一种K447镍基高温合金返回料的纯净化重熔方法与流程

本技术属于高温合金，尤其涉及一种k447镍基高温合金返回料的纯净化重熔方法。

背景技术：

1、k447镍基高温合金含有大量贵金属元素，在合金生产及后续加工过程中产生大量铸锭冒口及大块残料、头尾切除料及边角残料、以及机加工屑等返回料。返回料的有效回收并重新用于生产，可大幅降低原材料成本，实现贵金属资源的高效循环利用。然而，返回料的直接回用面临严峻的技术挑战。

2、返回料中o、n、s含量显著高于新料。返回料中夹杂物数量多、尺寸大，且随返回料比例增加，夹杂物数量和尺寸均显著增大。k447合金为高al镍基高温合金，其返回料中al2o3夹杂物数量远高于新料，造成合金元素损失及成分偏差和组织劣化。k447合金返回料重熔过程中部分合金元素氧化损失严重，脱氧难度增大，夹杂物数量进一步增加。燃气轮机关键部件对合金的纯净度要求极为严苛，返回料中残留的微量夹杂物和气体在服役过程中会成为裂纹萌生源，直接威胁燃气轮机运行安全。

3、目前，高温合金返回料的纯净化处理主要采用经碳脱氧精炼与电渣重熔的双联工艺、电子束熔炼以及复合盐净化处理等技术路线。采用经碳脱氧精炼与电渣重熔的双联工艺时，返回料中大量的al2o3夹杂物在碳脱氧精炼阶段难以彻底去除，进入电渣重熔后仍有大量残留，无法满足燃气轮机用k447合金的超高纯净度要求。电子束熔炼设备投资大、成本高、生产效率低。复合盐净化处理对去除表面污染物有一定效果，但对内部夹杂物的去除能力有限。上述现有技术未针对k447合金高al含量及返回料重熔过程中合金元素易氧化的特殊性进行差异化设计，无法在去除返回料中大量al2o3夹杂物的同时控制合金元素氧化损失，难以满足燃气轮机用k447合金的纯净度要求。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种k447镍基高温合金返回料的纯净化重熔方法，以解决如下技术问题：如何对k447镍基高温合金返回料进行纯净化重熔以去除夹杂物、降低氧氮硫含量并抑制al烧损。

2、本技术实施例提供一种k447镍基高温合金返回料的纯净化重熔方法，包括以下步骤：

3、将k447返回料与部分新料混合并进行熔化，得到初始合金熔体；

4、将所述初始合金熔体依次进行碳脱氧精炼、al和ti深度脱氧精炼、以及复合净化剂吸附精炼，得到精炼合金熔体；

5、将经所述精炼合金熔体浇铸形成自耗电极棒；

6、将所述自耗电极棒在三层梯度渣系下进行电渣重熔，得到k447电渣锭；

7、所述al的添加采用分步方式：第一部分al于所述al和ti深度脱氧精炼阶段加入所述初始合金熔体，与ti协同脱除熔体中的溶解氧，抑制原生粗大al2o3夹杂生成；第二部分al于所述精炼合金熔体浇铸前补加并预留在所述自耗电极棒中，用于在所述电渣重熔过程中随所述自耗电极棒熔化进入渣-金界面，还原渣系中的mgo以生成新生al2o3夹杂；

8、所述三层梯度渣系包括底层渣、中间层渣和顶层渣，所述中间层渣含有稀土氧化物，用于吸附脱除所述新生al2o3夹杂；

9、所述k447返回料占总炉料的质量百分比不超过60%。

10、可选地，在所述将k447返回料与部分新料混合并进行熔化之前，所述方法还包括返回料预处理步骤；所述返回料预处理步骤包括：

11、将所述k447返回料按来源和形态进行分类，得到铸锭冒口及大块残料、头尾切除料及边角残料、以及机加工屑；

12、将所述铸锭冒口及大块残料进行表面清理和破碎处理；

13、将所述头尾切除料及边角残料进行酸洗处理和水洗烘干处理；

14、将所述机加工屑依次进行脱脂处理、破碎处理、磁选处理、碱洗处理和水洗烘干处理；

15、将经所述表面清理和破碎处理后的铸锭冒口及大块残料、经所述酸洗处理和水洗烘干处理后的头尾切除料及边角残料、以及经所述脱脂处理、破碎处理、磁选处理、碱洗处理和水洗烘干处理后的机加工屑分别存放。

16、可选地，所述碳脱氧精炼的温度为1550℃～1580℃，精炼时间为45min～90min，真空度≤5pa；

17、所述碳脱氧精炼包括底吹氩气搅拌，所述底吹氩气搅拌的流量为0.3l/min～0.6l/min。

18、可选地，所述第一部分al的质量为所述初始合金熔体质量的0.05质量%～0.15质量%，所述第二部分al的质量为所述精炼合金熔体质量的0.2质量%～0.5质量%。

