CN116426814A - 一种利用中间合金废料制备高温合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金固体废弃物综合利用技术领域，提供了一种利用中间合金废料制备高温合金的方法。本发明以中间合金除尘灰为原料，通过配料、除杂、造球得到除尘灰球，利用除尘灰球和钢铁废料进行熔炼，再依次进行脱碳、成分调整、脱氧精炼和浇注，得到高温合金。本发明将中间合金精整过程废物除尘灰制备成高温合金，解决了中间合金除尘灰中金属元素尤其是稀有金属元素浪费严重、回收利用率低的问题，开发了除尘灰废物利用新思路，能够有效提升企业效益；并且，本发明利用除尘灰制备高温合金，在实现除尘灰利用的同时，能够有效降低高温合金生产成本，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及冶金固体废弃物综合利用技术领域，尤其涉及一种利用中间合金废料制备高温合金的方法。
背景技术
除尘灰为中间合金精整过程中抛丸工序产生的固体废弃物，其组分包括：铁球(抛丸球)、中间合金(O、N含量高)、氧化铝、氧化钙、KCl/CaCl、石墨/镁砖渣等。除尘灰中所含金属元素质量在75％以上，其中如Mo、V、Nb、Ta、Zr等稀有金属含量在48％以上。以我公司为例，中间合金年产量达5200吨，中间合金过程废物除尘灰每年近150吨，其中稀有金属元素重量达到72吨左右，保守估计除尘灰中金属元素价值近千万。如果从全国中间合金规模来看，每年仅除尘灰中所含金属元素对我国稀土元素资源造成的损失已不可估量。
现阶段，行业内通常通过感应炉把除尘灰混合物直接熔炼成金属块体，但该金属块体中金属氧化物、石墨渣、镁砖渣及O、N气体元素杂质含量极高，不能转化成中间合金成品进行销售，故基本直接出售给一些大型钢铁企业用作大炉炼钢原料。但该处理方法对除尘灰中所含贵重稀有金属元素的回收利用率较低，同时因为出售价格较低，对企业造成的损失也较大。目前，可查询到的中间合金除尘灰废物利用的相关资料几乎没有，其他冶金行业如钢铁、不锈钢的除尘灰再利用案例也不多，且因为钢铁转炉过程中除尘灰所含物质与中间合金精整过程中除尘灰存在较大差异，故借鉴意义不大。
是高温合金指在较高温度及一定应力条件下长期工作的高温金属材料，具有较好的热强性、抗氧化性，高的塑性、冲击性与可焊性，在航空工业上得到广泛应用，可作为喷气发动机的轮盘材料和其他部件。但是，高温合金中通常含有多种稀有金属元素，例如S51525(0Cr15Ni25Ti2MoAlVB)高温合金中含有Ni、Ti、Mo、V等稀有金属元素，使得高温合金的成本一直较高。
高温合金因含有多种稀有金属元素而使制造成本居高不下的痛点，与中间合金除尘灰中多种稀有金属元素浪费严重，回收利用率低的痛点相互吻合，两问题结合起来可以相互弥补，相辅相成，达到负负大于正的效果，这也成为含稀有金属元素的除尘灰废物利用的一种新思路。但是，目前尚没有利用中间合金除尘灰制备高温合金的相关报道。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种利用中间合金废料制备高温合金的方法。本发明提供的方法实现了利用中间合金除尘灰制备高温合金，除尘灰中金属元素的回收利用率高，同时降低了高温合金的制备成本。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种利用中间合金废料制备高温合金的方法，包括以下步骤：
按照目标高温合金的设计成分，采用中间合金除尘灰进行配料，得到混合除尘灰；
将所述混合除尘灰中的非金属杂质去除，得到精制除尘灰；
将所述精制除尘灰、氯酸钾、萤石、硼砂和粘结剂混合进行造球，得到除尘灰球；
