(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010643195.7
(22)申请日 2020.07.07
(71)申请人 北京钢研高纳科技股份有限公司
地址 100000 北京市海淀区大柳树南村19
号
(72)发明人 骆合力 李尚平 韩少丽 王建涛
侯杰 李贺
(74)专利代理机构 北京超凡宏宇专利代理事务
所(特殊普通合伙) 11463
代理人 吕露
(51)Int.Cl.
C22C 1/06(2006.01)
C22C 1/02(2006.01)
B22D 11/045(2006.01)
B22D 11/16(2006.01)
(54)发明名称
及高温合金
(57)摘要
本申请实施例提供一种铸造高温合金返回
料的净化处理方法及高温合金，涉及返回料净化
重熔领域。该铸造高温合金返回料的净化处理方
法主要是将处理后的返回料与新料混合进行高
渣进行脱渣处理，覆盖渣的组成为：CaO -Al 2O 3-
CaF 2-MgO，且CaO、Al 2O 3、CaF 2、MgO的重量比为4~
6：2~3：1~3：0~1；将脱渣处理后的钢液进行真空
水平连铸出坯，得到净化母合金铸棒。本申请实
施例的铸造高温合金返回料的净化处理方法的
工艺简单、成本低、
净化效果好。权利要求书1页 说明书9页 附图1页CN 111534713 A 2020.08.14
C N 111534713
A
1.一种铸造高温合金返回料的净化处理方法，其特征在于，其包括以下步骤：
将处理后的返回料与新料混合进行高温精炼，在高温精炼过程中，在钢液表面加覆盖渣进行脱渣处理，覆盖渣的组成为：CaO -Al 2O 3-CaF 2-MgO，且CaO、Al 2O 3、CaF 2、MgO的重量比为4~6：2~3：1~3：0~1；
将脱渣处理后的钢液进行真空水平连铸出坯，得到净化母合金铸棒。
2.根据权利要求1所述的铸造高温合金返回料的净化处理方法，其特征在于，所述返回料包括浇道、浇冒口和废旧铸件中的至少一种；
其中，所述浇道的处理方法为：采用喷砂或抛丸的方式进行处理；浇冒口的处理方法为：先清除开放式缺陷处的夹杂物，再采用抛丸的方式进行整体表面处理；废旧铸件的处理方法为：先进行脱芯处理，再进行表面处理。
3.根据权利要求1所述的铸造高温合金返回料的净化处理方法，其特征在于，按重量百分数计，采用50%~100%的前处理后的返回料和0%~50%的新料混合进行高温精炼。
4.根据权利要求1所述的铸造高温合金返回料的净化处理方法，其特征在于，所述覆盖渣的加入量为钢液重量的0.5%~2%。
5.根据权利要求1所述的铸造高温合金返回料的净化处理方法，其特征在于，所述覆盖渣的熔点比所述钢液的熔点高50~80℃；和/或，所述覆盖渣的粘度为所述钢液的粘度的9~11倍。
6.根据权利要求1所述的铸造高温合金返回料的净化处理方法，其特征在于，对于净化处理JG4246A合金，相应的覆盖渣的组成为：CaO -Al 2O 3-CaF 2，且CaO、Al 2O 3、CaF 2的重量比为
5.5~6：2~3：1~2.5；
对于净化处理K418合金，相应的覆盖渣的组成为：CaO -Al 2O 3-CaF 2，且CaO、Al 2O 3、CaF 2的重量比为4.5~5：2.5~3：2~3；
对于净化处理DZ4125合金，相应的覆盖渣的组成为：CaO -Al 2O 3-CaF 2，且CaO、Al 2O 3、CaF 2的重量比为4~5：2.5~3：2~3.5；
