CN1490425A

CN1490425A - 一种铁基高温合金的冶炼生产方法

Info

Publication number: CN1490425A
Application number: CNA031505465A
Authority: CN
Inventors: 胡俊辉; 刘军占; 徐明华; 顾家强; 季文龙; 王�华; 赵玉才
Original assignee: Shanghai No5 Iron And Steel Co Ltd Baoshan Iron And Steel Group
Current assignee: Baosteel Special Steel Co Ltd
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2004-04-21
Anticipated expiration: 2023-08-26
Also published as: CN1321213C

Abstract

一种铁基高温合金的冶炼方法，其特征是：首先在普通电弧炉内，按不锈钢返回吹氧法，进行熔化初炼。其次，在AOD炉内冶炼出成分合格的铁基高温合金：开吹温度≥1540℃，全程吹氩；开始时，吹入混合气体(氩∶氧＝4∶1)，进行脱碳、升温处理；当C约为0.10％时，吹入混合气体(氩∶氧＝1∶1)；测温取样分析，调整成分；当C约0.03％时，停止吹氧，全部吹氩(500m³/h)；加预还原渣料；预还原时间8min，取样全分析并拉渣全部，加还原渣料；吹Ar化渣≥3分钟；出钢前吹氩3分钟；纯Ti放入钢包中，无渣出钢；吊包温度1515℃。最终浇铸成电极棒。本发明冶炼工艺简单、生产成本低、冶金质量高，生产的GH2132铁基高温合金，化学成分满足内控要求，性能符合用户的高质量标准要求。

Description

一种铁基高温合金的冶炼生产方法

技术领域

本发明涉及冶金行业高温合金的冶炼与浇铸方法，尤其是指铁基高温合金的冶炼与浇铸方法。

背景技术

高温合金是现代航空发动机、火箭发动机所必需的重要金属材料。它能在高温(一般指600～1000℃)氧化气氛中和燃气腐蚀条件下承受较大应力下长期使用。铁基高温合金是常见的高温合金，其合金化程度较高，特别是含活泼合金元素(如铝、钛)和对合金纯洁度要求较高，故对冶炼工艺要求较严。

目前，铁基高温合金的冶炼方法主要有“真空自耗感应炉冶炼+电渣重熔”或“电弧炉冶炼+LF精炼炉+电渣重熔”二种方式。采用“真空感应炉”冶炼，具有冶金控制容易、合金质量好的优点，但是冶炼成本很高(冶炼步骤费用约10000元/t)、金属收得率也较低(上注法浇注的电极切头切尾大，金属收得率低)；故大部分厂家采用冶炼成本较低的“电弧炉冶炼+LF精炼炉”冶炼方式。

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。我们知道：盐水炉衬制作时，砌筑前的卤水镁砂砖必须在专用烘房进行100～200℃的低温烘烤二天以上，另外卤水中的水份较多，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，但低温烘烤时间很长，则使产量降低，能耗增加，不利于成本下降)，故制作工艺复杂，其价格是沥青炉衬的3倍，寿命仅25炉/只，但是，盐水炉衬具有不含碳(沥青炉衬中碳含量高达6～8％)的优点，可冶炼对C含量要求较高的高温合金品种和超低碳钢。沥青炉衬耐高温腐蚀及抗氧化性强，使用寿命可达80炉/只，故使用沥青炉衬代替盐水炉衬势在必行，然而，铁基高温合金的成份要求非常严格，尤其是含有C、Ti、Al等易氧化元素，且对夹杂物和气体的要求很高，沥青炉衬电弧炉冶炼铁基高温合金不仅难度大，风险也大。因此，电弧炉冶炼铁基高温合金时，基本上都是采用盐水炉衬，而不是制作成本相对较低的沥青炉衬。

另外，与“真空自耗感应炉”生产铁基高温合金的冶炼方式相比，“盐水炉衬电弧炉冶炼方式”虽然具有冶炼成本低、炉衬不含碳的优点，但是，由于电弧炉本身特点，熔炼时，钢液的搅拌性能较差，对去除钢液中的有害气体、有害杂质的效果较差，脱硫效果也较差；其次，由于铁基高温合金的铬(Cr)元素含量较高，易造成铬偏析；另外，电弧炉冶炼铁基高温合金时，脱碳(C)、脱气效果差，故对原材料的C含量、N含量要求很高，造成原材料成本上升(低C铬合金成本大大高于高C铬合金)。

发明内容

本发明开发一种铁基高温合金的冶炼生产方法，用“电弧炉熔化钢液+AOD炉冶炼和浇铸的方式”代替传统的“盐水炉衬电弧炉冶炼和浇铸”，生产出符合标准要求的铁基高温合金的电极棒，降低冶炼成本，满足用户要求和市场需要。