将所述除尘灰球、钢铁废料和石灰粉进行熔炼后，依次进行脱碳、成分调整、脱氧精炼和浇注，得到高温合金。
优选的，所述高温合金为含有Ni、Ti、Mo和V中至少两种元素的高温合金。
优选的，所述高温合金为S51525高温合金。
优选的，所述中间合金除尘灰中含有Fe、Al、Cr、Ni、Mo、Ti和V中的至少两种元素；
所述混合除尘灰中各个元素的含量不超过目标高温合金的成分标准。
优选的，所述中间合金除尘灰还包括镍铌中间合金除尘灰、镍钽中间合金除尘灰、镍锆中间合金除尘灰和镍硼中间合金除尘灰中的一种或多种；
所述镍铌中间合金除尘灰、镍钽中间合金除尘灰、镍锆中间合金除尘灰和镍硼中间合金除尘灰的添加量以微量元素的含量不超过目标高温合金的成分标准为准。
优选的，去除所述非金属杂质的方法包括：
将所述混合除尘灰进行第一干燥后，依次进行水洗、重选、浮选和第二干燥，得到精制除尘灰；所述浮选使用的药剂包括抑制剂和捕收剂。
优选的，所述氯酸钾、萤石、硼砂的质量为1:(2.7～3.2):(0.8～1.2)；所述氯酸钾、萤石和硼砂的总质量为所述精制除尘灰质量的2.2％～3.5％；
所述粘结剂为羟甲基纤维素，所述粘结剂的添加量为所述精制除尘灰质量的0.2％～0.5％。
优选的，所述熔炼的过程包括：将部分除尘灰球、部分钢铁废料和部分石灰粉加入熔炼坩埚中，然后通电熔化，待坩埚内的炉料表层水化后，加入剩余的除尘灰球、钢铁废料和石灰粉，熔炼至合金液熔清；所述部分除尘灰球的质量为除尘灰球总质量的50％～60％；所述部分钢铁废料为钢铁废料总质量的50％～60％；所述部分石灰粉为石灰粉总质量的50％～60％。
优选的，所述熔炼的过程中还包括加入补充料；所述补充料为金属单质。
优选的，所述脱碳采用的气体为氧气和氩气的混合气，所述脱碳以将合金液中的碳含量脱至0.06～0.075wt％为准；所述脱氧精炼的真空度为20Pa以下，所述脱氧精炼的温度为1715～1770℃，所述脱氧精炼的时间为20～30min；所述浇注的温度为1550～1580℃。
本发明提供了一种利用中间合金废料制备高温合金的方法，包括以下步骤：按照目标高温合金的设计成分，采用中间合金除尘灰进行配料，得到混合除尘灰；将所述混合除尘灰中的非金属杂质去除，得到精制除尘灰；将所述精制除尘灰、氯酸钾、萤石、硼砂和粘结剂混合进行造球，得到除尘灰球；将所述除尘灰球、钢铁废料和石灰粉进行熔炼，然后依次进行脱碳、成分调整、脱氧精炼和浇注，得到高温合金。本发明将中间合金精整过程废物除尘灰制备成高温合金，实现了中间合金除尘灰的高附加值利用，同时降低了高温合金生产成本，延缓了国家稀有金属矿产资源的消耗速度，强化我国战略金属资源优势；本发明的除尘灰废物利用过程简单，操作便捷，规模化生产可行性高；并且经过本发明的方法处理后除尘灰中Mo、V、Cr、Nb等金属元素回收利用率较高，达到98.45％以上；实施例结果表明，利用本发明方法所制备的S51525高温合金中元素分布均匀，合金中杂质含量较低，高温合金综合性能表现优异。
综上所述，本发明解决了中间合金除尘灰中金属元素尤其是稀有金属元素浪费严重、回收利用率低的问题，开发了除尘灰废物利用新思路，能够有效提升企业效益；并且，本发明利用除尘灰制备高温合金，在实现除尘灰利用的同时，能够有效降低高温合金生产成本，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例中制备高温合金的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种利用中间合金废料制备高温合金的方法，包括以下步骤：
按照目标高温合金的设计成分，采用中间合金除尘灰进行配料，得到混合除尘灰；