对于净化处理K4169合金，相应的覆盖渣的组成为：CaO -Al 2O 3-CaF 2-MgO，且CaO、Al 2O 3、CaF 2、MgO的重量比为4.5~5：1.5~2：2~3：1。
7.根据权利要求1所述的铸造高温合金返回料的净化处理方法，其特征在于，所述覆盖渣在钢液温度为1440~1550℃时加入；
和/或，覆盖渣的加入方式为：覆盖渣分多次加入；可选地，在每次加入的覆盖渣老化后，通过电磁搅拌使老化后的覆盖渣运动至坩埚壁附近聚集，并粘附在坩埚壁上，再加入新的覆盖渣；
和/或，在脱渣处理过程中，通过电磁搅拌钢液，促进钢液中的夹杂物上浮。
8.根据权利要求1所述的铸造高温合金返回料的净化处理方法，其特征在于，真空水平连铸出坯的方法为：在启铸温度1400~1480℃、循环冷却水5~10t/h的条件下，使钢液以拉坯速度0.6~1.4m/min连续出坯。
9.根据权利要求1所述的铸造高温合金返回料的净化处理方法，其特征在于，出坯的位置为钢液底部。
10.一种高温合金，其特征在于，采用如权利要求1~9中任意一项所述的净化处理方法所制得。
权 利 要 求 书1/1页CN 111534713 A
一种铸造高温合金返回料的净化处理方法及高温合金
技术领域
[0001]本申请涉及返回料净化重熔领域，具体而言，涉及一种铸造高温合金返回料的净化处理方法及高温合金。
背景技术
[0002]目前，由于高温合金在铸造过程中，坩埚和型壳面层骨料的剥蚀，型芯和型壳材料与钢水反应带来的在线污染，以及铸件表面的高温氧化与粘砂，冒口缩孔对气体和粉尘的表面吸附，导致铸造高温合金返回料中夹杂物和有害气体含量增高，严重影响合金的韧性和疲劳寿命，给合金的可靠服役带来很大风险。以广泛使用的主干铸造高温合金K417为例，每10kg新料母合金中尺寸大于50µm的夹杂物含量约为7.35mg，而每10kg返回料重熔母合金中尺寸大于50µm的夹杂物含量达到20mg以上，洁净度降低近3倍，相应的，650℃/400MPa的低周疲劳寿命降低了约50%。
[0003]由于铸造高温合金中合金化程度很高，含有大量的钴、钨、钼、钽、铪等贵金属元素，而返回料作为废品处理，一般仅能回收其中的镍元素，其它贵金属元素都浪费了，而且还会给下游产品（如不锈钢）的质量带来很大的不利影响。例如定向高温合金DZ4125，由于含有高含量的钴、钨、钽、铪等贵金属元素，新料母合金价格昂贵，达到75万元/吨，如果以含镍量60%回收，返回料的价格仅为5万元/吨左右。
[0004]为了实现返回料的净化重熔处理，目前国内外普遍是通过在浇注过程中引入陶瓷过滤技术，通过
这种物理隔绝的方法去除钢液中大于过滤网眼尺寸的夹杂物，以物理吸附的方法去除一部分细小的夹杂物。但这种技术在实际应用中存在的显著问题是：随着钢液的增多容易造成过滤网眼的堵塞，而且在持续过滤过程中，后续的钢液会冲击已经被吸附的夹杂物，将其重新带入钢液中，因此，陶瓷过滤技术并不能很好地满足铸造高温合金返回料的净化处理需求。除此之外，近年来在纯净化冶炼方面开发的新技术，包括：双联/三联冶炼工艺、EBCHR电子束冷床炉技术、CaO/Y2O3新型坩埚熔炼技术等，均存在操作工艺复杂、制备成本高的问题，而无法应用于铸造高温合金返回料的净化处理的工业化生产中。
发明内容
[0005]本申请实施例的目的在于提供一种铸造高温合金返回料的净化处理方法及高温合金，其工艺简单、成本低、净化效果好。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种铸造高温合金返回料的净化处理方法，其包括以下步骤：
