專利名稱：真空感應(yīng)爐熔煉高溫合金的脫硫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)合金純凈化冶煉的領(lǐng)域，跟具體地講，涉及一種真空感應(yīng)爐熔煉高溫合金的脫硫方法。
背景技術(shù)：
硫在合金中是作為雜質(zhì)元素夾雜物存在的，是疲勞裂紋的萌生源及擴(kuò)展通道，同時(shí)這些夾雜物還會(huì)成為結(jié)晶核心，導(dǎo)致合金的性能下降。而高溫合金是現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、燃汽輪機(jī)所必需的重要金屬材料，它能在高溫(一般600-900°C )、氧化氣氛和燃汽腐蝕條件下，承受較大應(yīng)力并長(zhǎng)期使用。高溫合金冶煉通常使用真空感應(yīng)爐進(jìn)行，真空感應(yīng)爐熔煉的脫氣效果好，但是脫硫則很困難。當(dāng)脫硫劑使用不足或不當(dāng)時(shí)，易造成高溫合金中硫含量不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求或硫 含量較高，當(dāng)脫硫劑(鈣基脫硫劑)使用過(guò)量時(shí)則會(huì)使合金中鈣的殘余量增加，造成鈣不滿足標(biāo)準(zhǔn)成分的要求，并且會(huì)降低高溫合金的熱加工塑性，只有同時(shí)保證和滿足硫和鈣含量成分要求，才能生產(chǎn)出的合格的高溫合金產(chǎn)品。因此，需要保證高溫合金冶煉時(shí)的脫硫效果，以降低高溫合金中的硫含量。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的之一在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。本發(fā)明的目的在于提供一種能夠降低高溫合金中的硫含量進(jìn)而提高高溫合金的熱加工塑性的真空感應(yīng)爐熔煉高溫合金的脫硫方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種真空感應(yīng)爐熔煉高溫合金的脫硫方法，所述脫硫方法采用CaO粉末和金屬Ca塊進(jìn)行聯(lián)合脫硫，其中，脫硫過(guò)程分為前期脫硫和后期脫硫兩個(gè)階段，前期脫硫階段為開始通電熔化原料至完成爐中熔清且CaO粉末作為原料加入，后期脫硫階段為加入金屬Ca塊至出鋼完成冶煉。根據(jù)本發(fā)明的真空感應(yīng)爐熔煉高溫合金的脫硫方法的一個(gè)實(shí)施例，所述脫硫方法還包括在冶煉前選擇硫含量低的原料的步驟。根據(jù)本發(fā)明的真空感應(yīng)爐熔煉高溫合金的脫硫方法的一個(gè)實(shí)施例，所述脫硫方法還包括在熔清后取樣進(jìn)行硫含量分析的步驟。根據(jù)本發(fā)明的真空感應(yīng)爐熔煉高溫合金的脫硫方法的一個(gè)實(shí)施例，所述脫硫方法還包括在后期脫硫階段充入氬氣的步驟。本發(fā)明能夠有效地降低高溫合金中的硫含量，滿足其苛刻的硫含量要求，脫硫效果明顯，進(jìn)而提高了高溫合金的熱加工塑性和成材率，有利于增加更多的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的真空感應(yīng)爐熔煉高溫合金的脫硫方法，所述脫硫方法采用CaO粉末和金屬Ca塊進(jìn)行聯(lián)合脫硫，其中，脫硫過(guò)程分為前期脫硫和后期脫硫兩個(gè)階段，前期脫硫階段為開始通電熔化原料至完成爐中熔清且CaO粉末作為原料加入，后期脫硫階段為加入金屬Ca塊至出鋼完成冶煉。CaO是冶金企業(yè)冶煉高溫合金時(shí)常用的原材料之一，并且用鋼渣進(jìn)行脫硫是較為高效的脫硫方法，但真空感應(yīng)熔煉高溫合金時(shí)，不能通過(guò)大幅度增加渣量和換渣操作來(lái)進(jìn)行脫硫。