将所述混合除尘灰中的非金属杂质去除，得到精制除尘灰；
将所述精制除尘灰、氯酸钾、萤石、硼砂和粘结剂混合进行造球，得到除尘灰球；
将所述除尘灰球、钢铁废料和石灰粉进行熔炼后，依次进行脱碳、成分调整、脱氧精炼和浇注，得到高温合金。
本发明按照目标高温合金的设计成分，采用中间合金除尘灰进行配料，得到混合除尘灰。在本发明中，所述高温合金优选为含有Ni、Ti、Mo和V中至少两种元素的高温合金，更优选为S51525高温合金；所述中间合金除尘灰中含有Fe、Al、Cr、Ni、Mo、Ti和V中的至少两种元素，所述混合除尘灰中各个元素的含量不超过目标高温合金的成分标准；具体的，所述中间合金除尘灰优选包括钛铁中间合金除尘灰、钼钒铝铁中间合金除尘灰、钼钒铝铬中间合金除尘灰、铝铬中间合金除尘灰、镍钼中间合金除尘灰、镍铬中间合金除尘灰、钼铝中间合金除尘灰、钒铝中间合金除尘灰、钼铁中间合金除尘灰、铝钼钒中间合金除尘灰和钛钼镍中间合金除尘灰中的至少两种，优选为至少三种；所述钛铁中间合金除尘灰优选为TiFe60中间合金除尘灰和TiFe70中间合金除尘灰中的一种或两种；所述钼钒铝铁中间合金除尘灰优选为Mo48V35Al12Fe5中间合金除尘灰；所述钼钒铝铬中间合金除尘灰优选为Mo27V27Al8Cr38中间合金除尘灰；所述铝铬中间合金除尘灰优选为AlCr70中间合金除尘灰；所述镍钼中间合金除尘灰优选为NiMo30中间合金除尘灰；所述镍铬中间合金除尘灰优选为Ni90Cr中间合金除尘灰；所述钼铝中间合金除尘灰优选为Mo85Al中间合金除尘灰和Mo60Al中间合金除尘灰中的一种或两种；所述钒铝中间合金除尘灰优选为V55Al中间合金除尘灰和V85Al中间合金除尘灰中的一种或两种；所述钼铁中间合金除尘灰优选为Mo60Fe40中间合金除尘灰；所述铝钼钒中间合金除尘灰优选为Al20Mo45V35中间合金除尘灰；所述钛钼镍中间合金除尘灰优选为Ti60Mo10Ni30中间合金除尘灰。
在本发明中，所述配料时采用的中间合金除尘灰优选还包括镍铌中间合金除尘灰、镍钽中间合金除尘灰、镍锆中间合金除尘灰和镍硼中间合金除尘灰中的一种或多种，所述镍铌中间合金除尘灰、镍钽中间合金除尘灰、镍锆中间合金除尘灰和镍硼中间合金除尘灰的添加量以微量元素的含量不超过目标高温合金的成分标准为准，所述微量元素具体是指铌、钽、锆和硼中的一种或几种；所述镍锆中间合金除尘灰优选为Ni90Zr中间合金除尘灰；在本发明的具体实施例中，适当的稀有金属元素(如铌、钽、锆等)加入，会使高温合金中某些性能(如强度、耐热性等)发生强化，所述镍铌中间合金除尘灰、镍钽中间合金除尘灰、镍锆中间合金除尘灰和镍硼中间合金除尘灰优选依据目标合金性能选择性适当添加。
在本发明的具体实施例中，当所述高温合金为S51525高温合金时，S51525高温合金的成分标准以GB/T 20878-2007中的规定为准。
在本发明的具体实施例中，优选先检测所用中间合金除尘灰原料中各个金属元素的含量，然后根据检测结果以及目标合金合金的成分标准进行计算，得到各个中间合金除尘灰的用量。
得到混合除尘灰后，将所述混合除尘灰中的非金属杂质去除，得到精制除尘灰。在本发明中，去除所述非金属杂质的方法优选包括：将所述混合除尘灰进行第一干燥后，依次进行水洗、重选、浮选和第二干燥，得到精制除尘灰；所述第一干燥的温度优选为230～260℃，更优选为240～250℃；所述第一干燥的时间优选为8h；所述第一干燥优选在烘干窑中进行；本发明通过第一干燥去除除尘灰中所含水分与抛丸球表面的油脂，以免影响后处理效果；所述水洗优选为：将第一干燥后的混合除尘灰置于35～50℃温水中，匀速搅拌5～10min，之后用200～300目筛网进行过滤，于120～150℃进行烘干处理；本发明通过水洗去除除尘灰中的可溶