本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，具體涉及一種降低鎳基合金材料中砷、錫含量的方法。

背景技術(shù)：

1、砷、錫是鋼和合金的殘余五害元素，其在基體中溶解度小、密度大、熔點(diǎn)低，易形成低熔點(diǎn)共晶體富集在晶界區(qū)，盡管其含量極微，也會(huì)使得該材料晶界脆化，造成熱塑性和熱強(qiáng)性以及其他性能下降。因此必須對(duì)鋼和合金中的砷含量進(jìn)行嚴(yán)格控制。

2、當(dāng)前鎳基合金材料國(guó)產(chǎn)化水平仍然較低，但隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)達(dá)和工業(yè)領(lǐng)域?qū)哟蔚牟粩嗵岣?，其在航空航天、石油化工、核工業(yè)等領(lǐng)域的需求越來(lái)越高。我國(guó)技術(shù)人員在自主研發(fā)各牌號(hào)和用途的鎳基合金材料時(shí)發(fā)現(xiàn)，鎳基合金材料在循環(huán)再利用過(guò)程中，as、sn會(huì)作為微量殘余元素在鋼中不斷累加，導(dǎo)致終點(diǎn)產(chǎn)品性能的惡化。因此如何在冶煉過(guò)程有效控制砷、錫的含量是此類(lèi)材料開(kāi)發(fā)應(yīng)用過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。

3、高真空處理和加入微量添加劑是當(dāng)前控制合金中微量有害元素的主要手段。鎳基合金材料的制備常采用真空感應(yīng)熔煉和電渣重熔雙聯(lián)冶煉工藝，在真空感應(yīng)熔煉過(guò)程，通過(guò)高真空揮發(fā)可有效的減少微量bi、pb等有害元素的含量，但是砷和錫在鎳基合金材料中的存在形式穩(wěn)定，通過(guò)高真空處理并不能脫除，且真空階段通過(guò)添加稀土、鎂、鋇等與有害元素形成熔點(diǎn)較高的化合物手段在后續(xù)電渣過(guò)程也須經(jīng)過(guò)特殊渣系的調(diào)整才能脫除，否則并不能避免后續(xù)返回料利用過(guò)程中有害元素的累積，此工藝路線復(fù)雜，且微合金的添加量和加入方式難以把控，操作不當(dāng)會(huì)對(duì)終點(diǎn)產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。

4、電渣重熔過(guò)程渣池對(duì)合金液滴的“渣洗”作用為合金中脫as、sn提供了新思路，本發(fā)明僅通過(guò)調(diào)整電渣重熔渣系，微調(diào)冶煉工藝，顯著降低了合金中的砷、錫含量，避免了后續(xù)返回料利用過(guò)程有害元素的累積，為鎳基合金返回料再利用創(chuàng)造了條件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種降低鎳基合金材料中砷、錫含量的方法，通過(guò)調(diào)整電渣重熔渣系，微調(diào)冶煉工藝，鎳基合金材料中砷、錫脫除率可達(dá)46％以上。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

3、一種降低鎳基合金材料中砷、錫含量的方法，具體為：在鎳基合金材料制備過(guò)程中的電渣重熔工序采用以下成分的預(yù)熔渣：caf2：38％～45％、cao：20％～25％、al2o3：20％～30％、zro2：3％～5％、baf2：3％～5％、mgo：1％～3％、sio2：1％～3％，其余為不可避免的雜質(zhì)。

4、進(jìn)一步的，本發(fā)明所述預(yù)熔渣中cao/al2o3＝0.8～1，在保證熔渣高堿度的基礎(chǔ)上，降低預(yù)熔渣的透氣性，且預(yù)熔渣中添加1％～3％的mgo，可在渣池表面形成半凝固膜，防止渣池吸氧。

5、進(jìn)一步的，本發(fā)明所述預(yù)熔渣中配有渣總質(zhì)量1～1.5％的碳化鈣粉，目的在于在渣中形成游離[c]，提高[as]的活度，有利于渣池中脫砷反應(yīng)的正向進(jìn)行。

6、進(jìn)一步的，本發(fā)明所述方法進(jìn)一步包括：電渣重熔工序的電極制備階段，將自耗電極焊接后用純鐵鐵絲在其表面豎直方向綁上鋁絲，鋁絲的總重量為預(yù)熔渣質(zhì)量的0.5％～0.8％，鋁絲的直徑、長(zhǎng)度根據(jù)鋁絲的總質(zhì)量確定。

7、進(jìn)一步的，本發(fā)明所述方法進(jìn)一步包括：電渣重熔工序的起弧化渣階段，起弧用屑料和引弧板均與自耗電極母材保持一致，且加熱爐內(nèi)150℃烘干2小時(shí)后使用。恒熔速熔煉及熱封頂階段，根據(jù)結(jié)晶器直徑和冶煉材料的種類(lèi)具體制定。