采用CaO是利用其能脫硫的優(yōu)點(diǎn)，采用金屬Ca是利用其不會(huì)明顯增加真空感應(yīng)爐中的渣量并同時(shí)有脫硫作用的優(yōu)點(diǎn)，因而采用CaO粉末和金屬Ca塊兩種材料聯(lián)合脫硫。其中，CaO粉末密度輕，不易在鋼液中形成夾雜，并且CaO粉末可與鋼液中的Al和S發(fā)生反應(yīng)，即3Ca0+3S+2Al — Al203+3CaS,達(dá)到脫硫的目的；金屬Ca在不增加真空感應(yīng)爐坩堝內(nèi)鋼液表面渣量的情況下同樣具有脫硫效果，有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示當(dāng)高溫合金中Ca含量過(guò)高時(shí)會(huì)造成高溫合金熱加工塑性下降，因而只能在熔煉的后期加入。鈣基脫硫是較為高效的脫硫方式，另外脫硫產(chǎn)物CaS在其他形式的脫硫產(chǎn)物中有著密度輕的優(yōu)點(diǎn)(Ce2S3密度為5. 18g/cm3 ；MgS密度為2. 82g/cm3 ；CaS密度為2. 18g/cm3)，不易造成高溫合金夾雜。將本發(fā)明的脫硫過(guò)程分為兩個(gè)階段，主要是因?yàn)榉蛛A段進(jìn)行脫硫可充分發(fā)揮CaO粉末前期的脫硫作用，在不能加大渣量的情況下，渣量太大存在澆注困難和堵塞澆注口的風(fēng)險(xiǎn)，因而在后期采用不增加渣量的金屬Ca繼續(xù)脫硫。其中，CaO粉末的加入量以其在真空感應(yīng)爐坩堝內(nèi)鋼液表面的渣量所占鋼液表面的面積百分比進(jìn)行參照確定，為使高溫合金熔煉過(guò)程中取成分樣不受影響，通常以CaO粉末或渣占鋼液表面面積的比例不超過(guò)鋼液表面面積的25%進(jìn)行添加，通常CaO粉末的加入量為24Kg/爐；而金屬Ca塊在脫硫過(guò)程中存在升華的現(xiàn)象，因而利用率較低，但通常加入量不超過(guò)12Kg/爐。優(yōu)選地，還包括在冶煉前選擇硫含量低的原料的步驟，以進(jìn)一步減輕真空感應(yīng)爐熔煉脫硫的強(qiáng)度。
優(yōu)選地，還包括在熔清后取樣進(jìn)行硫含量分析的步驟，以準(zhǔn)確獲知前期脫硫階段的脫硫結(jié)果，及時(shí)進(jìn)行脫硫方案的調(diào)整和優(yōu)化。優(yōu)選地，還包括在后期脫硫階段充入氬氣的步驟，以提高金屬Ca塊的利用率和脫硫效果。為了更好地理解本發(fā)明、下面結(jié)合具體示例進(jìn)行詳細(xì)描述。若無(wú)其它說(shuō)明，其中涉及的百分比均為重量百分比。具體實(shí)施時(shí)首先精選原料，選擇較純的硫含量較低的原料，以減輕真空感應(yīng)爐熔煉脫硫的強(qiáng)度。然后進(jìn)行分階段脫硫，使硫含量逐漸降低，并達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)內(nèi)控質(zhì)量要求，具體是采用CaO粉末和金屬Ca塊聯(lián)合脫硫，將真空感應(yīng)熔煉過(guò)程分為前期脫硫和后期脫硫兩個(gè)階段，前期脫硫階段為從開始送電使原材料(包括CaO粉末)熔化至完成爐中熔清，并且取樣進(jìn)行硫含量分析；后期脫硫階段為從開始加入金屬Ca塊進(jìn)行脫硫至帶電出鋼完成冶煉，在整個(gè)真空感應(yīng)熔煉過(guò)程中采用CaO粉末前期脫硫和金屬Ca塊后期脫硫。當(dāng)進(jìn)入后期脫硫階段時(shí)，充入IOOOPa左右的氬氣，以提高金屬Ca塊的利用率和脫硫效果。根據(jù)上述步驟進(jìn)行了如表I所示的兩種高溫合金的四組脫硫試驗(yàn)，其中1)GH710 中間合金的原材料=C 塊 2. 