性CaCl、KCl等盐类；所述重选时的摇床角度优选为1～3°，给水量优选为1～1.5t清水每吨待处理料，本发明优选先设置摇床角度和给水量，然后给入水洗后的混合除尘灰，待物料成稳定分带后，清理摇床物料，将重选所得除尘灰于100～120℃烘干；本发明通过重选法去除除尘灰中与合金和铁球密度差异较大的耐火材料夹杂物等；所述重选得到的耐火材料夹杂物按照本领域常规方法进行综合处理；本发明通过水洗和重选对除尘灰中的非金属杂质(主要为金属氧化物、石墨、镁砖等耐火材料渣)进行粗去除，经过本工序后除尘灰中非金属杂质的去除率达到89％以上；所述浮选采用的药剂优选为抑制剂和捕收剂；所述抑制剂优选为磷酸盐溶液，更优选六偏磷酸钠溶液；所述磷酸盐溶液的质量分数优选为15％；所述抑制剂的加入量优选为所述混合除尘灰质量的0.012～0.015％；所述捕收剂优选为脂肪酸和氧化石蜡皂，所述脂肪酸和氧化石蜡皂的质量比优选为1:1；所述捕收剂的加入量优选为所述混合除尘灰质量的0.09～0.15％；在本发明的具体实施例中，优选将重选所得除尘灰与水配制成浆液，所述浆液的浆固比优选为30～45％，然后再向所述浆液中加入抑制剂，之后将浆料倒入浮选机中，再加入捕收剂，将浮渣滤出，即为浮选后的除尘灰；本发明通过浮选对除尘灰中部分与合金黏连的氧化物杂质进行去除，经过浮选工序后除尘灰中非金属杂质去除率达到97％以上。在本发明中，所述第二干燥的温度优选为120～150℃，时间优选为12h，本发明通过第二干燥去除浮选处理后的除尘灰表面的浮选介质与水分。
得到精制除尘灰后，本发明将所述精制除尘灰、氯酸钾、萤石、硼砂和粘结剂混合进行造球，得到除尘灰球。在本发明中，所述氯酸钾、萤石、硼砂的质量优选为1:(2.7～3.2):(0.8～1.2)，更优选为1:3:1；所述氯酸钾、萤石和硼砂的总质量优选为所述精制除尘灰质量的2.2％～3.5％，更优选为2.3％～3.3％；其中，氯酸钾的作用为助熔剂，因为除尘灰中所含中间合金熔点1550～1850℃，而钢铁熔点为1538℃，为降低二者熔点差，避免低熔点元素大量烧损，需添加助熔剂降低除尘灰中中间合金熔点；萤石作为造渣剂，在去除精制除尘灰中未除净的氧化物夹渣方面发挥作用；硼砂的作用为促进除尘灰中黏性中间合金液体在钢水中的流动性，因为硼砂的熔化温度为900℃左右，其熔化后与金属表面的金属氧化物生成复合的玻璃态硼酸，可以减弱合金液黏度，增强流动性，且还有助于合金液中氧化物杂质的聚合，利于扒渣过程中杂质的进一步剔除。
在本发明中，所述粘结剂优选为羟甲基纤维素，所述粘结剂的添加量优选为所述精制除尘灰质量的0.2％～0.5％，更优选为0.3％～0.4％；所述羟甲基纤维素优选以羟甲基纤维素水溶液的形式使用，所述羟甲基纤维素水溶液的浓度优选为0.7～0.9g/mL；常规造粒用粘结剂为水玻璃，但水玻璃高温下会生成钠玻璃，会在熔池内引入新的杂质，熔体净化过程较难去除，且燃烧过程产生大量烟尘，而羟甲基纤维素为纤维素醚类有机物，具有烧尽特性，生成产物为少量碳及钠盐，在熔化系统中不算杂质。
在本发明中，所述造球优选采用造球盘进行，所述造球盘的转速优选为250r/min；所述除尘灰球的直径优选为7～10mm，更优选为8～9mm；在本发明的具体实施例中，优选先将精制除尘灰与氯酸钾、萤石和硼砂在V型混料机中混合均匀，然后然后将混合料和羧甲基纤维素溶液共同加入造球盘中进行造球。除尘灰的正常粒度为100μm左右，颗粒太细，以粉末的形式加入熔炼炉内存在燃爆危险，而且若以粉末的形式加入熔炼炉中，除尘灰中混入的氯酸钾、萤石、硼砂等所发挥作用将大打折扣，本发明将除尘灰制备成除尘灰球，能够保证氯酸钾、萤石、硼砂充分挥发作用，同时降低燃爆风险。