8、進(jìn)一步的，本發(fā)明所述方法進(jìn)一步包括：電渣重熔工序采用全流程氬氣保護(hù)，冶煉氣氛氧含量控制在5ppm以下。

9、進(jìn)一步的，本發(fā)明方法適用于as、sn含量小于0.003％鎳基合金材料。

10、本發(fā)明的發(fā)明原理及有益技術(shù)效果在于：

11、本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)預(yù)熔渣中cao/al2o3比值，降低預(yù)熔渣的透氣性，可有效減少環(huán)境對(duì)渣池的增氧；向渣中添加碳化鈣，其目的在于在渣中形成游離[c]，提高砷的活度，有利于渣池中脫砷反應(yīng)的正向進(jìn)行；通過(guò)在自耗電極表面豎直方向綁上鋁絲，消耗渣中[o]，新生成的al2o3會(huì)被渣池吸附，使得全流程冶煉過(guò)程中渣中的氧含量維持在較低水平，促進(jìn)了脫砷反應(yīng)的進(jìn)行。渣中配加一定比例的zro2、baf2，目的在于在重熔過(guò)程中與[sn]反應(yīng)生成高熔點(diǎn)化合物，該高熔點(diǎn)化合物可被渣池脫除，實(shí)現(xiàn)了sn的脫除；冶煉全流程氬氣保護(hù)，氣氛氧含量控制在5ppm以下，避免了大氣對(duì)渣池的供氧，為脫砷、脫錫反應(yīng)創(chuàng)造了條件。

12、本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單，砷、錫脫除率達(dá)到46％以上，很好的解決了鎳基合金中砷、錫難脫除的問(wèn)題，避免了在循環(huán)再利用過(guò)程中，as、sn累加對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，為鎳基合金返回料再利用創(chuàng)造了條件。

技術(shù)特征：

1.一種降低鎳基合金材料中砷、錫含量的方法，其特征在于，所述方法具體為：在鎳基合金材料制備過(guò)程中的電渣重熔工序采用以下成分的預(yù)熔渣：caf2：38%～45%、cao：20%～25%、al2o3：20%～30%、zro2：3%～5%、baf2：3%～5%、mgo：1%～3%、sio2：1%～3%，其余為不可避免的雜質(zhì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低鎳基合金材料中砷、錫含量的方法，其特征在于，所述預(yù)熔渣中cao/al2o3=0.8～1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低鎳基合金材料中砷、錫含量的方法，其特征在于，所述預(yù)熔渣中配有渣總質(zhì)量1～1.5%的碳化鈣粉。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低鎳基合金材料中砷、錫含量的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括：電渣重熔工序的電極制備階段，將自耗電極焊接后用純鐵鐵絲在其表面豎直方向綁上鋁絲，鋁絲的總重量為預(yù)熔渣質(zhì)量的0.5%～0.8%。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低鎳基合金材料中砷、錫含量的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括：電渣重熔工序的起弧化渣階段，起弧用屑料和引弧板均與自耗電極母材保持一致，且加熱爐內(nèi)150℃烘干2小時(shí)后使用。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低鎳基合金材料中砷、錫含量的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括：電渣重熔工序采用全流程氬氣保護(hù)，冶煉氣氛氧含量控制在5ppm以下。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低鎳基合金材料中砷、錫含量的方法，其特征在于，所述方法適用于as、sn含量小于0.003%鎳基合金材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)一種降低鎳基合金材料中砷、錫含量的方法，具體為：在鎳基合金材料制備過(guò)程中的電渣重熔工序采用以下成分的預(yù)熔渣：CaF2：38%～45%、CaO：20%～25%、Al2O3：20%～30%、ZrO2：3%～5%、BaF2：3%～5%、MgO：1%～3%、SiO2：1%～3%，其余為不可避免的雜質(zhì)；所述預(yù)熔渣中CaO/Al2O3=0.8～1；所述預(yù)熔渣中還配有渣總量1～1.5%的碳化鈣粉。采用本發(fā)明方法，鎳基合金材料中砷、錫脫除率可達(dá)46%以上，很好的解決了鎳基合金中砷、錫脫除難的問(wèn)題，避免了在循環(huán)再利用過(guò)程中，As、Sn累加對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，為鎳基合金返回料再利用創(chuàng)造了條件。

技術(shù)研發(fā)人員：王育飛,張福利,劉毅,薛鑫,郭瑞華,徐于斌,齊紫陽(yáng),馬超
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河北河鋼材料技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30