[发明专利]真空感应炉熔炼高温合金的脱硫方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金行业合金纯净化冶炼的领域，跟具体地讲，涉及一种真空感应炉熔炼高温合金的脱硫方法。

背景技术

硫在合金中是作为杂质元素夹杂物存在的，是疲劳裂纹的萌生源及扩展通道，同时这些夹杂物还会成为结晶核心，导致合金的性能下降。而高温合金是现代航空发动机、火箭发动机、燃汽轮机所必需的重要金属材料，它能在高温(一般600-900℃)、氧化气氛和燃汽腐蚀条件下，承受较大应力并长期使用。

高温合金冶炼通常使用真空感应炉进行，真空感应炉熔炼的脱气效果好，但是脱硫则很困难。当脱硫剂使用不足或不当时，易造成高温合金中硫含量不满足标准要求或硫含量较高，当脱硫剂(钙基脱硫剂)使用过量时则会使合金中钙的残余量增加，造成钙不满足标准成分的要求，并且会降低高温合金的热加工塑性，只有同时保证和满足硫和钙含量成分要求，才能生产出的合格的高温合金产品。因此，需要保证高温合金冶炼时的脱硫效果，以降低高温合金中的硫含量。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。

本发明的目的在于提供一种能够降低高温合金中的硫含量进而提高高温合金的热加工塑性的真空感应炉熔炼高温合金的脱硫方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种真空感应炉熔炼高温合金的脱硫方法，所述脱硫方法采用CaO粉末和金属Ca块进行联合脱硫，其中，脱硫过程分为前期脱硫和后期脱硫两个阶段，前期脱硫阶段为开始通电熔化原料至完成炉中熔清且CaO粉末作为原料加入，后期脱硫阶段为加入金属Ca块至出钢完成冶炼。

根据本发明的真空感应炉熔炼高温合金的脱硫方法的一个实施例，所述脱硫方法还包括在冶炼前选择硫含量低的原料的步骤。

根据本发明的真空感应炉熔炼高温合金的脱硫方法的一个实施例，所述脱硫方法还包括在熔清后取样进行硫含量分析的步骤。

根据本发明的真空感应炉熔炼高温合金的脱硫方法的一个实施例，所述脱硫方法还包括在后期脱硫阶段充入氩气的步骤。

本发明能够有效地降低高温合金中的硫含量，满足其苛刻的硫含量要求，脱硫效果明显，进而提高了高温合金的热加工塑性和成材率，有利于增加更多的经济效益。

具体实施方式

根据本发明示例性实施例的真空感应炉熔炼高温合金的脱硫方法，所述脱硫方法采用CaO粉末和金属Ca块进行联合脱硫，其中，脱硫过程分为前期脱硫和后期脱硫两个阶段，前期脱硫阶段为开始通电熔化原料至完成炉中熔清且CaO粉末作为原料加入，后期脱硫阶段为加入金属Ca块至出钢完成冶炼。

CaO是冶金企业冶炼高温合金时常用的原材料之一，并且用钢渣进行脱硫是较为高效的脱硫方法，但真空感应熔炼高温合金时，不能通过大幅度增加渣量和换渣操作来进行脱硫。采用CaO是利用其能脱硫的优点，采用金属Ca是利用其不会明显增加真空感应炉中的渣量并同时有脱硫作用的优点，因而采用CaO粉末和金属Ca块两种材料联合脱硫。

其中，CaO粉末密度轻，不易在钢液中形成夹杂，并且CaO粉末可与钢液中的Al和S发生反应，即3CaO+3S+2Al→Al₂O₃+3CaS，达到脱硫的目的；金属Ca在不增加真空感应炉坩埚内钢液表面渣量的情况下同样具有脱硫效果，有实验数据显示当高温合金中Ca含量过高时会造成高温合金热加工塑性下降，因而只能在熔炼的后期加入。钙基脱硫是较为高效的脱硫方式，另外脱硫产物CaS在其他形式的脱硫产物中有着密度轻的优点(Ce₂S₃密度为5.18g/cm³；MgS密度为2.82g/cm³；CaS密度为2.l8g/cm³)，不易造成高温合金夹杂。

将本发明的脱硫过程分为两个阶段，主要是因为分阶段进行脱硫可充分发挥CaO粉末前期的脱硫作用，在不能加大渣量的情况下，渣量太大存在浇注困难和堵塞浇注口的风险，因而在后期采用不增加渣量的金属Ca继续脱硫。

其中，CaO粉末的加入量以其在真空感应炉坩埚内钢液表面的渣量所占钢液表面的面积百分比进行参照确定，为使高温合金熔炼过程中取成分样不受影响，通常以CaO粉末或渣占钢液表面面积的比例不超过钢液表面面积的25％进行添加，通常CaO粉末的加入量为24Kg/炉；而金属Ca块在脱硫过程中存在升华的现象，因而利用率较低，但通常加入量不超过12Kg/炉。

优选地，还包括在冶炼前选择硫含量低的原料的步骤，以进一步减轻真空感应炉熔炼脱硫的强度。