得到除尘灰球后，本发明将所述除尘灰球、钢铁废料和石灰粉进行熔炼后，依次进行脱碳、成分调整、脱氧精炼和浇注，得到高温合金。在本发明中，所述钢铁废料为高温合金提供铁元素，所述钢铁废料的用量根据钢铁废料中铁元素的含量、目标高温合金中的铁元素含量以及配料所得混合除尘灰中的铁元素含量计算得到；本发明对所述钢铁废料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的钢铁废料即可，具体如铸铁、不锈钢以及废旧钢板、带、箔和型材等；所述石灰粉的用量优选为炉料总重量的1.5～1.7％，所述炉料的总重量以炉内除尘灰球和钢铁废料的总重量计。
在本发明中，所述熔炼用装置优选为中频炉；所述熔炼的过程优选包括：将部分除尘灰球、部分钢铁废料和部分石灰粉加入熔炼坩埚中，然后通电熔化，待坩埚内的炉料表层水化后，加入剩余的除尘灰球、钢铁废料和石灰粉，熔炼至合金液熔清；所述部分除尘灰球的质量为除尘灰球总质量的50％～60％；所述部分钢铁废料为钢铁废料总质量的50％～60％；所述部分石灰粉为石灰粉总质量的50％～60％；在本发明的具体实施例中，优选先将部分钢铁废料放置在坩埚内，布置成中间低四周高的形状(类似鸟巢状)，使中部形成凹坑，之后将部分除尘灰球置于废钢铁中部凹坑处，再在坩埚内的炉料上层均匀撒入部分石灰粉；熔炼过程中坩埚中部热量较为集中，而除尘灰中中间合金熔点较高，这样布置利于除尘灰熔化，且有利于熔化后除尘灰球中各元素的均匀化分布；本发明优选采用梯度升温的方式进行通电熔化，所述通电熔化的终点温度优选为1670～1710℃，更优选为1700～1710℃，在通电熔化的终点温度下保温至坩埚内炉料表层水化后，再加入剩余原料；在本发明中，所述梯度升温的方式优选为：先以40Kw功率升温4～8min，之后提升功率至50Kw，保持15～20min后，升至70Kw，保持该功率下进行升温直至温度达到1670～1710℃；由于感应电流的集肤效应，逐层逐步缓慢熔化有利于去除熔池中的气体和非金属杂质；在本发明的具体实施例中，优选在通电熔化的终点温度下保温20～25min，炉料表层发生水化；坩埚内炉料表层水化后，本发明优选先将剩余的除尘灰球和钢铁废料加入，然后再将剩余的石灰粉撒在表面。在本发明中，加入剩余的除尘灰球、钢铁废料和石灰粉后，熔炼的时间优选为18～20min。
在本发明中，所述熔炼的过程中优选还包括加入补充料；所述补充料优选为金属单质；更优选为金属铬；在本发明的具体实施例中，若除尘灰球中某种金属元素的含量不满足目标高温合金的成分要求，则在熔炼过程中加入对应金属元素的补充料；所述补充料的具体用量根据目标高温合金以及配料所得混合除尘灰的成分计算得到；所述补充料优选和部分除尘灰球一同加入钢铁废料的凹坑处。
在本发明中，所述脱碳采用的气体优选为氧气和氩气的混合气，所述混合气中氧气和氩气的体积比优选为1:(1.5～2.4)，更优选为1:2；所述脱碳以将合金液中的碳含量脱至0.06～0.075wt％为准；本发明优选待合金液溶清后，向合金液中通入氧气和氩气的混合气，通气一段时间后取样检测碳含量，碳含量达到要求后即可停止通气；在本发明的具体实施例中，所述脱碳的时间优选为14～15min；脱碳完成后优选进行扒渣，扒渣后再进行成分调整；本发明对所述成分调整的方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法即可，在本发明的具体实施例中，优选取样分析合金液成分，通过添加Cr、Ni和Mo等元素进行成分调整，直至达到设计成分。
在本发明中，所述脱氧精炼的真空度为20Pa以下，更优选为15～17.5Pa，所述脱氧精炼的温度优选为1715～1770℃，所述脱氧精炼的时间优选为20～30min，所述脱氧精炼过程中优选加入硅铁合金，所述硅铁合金的用量优选为炉内钢水重量的0.15～0.20％，脱氧精炼完成后优选进行扒渣；所述脱碳和脱氧精炼后扒渣产生的渣料按照本领域熟知的方法进行综合处理。