本发明提供的一种铁基高温合金的冶炼生产方法，其特征在于：首先在盐水炉衬或沥青炉衬的普通电弧炉内，对返回料、合金、辅料等原材料进行熔化初炼；然后在AOD炉进行铁基高温合金钢液的熔炼，冶炼出成份合格的铁基高温合金；最终浇铸成电极棒，进行电渣重熔。

第一步，在普通电弧炉内，对返回料、合金、辅料等原材料进行熔化初炼。

1)冶炼所需的返回料、合金和辅料等原材料配料时，原材料碳含量不受限制(因AOD有良好的脱碳效果)，尽量使用高碳合金，降低冶炼成本(低C铬合金成本大大高于高C铬合金)；

2)熔化初炼按一般不锈钢返回吹氧法操作；

3)成分控制：Cr中下限，Ni：中下限，Si：≤0.35％；

4)出钢前拉渣全部，确保无渣出钢；

5)出钢温度：T≥1630℃(确保AOD开吹温度≥1540℃)。

第二步，在AOD炉进行铁基高温合金钢液的熔炼。通过AOD精炼，实现高铬钢液中碳优先氧化的条件，通过强烈的搅拌和强制脱氧，加速渣中氧化铬的还原，使电炉从高铬钢液脱碳的重负中解脱出来。

1)AOD开吹温度≥1540℃，全程吹氩；

2)兑钢毕拉渣部分，测温、取样分析(1)；并根据钢液中[Si]含量加入石灰，石灰加入量＝(3.5～4.2)×G×[Si]，G是炼钢炉内钢液重量；向炉内吹入氩、氧混合气体，比例关系是O₂∶Ar＝4∶1，在AOD炉进行脱碳、升温处理；根据分析(1)结果调整成分至内控中限(Cr回收按97％计算，Ni回收按100％计算)；

3)当C约为0.10％(根据吹氧降碳公式计算)时测温、取样分析(2)，并切换氩、氧混合气体流量比例，比例关系是O₂∶Ar＝1∶1，根据分析(2)结果调整成分至内控中限；

4)当C约0.03％时，停止吹氧，全部吹氩，氩气流量为450～500m³/h；向炉内加入预还原渣料，渣料配比：(3.7～4.5)×G×[Si]的石灰、15～35Kg Si-Fe/吨钢(根据原始钢液成份和吹氧总量计算，利用高温下Si氧化性优于Cr的特点，将已氧化的铬还原出来，使得总铬回收率达到96～97％，大大降低成本)、电解锰适量、Al适量；

5)预还原时间5～10min，取样全分析(3)、(4)并拉渣全部，加入还原渣料，渣料配比：15～25Kg石灰/吨钢、0.6～1.0Kg萤石/吨钢(也就是说，以石灰加入量的3～5％加入；用于改善钢液的流动性)、Al适量；吹Ar化渣≥3分钟，为确保还原良好，可加Si-Ca适量；

6)出钢前吹氩精炼≥3分钟后出钢，出钢时随钢流加Al块0.8～1.3Kg/t；

7)钢水出炉时不带渣，纯Ti放入钢包中；

8)吊包温度为：1510～1520℃，吊包前配0.004％～0.010％的B(细化合金晶粒)。

第三步，采用氩气保护浇注工艺(提高钢液的的纯洁度)，以合理浇注速度，控制保护渣和钢液均匀上升，将高温钢液浇铸成电极棒。

电弧炉的炉衬材料采用盐水炉衬、沥青炉衬，最好采用沥青炉衬(沥青炉衬具有制作成本低、水份少的优点，另外AOD具有的良好脱碳效果，可以弥补其炉衬中碳含量较高的缺陷)，降低冶炼成本。

