵的合金元素，镍加入量也较低，具有很低的生产成本；
2)本发明采用普通冶炼方法生产，无需复杂的炉外精炼和电渣重熔工艺，生产周期短，能耗低，节能优势明显；
3)本发明双相合金具有优异的综合力学性能，室温抗拉强度大于650MPa，延伸率大于10％，断裂韧性大于70MP.m1/2，硬度大于250HBW；
4)本发明双相合金具有优异的耐浓硫酸腐蚀能力，在240℃的99％浓硫酸(含0.3％氯离子、0.5％氟离子)中，腐蚀率只有316L不锈钢(相当于我国022Cr17Ni12Mo2)的1/3-1/4，年腐蚀率0.00079-0.00092mm/a，用本发明双相合金制成的分酸器，在高温浓硫酸领域使用，寿命比316L不锈钢分酸器提高3倍以上。
附图说明
图1耐高温浓硫酸双相合金的分酸器示意图
1-进主套管，2-进酸主管，3-预分布，4-分酸主部件，5-流量均衡管，6-分酸支管。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。自硬呋喃树脂用磺酸固化剂为GBT 21872-2008铸造自硬呋喃树脂用磺酸固化剂。
实施例1：
一种耐高温浓硫酸双相合金及其分酸器，具体制备工艺步骤如下：
①先将低碳废钢、不锈钢废料、微碳铬铁、氮化铬铁、钼铁、镍板、电解铜块在电炉内混合加热熔化，钢水熔化后，升温至1573℃，依次加入硅铁、电解锰和硼铁，并将炉内钢水的化学组成及质量分数控制在：0.05％C,6.77％Si,30.40％Cr,5.65％Ni,5.93％Mn,0.28％N,0.94％Mo,4.41％Cu,0.003％B,0.024％P,0.019％S,余量为Fe及不可避免的杂质；继续升温至1658℃，加入占炉内钢水质量分数0.22％的纯铝，然后出炉到钢包；钢包内预先加入了颗粒尺寸3-6mm，并经450℃预热3小时的多元合金复合变质剂；多元合金复合变质剂的化学组成及其质量分数为：5.61％Y,4.82％Ca,3.07％Mg,5.80％K,4.17％Ti,8.33％Ba,12.71％Al,34.25％Si,余量为Fe及不可避免的杂质；多元合金复合变质剂的加入量占进入钢包内钢水质量分数的3.2％；
②钢包内的钢水经扒渣、静置后，当温度降至1543℃时，将其浇入呋喃树脂砂铸型中，浇注时铸型温度控制在140℃；呋喃树脂砂铸型制作过程是，先将呋喃树脂与自硬呋喃树脂用磺酸固化剂加入型砂中并搅拌均匀形成铸型用砂泥，呋喃树脂的加入质量分数占型砂加入量的0.8％，自硬呋喃树脂用磺酸固化剂的加入质量分数占呋喃树脂加入量的46％，自硬呋喃树脂用磺酸固化剂中磺酸的质量分数为20％；然后将砂泥倒入到砂箱内造型而得到呋喃树脂砂铸型；铸型经180℃烘干3小时后，即可用于钢水浇注；钢水在铸型内凝固冷却12小时后，开箱取出铸件，经打磨清砂后，入炉加热至1150℃，升温速度控制在60℃/小时，保温120分钟后，淬入温度为80℃的热水池中；水池中水和铸件的质量比控制在10:1至15:1之间；然后将淬火后的铸件重新加热至650℃，保温30分钟，出炉空冷至270-290℃，重新入炉加热至380℃，保温12小时，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得耐高温浓硫酸双相合金；
③将步骤②获得的耐高温浓硫酸双相合金，根据分酸器结构要求组合安装成一体，即可获得耐高温浓硫酸双相合金的分酸器。双相合金的力学性能见表1。本发明双相合金具有优异的耐浓硫酸腐蚀能力，在240℃的99％浓硫酸(含0.3％氯离子、0.5％氟离子)中，年腐蚀率0.00079mm/a。
实施例2：
一种耐高温浓硫酸双相合金及其分酸器，具体制备工艺步骤如下：
①先将低碳废钢、不锈钢废料、微碳铬铁、氮化铬铁、钼铁、镍板、电解铜块在电炉内混合加热熔化，钢水熔化后，升温至1596℃，依次加入硅铁、电解锰和硼铁，并将炉内钢水的化学组成及质量分数控制在：0.15％C,6.62％Si,30.91％Cr,5.42％Ni,6.08％Mn,0.23％N,1.15％Mo,4.26％Cu,0.006％B,0.021％P,0.010％S,余量为Fe及不可避免的杂质；继续升温至1675℃，加入占炉内钢水质量分数0.25％的纯铝，然后出炉到钢包；钢包内预先加入了颗粒尺寸3-6mm，并经500℃预热2小时的多元合金复合变质剂；多元合金复合变质剂的化学组成及其质量分数为：5.94％Y,4.65％Ca,3.29％Mg,5.64％K,4.36％Ti,8.07％Ba,12.96％Al,33.52％Si,余量为Fe及不可避免的杂质；多元合金复合变质剂的加入量占进入钢包内钢水质量分数的3.5％；