19、可选地，所述复合净化剂包括cao 40质量%～60质量%、al2o320质量%～40质量%、mgo 5质量%～15质量%，所述复合净化剂的质量为所述初始合金熔体质量的0.5%～1.0%。

20、可选地，在所述碳脱氧精炼和所述al和ti深度脱氧精炼中进行底吹氩气搅拌；

21、所述复合净化剂吸附精炼结束后停止所述底吹氩气搅拌，并将所述精炼合金熔体降温至1420℃～1450℃，向所述精炼合金熔体表面充入氩气至0.04mpa～0.06mpa，待所述精炼合金熔体表面形成结膜后浇铸成所述自耗电极棒。

22、可选地，所述底层渣包括caf240质量%～50质量%、al2o320质量%～30质量%、cao 15质量%～25质量%、所述mgo 5质量%～10质量%，所述底层渣的厚度占所述三层梯度渣系总厚度的25%～30%；

23、所述中间层渣包括caf250质量%～60质量%、al2o315质量%～25质量%、cao 10质量%～20质量%、mgo 3质量%～8质量%、以及所述稀土氧化物1质量%～3质量%，所述中间层渣的厚度占所述三层梯度渣系总厚度的40%～50%；

24、所述顶层渣包括caf260质量%～70质量%、al2o310质量%～20质量%、cao 5质量%～15质量%，所述顶层渣的厚度占所述三层梯度渣系总厚度的20%～35%。

25、可选地，所述稀土氧化物包括ce2o3和/或la2o3。

26、可选地，所述电渣重熔采用氩气保护，所述氩气保护的流量为5l/min～15l/min，所述电渣重熔的熔速为4kg/min～8kg/min。

27、可选地，所述方法还包括纯净度检测与循环控制步骤：

28、对所述k447电渣锭进行o含量检测、n含量检测、s含量检测和夹杂物评级；

29、将o含量≤5ppm、n含量≤3ppm、s含量≤3ppm、d类夹杂物≤0.5级、且夹杂物最大尺寸≤3μm的所述k447电渣锭判定为合格并用于k447合金的再次熔炼生产；

30、将o含量＞5ppm、或n含量＞3ppm、或s含量＞3ppm、或d类夹杂物＞0.5级、或夹杂物最大尺寸＞3μm的所述k447电渣锭破碎后返回所述将k447返回料与部分新料混合并进行熔化的步骤重新处理；

31、同一批次所述k447返回料的循环使用次数不超过3次，超过3次后，将所述k447返回料与所述新料按不低于50%的质量比例混合使用。

32、本技术实施例提供的该技术方案与现有技术相比具有如下优点：

33、该纯净化重熔方法将k447返回料与部分新料混合并进行熔化得到初始合金熔体，将该初始合金熔体依次进行碳脱氧精炼、al和ti深度脱氧精炼、以及复合净化剂吸附精炼得到精炼合金熔体，将该精炼合金熔体浇铸形成自耗电极棒，将该自耗电极棒在三层梯度渣系下进行电渣重熔得到k447电渣锭；其中al的添加采用分步方式，第一部分al于al和ti深度脱氧精炼阶段加入初始合金熔体，与ti协同脱除熔体中的溶解氧、抑制原生粗大al2o3夹杂生成；第二部分al于浇铸前补加并预留在自耗电极棒中，在电渣重熔过程中随自耗电极棒熔化进入渣-金界面，还原渣系中的mgo以生成尺寸细小、分布弥散的新生al2o3夹杂，该新生al2o3夹杂随即被中间层含稀土氧化物的渣层吸附、变质并脱除；由此，一方面使al的脱氧作用与还原mgo作用在时序上分离，避免一次性加铝造成的粗大原生夹杂与al的严重烧损，另一方面借助mgo还原反应在渣-金界面持续消耗渣中氧势并同步实现夹杂物的原位捕集，从而在去除夹杂物、降低o、n、s含量的同时抑制al烧损，实现了对k447镍基高温合金返回料的纯净化重熔。

34、现有技术中未见针对k447返回料将分步al添加与三层梯度渣系相结合的技术方案。该纯净化重熔方法方法将第一部分al于al-ti深度脱氧精炼阶段加入初始合金熔体进行深度脱氧，将第二部分al预留在自耗电极棒中以供电渣重熔时还原渣系中mgo，配合中间层含稀土氧化物的三层梯度渣系吸附脱除所生成夹杂，实现了k447返回料的纯净化重熔，有效去除夹杂物、降低氧氮硫含量并抑制al烧损，al收得率≥95%。