在本发明中，所述浇注的温度优选为1550～1580℃，更优选为1560～1570℃。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例中均以制备S51525高温合金为例，图1为本发明实施例中制备高温合金的工艺流程图。
实施例1～4中涉及到的中间合金除尘灰的成分如表1所示。
TiFe608.76kg，Mo48V35Al12Fe51.82kg，AlCr700.905kg，NiMo304.837kg，Ni90Cr41.972kg
表1实施例1～4涉及的除尘灰成分检测结果
实施例1
(1)称量如下中间合金的除尘灰：TiFe608.76kg，Mo48V35Al12Fe51.82kg，AlCr700.905kg，NiMo304.837kg，Ni90Cr 41.972kg并混合均匀，得到混合除尘灰；
(2)混合除尘灰放在烘干窑内于250℃烘干8h，之后先后利用水洗法与重选法对除尘灰中杂质进行粗筛分，其中水洗的方法为：将混合除尘灰置于40℃温水中，匀速搅拌5min，之后用200目筛网进行过滤，滤渣于120℃进行烘干处理；重选的方法为：设置摇床倾角为3°，给水量按1.5t清水每吨待处理料，给料，待物料形成稳定分带后，清理摇床物料，将重选所得除尘灰于120℃烘干；将烘干后的除尘灰与水配制成浆液，控制浆液的浆固比达到35％，向调好的浆液中加入浓度15wt％的六偏磷酸钠溶液7.58g，之后所有浆料倒入浮选机中，随后加入质量比1:1的脂肪酸和氧化石蜡皂作为捕收剂(捕收剂的质量为75.78g)，滤出浮渣后，在120℃下干燥12h，即得到精制除尘灰；
(3)称量氯酸钾0.292kg、萤石0.876kg和硼砂0.292kg，与所得精制除尘灰44.05kg一起放入V型混料机中混合，混合时间30min，得到混合料；
(4)称量0.263kg羟甲基纤维素，与3.5L 20℃常温水混合并搅拌，待全部溶解无白面后，与步骤(3)所得混合料一起放入造球盘内，设置造球盘转速为250r/min，制成φ7～10mm圆球，得到除尘灰球；
(5)称量22kg废钢铁放置在坩埚内，布置成中间低四周高的类似鸟巢状，之后将30kg除尘灰球、12.2kg金属铬置于废钢铁中部凹坑处，并在炉料上层均匀撒入0.78kg石灰粉；
(6)送电后，先以40Kw功率升温5min，之后提升功率至50Kw，保持16min后，升至70Kw，在该功率下保温直至温度达到1700℃，熔炼温度稳定在1700℃，保温25min后见炉料表层化水后，再加入剩余28.4kg除尘灰球与20kg钢铁废料，并再次撒入一层石灰粉0.8kg；
(7)18min合金液熔清，通入氧气与氩气比例为1:2的混合气体进行脱碳，通气一段时间后，取样测碳含量，通气15min后钢液中碳含量降至0.062wt％，开始扒渣；
(8)取样分析钢水成分，通过添加金属Cr、Ni、Mo等元素对合金液成分进行调整，直至达到设计成分；
(9)控制真空度达到17.5Pa，提升熔炼温度至1750℃，加入硅铁合金进行脱氧，硅铁合金的用量为炉内钢水重量的0.20％，精炼时间25min，出钢扒渣；
(10)调节钢水温度至1565℃，开始进行浇注，浇注后得到S51525高温合金。
实施例2
(1)称量如下中间合金的除尘灰：Mo27V27Al8Cr382.92kg，TiFe7013.87kg，Mo85Al2.11kg，Ni90Cr 53.37kg并混合均匀，得到混合除尘灰；