②钢包内的钢水经扒渣、静置后，当温度降至1568℃时，将其浇入呋喃树脂砂铸型中，浇注时铸型温度控制在110℃；呋喃树脂砂铸型制作过程是，先将呋喃树脂与自硬呋喃树脂用磺酸固化剂加入型砂中并搅拌均匀形成铸型用砂泥，呋喃树脂的加入质量分数占型砂加入量的0.85％，自硬呋喃树脂用磺酸固化剂的加入质量分数占呋喃树脂加入量的46％，自硬呋喃树脂用磺酸固化剂中磺酸的质量分数为18％；然后将砂泥倒入到砂箱内造型而得到呋喃树脂砂铸型；铸型经150℃烘干5小时后，即可用于钢水浇注；钢水在铸型内凝固冷却10小时后，开箱取出铸件，经打磨清砂后，入炉加热至1120℃，升温速度控制在80℃/小时，保温150分钟后，淬入温度为55℃的热水池中；水池中水和铸件的质量比控制在10:1至15:1之间；然后将淬火后的铸件重新加热至600℃，保温40分钟，出炉空冷至220-235℃，重新入炉加热至350℃，保温15小时，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得耐高温浓硫酸双相合金；
③将步骤②获得的耐高温浓硫酸双相合金，根据分酸器结构要求组合安装成一体，即可获得耐高温浓硫酸双相合金的分酸器。双相合金的力学性能见表1。本发明双相合金具有优异的耐浓硫酸腐蚀能力，在240℃的99％浓硫酸(含0.3％氯离子、0.5％氟离子)中，年腐蚀率0.00092mm/a。
实施例3：
一种耐高温浓硫酸双相合金及其分酸器，具体制备工艺步骤如下：
①先将低碳废钢、不锈钢废料、微碳铬铁、氮化铬铁、钼铁、镍板、电解铜块在电炉内混合加热熔化，钢水熔化后，升温至1588℃，依次加入硅铁、电解锰和硼铁，并将炉内钢水的化学组成及质量分数控制在：0.09％C,6.69％Si,30.70％Cr,5.53％Ni,5.98％Mn,0.27％N,0.97％Mo,4.34％Cu,0.005％B,0.022％P,0.014％S,余量为Fe及不可避免的杂质；继续升温至1662℃，加入占炉内钢水质量分数0.24％的纯铝，然后出炉到钢包；钢包内预先加入了颗粒尺寸3-6mm，并经480℃预热2.5小时的多元合金复合变质剂；多元合金复合变质剂的化学组成及其质量分数为：5.78％Y,4.75％Ca,3.19％Mg,5.71％K,4.28％Ti,8.14％Ba,12.55％Al,33.98％Si,余量为Fe及不可避免的杂质；多元合金复合变质剂的加入量占进入钢包内钢水质量分数的3.4％；
②钢包内的钢水经扒渣、静置后，当温度降至1557℃时，将其浇入呋喃树脂砂铸型中，浇注时铸型温度控制在120℃；呋喃树脂砂铸型制作过程是，先将呋喃树脂与自硬呋喃树脂用磺酸固化剂加入型砂中并搅拌均匀形成铸型用砂泥，呋喃树脂的加入质量分数占型砂加入量的0.82％，自硬呋喃树脂用磺酸固化剂的加入质量分数占呋喃树脂加入量的47％，自硬呋喃树脂用磺酸固化剂中磺酸的质量分数为19％；然后将砂泥倒入到砂箱内造型而得到呋喃树脂砂铸型；铸型经170℃烘干4小时后，即可用于钢水浇注；钢水在铸型内凝固冷却11小时后，开箱取出铸件，经打磨清砂后，入炉加热至1140℃，升温速度控制在70℃/小时，保温130分钟后，淬入温度为70℃的热水池中；水池中水和铸件的质量比控制在10:1至15:1之间；然后将淬火后的铸件重新加热至630℃，保温35分钟，出炉空冷至250-270℃，重新入炉加热至360℃，保温14小时，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得耐高温浓硫酸双相合金；
③将步骤②获得的耐高温浓硫酸双相合金，根据分酸器结构要求组合安装成一体，即可获得耐高温浓硫酸双相合金的分酸器。双相合金的力学性能见表1。本发明双相合金具有优异的耐浓硫酸腐蚀能力，在240℃的99％浓硫酸(含0.3％氯离子、0.5％氟离子)中，年腐蚀率0.00085mm/a。