将处理后的返回料与新料混合进行高温精炼，在高温精炼过程中，在钢液表面加覆盖渣进行脱渣处理，覆盖渣的组成为：CaO-Al2O3-CaF2-MgO，且CaO、Al2O3、CaF2、MgO的重量比为
4 ~6：2
~
3：1
~
3：0
~
1；
将脱渣处理后的钢液进行真空水平连铸出坯，得到净化母合金铸棒。
[0007]在上述技术方案中，依托于高温精炼、真空水平连铸技术，并在精炼过程中，通过
在钢液表面增加覆盖渣的方法进行净化提纯。本申请实施例AS所选覆盖渣是以CaO -Al 2O 3还原渣系为基础，该渣系熔点较高，且挥发性较小，适合高温合金在真空熔炼过程中加入，且二者按照一定的比例，能确保覆盖渣的粘度在一定范围内，更容易吸附钢液中的夹杂物；同时由于单纯CaO -Al 2O 3的熔点较高，所以加入CaF 2以降低渣系熔点，使渣系熔点在一定范围内，更容易吸附钢液中的夹杂物；另外还可以根据高温合金的种类，加入MgO，以增大覆盖渣对夹杂物的吸附能力。该覆盖渣的组成依据铸造高温合金返回料中夹杂物种类进行动态调整，其目的是使钢液中的夹杂物充分上浮，并在上浮后能及
时地被覆盖渣所捕获，进而大幅度的降低钢液中的夹杂物，使净化处理后返回料重熔母合金的洁净度和力学性能均能达到新料母合金水平。因此，该净化处理方法的工艺简单、成本低、净化效果好。
[0008]在一种可能的实现方式中，返回料包括浇道、浇冒口和废旧铸件中的至少一种；
其中，浇道的处理方法为：采用喷砂或抛丸的方式进行处理；浇冒口的处理方法为：先清除开放式缺陷处的夹杂物，再采用抛丸的方式进行整体表面处理；废旧铸件的处理方法为：先进行脱芯处理，再进行表面处理。
[0009]在上述技术方案中，返回料前处理的目的是去除返回料表面的夹杂物。
[0010]在一种可能的实现方式中，按重量百分数计，采用50%~100%的处理后的返回料和0%~50%的新料混合进行高温精炼。
[0011]在上述技术方案中，虽然返回料处理的原则是尽可能地提高返回料的添加比例，从而能够大幅度降低成本，但返回料的添加比例并非越高越好，其上限取决于要确保处理后的合金在洁净度方面达到新料合金的水平，因而，返回料的添加比例根据返回料的洁净程度和返回次数而定。铸造高温合金的返回料种类包括浇道、浇冒口及废铸件等，采用相对比较干净的浇道，返回料利用率可以达到100%，而对于夹杂物含量特别高的浇冒口、废铸件而言，返回料添加比例需要低一些。此外，返回料中的有些有害
杂质元素（如Si元素）在重熔净化过程中难以去除，Si元素会随着返回料添加比例及使用次数的增加呈现累加趋势，需要通过添加一定比例的新料进行稀释。综合考虑，本申请实施例中返回料的添加比例为50%~100%。
[0012]在一种可能的实现方式中，覆盖渣的加入量为钢液重量的0.5%~2%。
[0013]在上述技术方案中，覆盖渣加入量为钢液重量的0.5%~2%，用于实现覆盖渣对钢液中夹杂物的充分捕获。
[0014]在一种可能的实现方式中，覆盖渣的熔点比钢液的熔点高50~80℃；和/或，覆盖渣的粘度为钢液的粘度的9~11倍。
[0015]在上述技术方案中，通过调整覆盖渣的组成来调控覆盖渣的熔点、粘度在适当范围内，从而使覆盖渣能够通过粘附扩散、界面张力转入及化学吸附的方式捕获夹杂物。
[0016]在一种可能的实现方式中，对于净化处理JG4246A合金，相应的覆盖渣的组成为：CaO -Al 2O 3-CaF 2，且CaO、Al 2O 3、CaF 2的重量比为5.5~6：2~3：1~2.5；