(2)混合除尘灰放在烘干窑内于250℃烘干8h，之后先后利用水洗法与重选法对除尘灰中杂质进行粗筛分(水洗和重选的方法和实施例1一致)，将重选所得除尘灰与水配制成浆液，使其浆固比达到40％，向调好的浆料中加入浓度15wt％的六偏磷酸钠溶液10.84g，之后所有浆料倒入浮选机中，随后加入质量比1:1的脂肪酸和氧化石蜡皂作为捕收剂(捕收剂的质量为101.2g)，滤出浮渣后，在120℃下干燥12h，即得到精制除尘灰；
(3)称量氯酸钾0.361kg、萤石1.084kg和硼砂0.361kg，与所得精制除尘灰54.63kg一起放入V型混料机中混合，混合时间30min，得到混合料；
(4)称量0.325kg羟甲基纤维素，与4.0L 20℃常温水混合并搅拌，待全部溶解无白面后，与步骤(3)所得混合料一起放入造球盘内，设置造球盘转速为250r/min，制成φ7-10mm圆球，得到除尘灰球；
(5)称量22.3kg废钢铁放置在坩埚内，布置成中间低四周高的类似鸟巢状，之后将40kg除尘灰球、13.5kg金属铬置于废钢铁中部凹坑处，并在炉料上层均匀撒入0.86kg石灰粉；
(6)采用梯度升温的方式逐步升温，最终使熔炼温度稳定在1710℃，保温23min后见炉料表层化水后，再加入剩余32.27kg除尘灰球与20kg钢铁废料，并再次撒入一层石灰粉0.78kg；
(7)20min后合金液熔清，通入氧气与氩气比例为1:2的混合气体进行脱碳，通气一段时间后，取样测碳含量，通气14min后钢液中碳含量降至0.063wt％，开始扒渣；
(8)取样分析钢水成分，通过添加金属Cr、Ni、Mo等元素对合金液成分进行调整，直至达到设计成分；
(9)控制真空度达到15.0Pa，提升熔炼温度至1730℃，加入硅铁合金进行脱氧，硅铁合金的用量为炉内钢水重量的0.15％，精炼时间25min，出钢扒渣；
(10)调节钢水温度至1560℃，开始进行浇注，浇注后得到S51525高温合金。
实施例3～4
其他条件和实施例1一致，仅改变仅改变除尘灰配料，具体除尘灰配料见表2。
表2实施例3与实施例4除尘灰配料表
对实施例1～4所制备S51525高温合金锭的上中下部各取1个试样进行化学成分分析，结果取三个试样平均值，成分结果见表3所示。除尘灰中主要元素在实施例1～4所制备S51525高温合金中回收率见表4。
表3实施例1～4所制备S51525高温合金成分结果
表4除尘灰中各主要元素回收率
| 实施例 | Ni | Mo | Ti | V | Zr |
| 实施例1 | 99.34％ | 99.28％ | 98.55％ | 98.46％ | - |
| 实施例2 | 99.27％ | 99.19％ | 98.62％ | 98.48％ | - |
| 实施例3 | 99.30％ | 99.22％ | 98.69％ | 98.39％ | - |
| 实施例4 | 99.31％ | 99.26％ | 98.67％ | 98.46％ | 98.45％ |
根据表3中的结果可以看出，实施例1～4所得S51525高温合金的成分满足S51525高温合金的要求；根据表4中的数据可以看出，除尘灰中Ni、Mo、Ti、V、Zr等元素回收率均在98.45％以上，其中Ni、Mo元素回收率更是达到了99.20％以上，元素综合回收利用较高。
取实施例1～4所制备S51525高温合金材料，置于马弗炉中进行固溶与时效处理，固溶制度为990℃×6h，时效制度为730℃×36h，热处理后制成拉伸试棒，在拉伸试验机上进行拉伸试验，试验结果见表5。
表5热处理后各试样力学性能结果
由表5可以看出，本发明利用中间合金除尘灰制备的0Cr15Ni25Ti2MoAlVB高温合金各项力学性能均在该合金性能标准之上，证明了利用本发明的方法可以成功制备0Cr15Ni25Ti2MoAlVB高温合金。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照目标高温合金的设计成分，采用中间合金除尘灰进行配料，得到混合除尘灰；