表1双相合金的力学性能(室温性能)
本发明以廉价的硅、锰、铬为主要合金元素，不含钨、铌、钒等价格昂贵的合金元素，镍加入量也较低，具有很低的生产成本。本发明采用普通冶炼方法生产，无需采用复杂的炉外精炼和电渣重熔工艺，生产周期短，能耗低，节能优势明显。本发明双相合金具有优异的综合力学性能，室温抗拉强度大于650MPa，延伸率大于10％，断裂韧性大于70MP.m1/2，硬度大于250HBW，可以确保材料具有优异的耐冲刷性能和使用安全可靠。本发明双相合金具有优异的耐浓硫酸腐蚀能力，在240℃的99％(含0.3％氯离子、0.5％氟离子)浓硫酸中，腐蚀率只有316L不锈钢(相当于我国022Cr17Ni12Mo2)的1/3-1/4，年腐蚀率仅为0.00079-0.00092mm/a。用本发明双相合金制成的分酸器，在高温浓硫酸领域使用，寿命比316L不锈钢分酸器提高3倍以上。使用本发明双相合金浓硫酸分酸器，显著延长了分酸器使用时间，减轻了工人劳动强度，推广应用具有良好的经济和社会效益。

Claims (4)

1.一种耐高温浓硫酸双相合金，其特征在于，具体制备工艺步骤如下：
①先将低碳废钢、不锈钢废料、微碳铬铁、氮化铬铁、钼铁、镍板、电解铜块在电炉内混合加热熔化，钢水熔化后，升温至1573-1596℃，依次加入硅铁、电解锰和硼铁，并将炉内钢水的化学组成及质量分数控制在：0.05-0.15％C,6.62-6.77％Si,30.40-30.91％Cr,5.42-5.65％Ni,5.93-6.08％Mn,0.23-0.28％N,0.94-1.15％Mo,4.26-4.41％Cu,0.003-0.006％B,<0.03％P,<0.02％S,余量为Fe及不可避免的杂质；继续升温至1658-1675℃，加入占炉内钢水质量分数0.22-0.25％的纯铝，然后出炉到钢包；钢包内预先加入了颗粒尺寸3-6mm，并经450-500℃预热2-3小时的多元合金复合变质剂；多元合金复合变质剂的化学组成及其质量分数为：5.61-5.94％Y,4.65-4.82％Ca,3.07-3.29％Mg,5.64-5.80％K,4.17-4.36％Ti,8.07-8.33％Ba,12.71-12.96％Al,33.52-34.25％Si,余量为Fe及不可避免的杂质；多元合金复合变质剂的加入量占进入钢包内钢水质量分数的3.2-3.5％；
②钢包内的钢水经扒渣、静置后，当温度降至1543-1568℃时，将其浇入呋喃树脂砂铸型中，浇注时铸型温度控制在110-140℃；钢水在铸型内凝固冷却10-12小时后，开箱取出铸件，经打磨清砂后，入炉加热至1120-1150℃，升温速度控制在60-80℃/小时，保温120-150分钟后，淬入温度为55-80℃的热水池中；水池中水和铸件的质量比控制在10:1至15:1之间；然后将淬火后的铸件重新加热至600-650℃，保温30-40分钟，出炉空冷至220-290℃，重新入炉加热至350-380℃，保温12-15小时，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得耐高温浓硫酸双相合金。
2.按照权利要求1所述的耐高温浓硫酸双相合金，其特征在于，步骤②中所采用的呋喃树脂砂铸型，其制作过程是：先将呋喃树脂与自硬呋喃树脂用磺酸固化剂加入型砂中并搅拌均匀形成铸型用砂泥，呋喃树脂的加入质量分数占型砂加入量的0.8-0.85％，自硬呋喃树脂用磺酸固化剂的加入质量分数占呋喃树脂加入量的46-48％，自硬呋喃树脂用磺酸固化剂中磺酸的质量分数为18-20％；然后将砂泥倒入到砂箱内造型而得到呋喃树脂砂铸型；铸型经150-180℃烘干3-5小时后，即可用于钢水浇注。
3.权利要求1所述的耐高温浓硫酸双相合金的应用，用于制备耐高温浓硫酸的分酸器。
4.按照权利要求3所述的应用，在步骤②获得的耐高温浓硫酸双相合金根据分酸器结构要求组合安装成一体，即可获得耐高温浓硫酸双相合金的分酸器。
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