4Kg ;金屬 Crll70Kg ；l#Ni 板 3660Kg ；Co 板1050Kg ；A1塊114Kg ;CaO粉末24Kg，金屬Ca塊12Kg。其中，GH710中間合金原材料的硫含量為0. 006%左右。2)GH4169 合金的原材料金屬 Al 35Kg ; l#Ni 板 3323Kg ;金屬 Mo 189Kg ;海綿 Ti65Kg ;純鐵 1125Kg ;金屬 Cr 1202Kg ;金屬 Nb 334Kg ;CaO 粉末 24Kg，金屬 Ca 塊 12Kg。其中，GH4169合金原材料的硫含量為0. 007%左右。選用優(yōu)質(zhì)CaO塊，經(jīng)破碎成粉末，與上述高溫合金的原材料一起加入爐中。當(dāng)爐中真空度小于IPa時(shí)，給電熔化原材料，經(jīng)工頻攪拌鋼液20min左右，溫度控制在1560°C左右，使鋼液和渣(包括CaO粉末)充分接觸、混合，以提高CaO粉末的利用率和脫硫效果。待原材料熔化完全后，取成分樣分析鋼液中硫的成分含量，通常此時(shí)鋼液中的硫含量為0. 0035%左右，完成前期脫硫處理后，進(jìn)入后期脫硫階段。先充入IOOOPa左右的氬氣，然后分批次加入金屬Ca塊，通常的加入順序?yàn)?Kg — 4Kg — 2Kg，視實(shí)際鋼液中的硫含量進(jìn)行加入，當(dāng)鋼液中的硫含量小于0. 002%時(shí)，即可帶電出鋼，每組脫硫試驗(yàn)的結(jié)果如表I所示。表I不同爐熔煉所得高溫合金的脫硫結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種真空感應(yīng)爐熔煉高溫合金的脫硫方法，其特征在于，所述脫硫方法采用CaO粉末和金屬Ca塊進(jìn)行聯(lián)合脫硫，其中，脫硫過(guò)程分為前期脫硫和后期脫硫兩個(gè)階段，前期脫硫階段為開始通電熔化原料至完成爐中熔清且CaO粉末作為原料加入，后期脫硫階段為加入金屬Ca塊至出鋼完成冶煉。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空感應(yīng)爐熔煉高溫合金的脫硫方法，其特征在于，所述脫硫方法還包括在冶煉前選擇硫含量低的原料的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空感應(yīng)爐熔煉高溫合金的脫硫方法，其特征在于，所述脫硫方法還包括在熔清后取樣進(jìn)行硫含量分析的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空感應(yīng)爐熔煉高溫合金的脫硫方法，其特征在于，所述脫硫方法還包括在后期脫硫階段充入氬氣的步驟。
全文摘要
本發(fā)明的真空感應(yīng)爐熔煉高溫合金的脫硫方法采用CaO粉末和金屬Ca塊進(jìn)行聯(lián)合脫硫，其中，脫硫過(guò)程分為前期脫硫和后期脫硫兩個(gè)階段，前期脫硫階段為開始通電熔化原料至完成爐中熔清且CaO粉末作為原料加入，后期脫硫階段為加入金屬Ca塊至出鋼完成冶煉。本發(fā)明能夠有效地降低高溫合金中的硫含量，滿足其苛刻的硫含量要求，脫硫效果明顯，進(jìn)而提高了高溫合金的熱加工塑性和成材率，有利于增加更多的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C22C1/06GK102776378SQ201210268250
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者何云華, 王信才, 裴丙紅, 韋家向 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)江油長(zhǎng)城特殊鋼有限公司