将所述混合除尘灰中的非金属杂质去除，得到精制除尘灰；
将所述精制除尘灰、氯酸钾、萤石、硼砂和粘结剂混合进行造球，得到除尘灰球；
将所述除尘灰球、钢铁废料和石灰粉进行熔炼后，依次进行脱碳、成分调整、脱氧精炼和浇注，得到高温合金。
2.根据权利要求1所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述高温合金为含有Ni、Ti、Mo和V中至少两种元素的高温合金。
3.根据权利要求2所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述高温合金为S51525高温合金。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述中间合金除尘灰中含有Fe、Al、Cr、Ni、Mo、Ti和V中的至少两种元素；
所述混合除尘灰中各个元素的含量不超过目标高温合金的成分标准。
5.根据权利要求4所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述中间合金除尘灰还包括镍铌中间合金除尘灰、镍钽中间合金除尘灰、镍锆中间合金除尘灰和镍硼中间合金除尘灰中的一种或多种；
所述镍铌中间合金除尘灰、镍钽中间合金除尘灰、镍锆中间合金除尘灰和镍硼中间合金除尘灰的添加量以微量元素的含量不超过目标高温合金的成分标准为准。
6.根据权利要求1所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，去除所述非金属杂质的方法包括：
将所述混合除尘灰进行第一干燥后，依次进行水洗、重选、浮选和第二干燥，得到精制除尘灰；所述浮选使用的药剂包括抑制剂和捕收剂。
7.根据权利要求1所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述氯酸钾、萤石、硼砂的质量为1:(2.7～3.2):(0.8～1.2)；所述氯酸钾、萤石和硼砂的总质量为所述精制除尘灰质量的2.2％～3.5％；
所述粘结剂为羟甲基纤维素，所述粘结剂的添加量为所述精制除尘灰质量的0.2％～0.5％。
8.根据权利要求1所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述熔炼的过程包括：将部分除尘灰球、部分钢铁废料和部分石灰粉加入熔炼坩埚中，然后通电熔化，待坩埚内的炉料表层水化后，加入剩余的除尘灰球、钢铁废料和石灰粉，熔炼至合金液熔清；所述部分除尘灰球的质量为除尘灰球总质量的50％～60％；所述部分钢铁废料为钢铁废料总质量的50％～60％；所述部分石灰粉为石灰粉总质量的50％～60％。
9.根据权利要求1所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述熔炼的过程中还包括加入补充料；所述补充料为金属单质。
10.根据权利要求1所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述脱碳采用的气体为氧气和氩气的混合气，所述脱碳以将合金液中的碳含量脱至0.06～0.075wt％为准；所述脱氧精炼的真空度为20Pa以下，所述脱氧精炼的温度为1715～1770℃，所述脱氧精炼的时间为20～30min；所述浇注的温度为1550～1580℃。
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