和现有技术相比，本发明具有下列优点：

1.冶炼操作简单。

2.装备和工艺通用性强：其装备与工艺均可按一般含Ti不锈钢操作。

3.可使用价格低廉的高碳合金，大大降低生产成本。

4.AOD有良好的动力学条件，钢水搅拌力强，可促使夹杂物上浮，钢中气体含量接近真空脱碳法的水平，使钢液冶金质量大大提高。

具体实施方案

某钢铁公司炼钢车间实施本发明专利，生产2炉GH2132牌号的铁基高温合金，其工艺流程是20吨交流电弧炉(沥青炉衬)熔化初炼-→18吨AOD熔炼-→18吨LF精炼炉调整-→浇注Φ430电极棒(氩气保护浇注)。第一步，电弧炉(沥青炉衬)熔化初炼：初炼炉与其它一般不锈钢操作相同，熔清大于80％后吹氧助熔；钢液温度大于1660℃时加入还原剂预还原，预还原后取样全分析，拉渣全部；根据分析结果调整成分，Cr中下限，Ni中下限，Si≤0).35％；温度大于1630℃出钢。第二步，在AOD炉进行铁基高温合金钢液的熔炼：(1)AOD开吹温度≥1540℃，全程吹氩；(2)兑钢毕拉渣部分，测温T＝1568℃、取样分析(a)；加入石灰(3.5～4.2)×G×[Si]＝400Kg；向炉内吹入氩、氧混合气体(比例关系是O₂∶Ar＝4∶1)，在AOD)炉进行脱碳、升温处理；根据分析(a)结果调整成分至内控中限(Cr回收按97％计算，Ni回收按100％计算)；(3)当C约为0.10％(根据吹氧降碳公式计算)时测温T＝1736℃、取样分析(b)，并切换氩、氧混合气体流量(O₂∶Ar＝1∶1)；根据分析(b)结果调整成分至内控中限；(4)继续吹氧降碳，当C约0.03％左右时，停止吹氧，全部吹氩，氩气流量为480m³/h；向炉内加入预还原渣料，渣料配比：(3.5～4.2)×G×[Si]＝600Kg石灰、430Kg Si-Fe(22Kg/吨钢)、电解锰适量、Al适量；(5)预还原时间7min后，取样全分析(c、d)拉渣全部，加入还原渣料，吹氩化渣4分钟，为确保还原良好，加Si-Ca适量；渣料配比：300Kg石灰、(3～5％)×300Kg＝15Kg萤石、Al适量；根据分析(c、d)结果调整成分进内控要求；(6)出钢前拉渣全部，测温T＝1656℃出钢，根据钢水量包内加纯Ti配至0.60％，出钢毕包内加石灰300Kg。第三步，采用氩气保护浇注工艺，将高温钢液浇铸成Φ430电极棒6支，镇静时间6分钟，浇注时间7min，烊模、粘铁磨干净，帽口飞刺割净。本发明专利具有冶炼操作工艺简单、原材料合金配料限制少、冶金动力学条件良好、生产成本低、装备和工艺通用性强的特点，实施本发明专利生产出的GH2132铁基高温合金，其化学成分完全满足内控要求，钢液冶金质量高，经电渣和锻打后制成的成品，性能符合用户的质量标准要求。

Claims

1、一种铁基高温合金的冶炼生产方法，其特征在于：首先在普通电弧炉内，对合金、返回料、辅料等原材料进行熔化初炼；然后在AOD炉进行铁基高温合金钢液的熔炼，冶炼出成份合格的铁基高温合金；最终浇铸成电极棒，进行电渣重熔：

第一步，在普通电弧炉内，对合金等原材料进行熔化初炼：(1)冶炼所需的返回料、合金和辅料等原材料配料时，原材料的碳含量不受限制，尽量使用高碳合金；(2)熔化初炼按一般不锈钢返回吹氧法操作；(3)成分控制：Cr中下限，Ni：中下限，Si：≤0.35％；(4)出钢前拉渣全部，无渣出钢；(5)出钢温度：T≥1630℃；

第二步，在AOD炉进行铁基高温合金钢液的熔炼：(1)AOD开吹温度≥1540℃，全程吹氩；(2)兑钢毕拉渣部分，测温、取样分析(a)；并根据钢液中[Si]含量加入石灰，石灰加入量＝(3.5～4.2)×G×[Si]，G是炼钢炉内钢液重量；向炉内吹入氩、氧混合气体，比例关系是O₂∶Ar＝4∶1，在AOD炉进行脱碳、升温处理；根据分析(a)结果调整成分至内控中限，Cr、Ni回收率分别按97％、100％计算；(3)当C约为0.10％时测温、取样分析(b)，并切换氩、氧混合气体流量比例，比例关系是O₂∶Ar＝1∶1，根据分析(b)结果调整成分至内控中限；(4)当C约0.03％时，停止吹氧，全部吹氩，氩气流量为450～500m3/h；向炉内加入预还原渣料，渣料配比：(3.7～4.5)×G×[Si]的石灰、15～35Kg Si-Fe/吨钢、电解锰适量、Al适量；(5)预还原时间5～10min，取样全分析(c、d)并拉渣全部，加入还原渣料，渣料配比：15～25Kg石灰/吨钢、(0.6～1.0Kg萤石/吨钢、Al适量；吹Ar化渣≥3分钟，加Si-Ca适量；(6)出钢前吹氩精炼≥3分钟后出钢，出钢时随钢流加Al块0.8～1.3Kg/t；(7)钢水出炉时不带渣，纯Ti放入钢包中；(8)吊包温度为：1510～1520℃，吊包前配0.004％～0.010％的B；

第三步，采用氩气保护浇注工艺，以合理浇注速度，控制保护渣和钢液均匀上升，将高温钢液浇铸成电极棒。

2、根据权利要求1所述的一种铁基高温合金的冶炼生产方法，其特征在于：普通电弧炉的炉衬材料是盐水炉衬和沥青炉衬，最好采用沥青炉衬。