对于净化处理K418合金，相应的覆盖渣的组成为：CaO -Al 2O 3-CaF 2，且CaO、Al 2O 3、CaF 2的重量比为4.5~5：2.5~3：2~3；
对于净化处理DZ4125合金，相应的覆盖渣的组成为：CaO -Al 2O 3-CaF 2，且CaO、Al 2O 3、CaF 2的重量比为4~5：2.5~3：2~3.5；
对于净化处理K4169合金，相应的覆盖渣的组成为：CaO -Al 2O 3-CaF 2-MgO，且CaO、Al 2O 3、
CaF 2、MgO的重量比为4.5~5：1.5~2：2~3：1。
[0017]在上述技术方案中，覆盖渣的组成依据铸造高温合金返回料中夹杂物种类进行动态调整：对于JG4246A合金、K418合金这些高Al、Ti含量的高温合金，需要增大渣系中CaO比例，借助CaO对Al 2O 3进行吸附，生成硅酸铝盐而消除Al 2O 3夹杂物。而对于DZ4125合金这种含有Hf稀土元素的高温合金，增大Al 2O 3：CaO的比值，同时以部分CaF 2代替CaO，降低渣系的熔点和粘度，以促进HfO 2与Al 2O 3的反应速度，以此增大对HfO 2夹杂物的捕获。而对于K4169合金这种高Cr含量的高温合金，由于高温熔体固氮严重，产生的夹杂物主要以TiN、CrN为主，因而需要在不增大渣系熔点的条件下增大渣系表面张力，因此在CaO -Al 2O 3-CaF 2的基础上加入少量的MgO，以增大覆盖渣对夹杂物的吸附能力。
[0018]在一种可能的实现方式中，覆盖渣在钢液温度为1440~1550℃时加入；
和/或，覆盖渣的加入方式为：覆盖渣分多次加入；可选地，在每次加入的覆盖渣老化后，通过电磁搅拌使老化后的覆盖渣运动至坩埚壁附近聚集，并粘附在坩埚壁上，再加入新的覆盖渣；
和/或，在脱渣处理过程中，通过电磁搅拌钢液，促进钢液中的夹杂物上浮。
[0019]在上述技术方案中，在精炼过程中当钢液温度达到1440~1550℃时，钢液中的大部分夹杂物在浮力的作用下可以快速上浮至钢液表面，此时加入覆盖渣能够快速吸附表面的夹杂物；覆盖渣分多次加入，能够逐步吸附钢液中的夹杂物，保证吸附效率；通过电磁搅拌钢液，能够使钢液中不易上浮的小尺寸及高比重夹杂物，在钢液环流的带动作用下到达钢液表面。
[0020]在一种可能的实现方式中，真空水平连铸出坯的方法为：在启铸温度1400~1480℃、循环冷却水5~10t/h的条件下，使钢液以拉坯速度0.6~1.4m/min连续出坯。
[0021]在上述技术方案中，在一定启铸温度、一定循环冷却水的条件下，按照一定拉坯速度出坯，能够保证出坯的冶金质量：一方面如果出坯慢或出现停顿，由于铸坯的凝固收缩，导致铸坯与真空锁之间缝隙增大，影响真空度，进而降低钢液的纯净度；另一方面如果出坯速度过快，容易造成拉断或漏钢，影响铸坯的完整成型。
[0022]在一种可能的实现方式中，出坯的位置为钢液底部。
[0023]在上述技术方案中，在钢液底部出坯，能够使钢液凝固成型过程远离钢液表面的夹杂物，避免夹杂物在凝固成型阶段的二次污染。
[0024]第二方面，本申请实施例提供了一种高温合金，采用第一方面提供的净化处理方法所制得。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0026]图1为本申请实施例提供的一种铸造高温合金返回料的净化处理方法对应装置的结构示意图；图2为覆盖渣吸附钢液中夹杂物的示意图。
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