120525 冶炼新工艺十二项(内容摘要).doc

十二项冶炼新工艺内容摘要华建机械科学研究中心（乌克兰）针对制备特殊用途钢材和难熔钢材过程中经常遇到的难题，开发了新工艺和新设备，解决了以下问题：1、回收利用贵金属和复杂合金时，废料本身的油污、非金属杂质多，熔炼时钢水与炉衬接触产生新的杂质，很难提纯。冶炼新工艺之一，用“感应式重熔法”解决了此问题，引入电磁场的力量，使钢水与炉壁不接触，钢水充分搅拌，化学成分和温度均匀分布，钢水自下而上逐层凝固，实现了提纯和精炼效果。采用“感应式重熔”工艺通过铝热还原法对铝钒钛碳合金精炼尤其有效（有图）。精炼粗稀土金属（例如钇）时，非常有利于将钙从熔融体中快速蒸发出来，与传统的精炼稀土金属的电弧渣皮熔炼法相比，快出46倍。钛锭（自耗电极）直接从海绵态熔炼出来，不再需要压制（有图）。重熔铂及其合金废料时，大幅减少了有害杂质：铁从0.01%降至 0.006%、铅从0.012%降至 0.007%。还节能，单位能耗仅2.53.0 Kw / kg。图1“感应式重熔”示意图1炉料； 2感应器； 3分段结晶器4金属熔池（钢水）； 5锭； 6底盘2、回收利用贵金属或复杂合金时，许多微小非紧凑废料如碎片、金属丝、颗粒状粉末等，又脏又松散，不方便重熔，传统方法要先除污，再压实，效率不高。冶炼新工艺之二，“加热压实法”解决了此问题，将冲压过程与电加热过程相结合，用专门模具完成加热压实，节省了预除油污等工序，将冲压压力减少到原来的大约1%，压实密度达到整料密度的60-80%，塑性提高，可以直接制成实心或空心的坯料，包括片状、包状、筒状、实心轴状，用作随后炼钢的炉料或消耗性电极。省电节能，有效回收利用贵重金属废料，生产率高。钢、铁、铝、耐高温合金、钛等都适用。3、回收利用贵金属或复杂合金时，许多微小非紧凑废料如碎片、金属丝、颗粒状粉末等，又脏又松散，不方便重熔，传统方法要先除污，再压实，效率不高。冶炼新工艺之三，用另一种方法，即“电渣熔炼和提纯法”解决了此问题。炉料可以是脏的、松散的，不作预先除污和压实，直接通过电渣熔炼法重熔，包括补充缺失的合金成分和精炼，也可以制备出优质的金属和合金（有图）。此法适用于铜、铝、钛等的废料，不锈钢、高合金钢、耐高温钢的废料，还适用于电解锰和冶金锰的精炼，以及高阻尼锰铜合金的熔炼。4、小颗粒、粉尘状、贫集的矿物原料和含铬、镍、钼、铁的废料，不经预选和压实就在矿石还原炉或电弧炉中进行高温冶炼，提取有价值的金属，在经济上很不合算。冶炼新工艺之四，用“电渣精炼法”解决了此问题。电流通过氧化物电渣时释放出焦耳热能，形成熔池，炉料不断填加到电渣熔池表面，熔化，金属成分与非金属成分完全分离，把需要的金属提炼出来。与电弧加热法相比，可以降低熔炼材料的单位能耗。电渣熔炼装置比较小，功率从500到3000千瓦，占地面积小，可机动设置。从钛铁浓缩物中提炼了3540%钛铁合金，节省铝10%，改变了只能使用铝粉的状况，可以用铝块、铝棒。从钒炉渣中冶炼含钒的中间合金，单道工序法可得含钒18-20%的中间合金，双道工序法可得含钒4050%的中间合金。5、制造大型钢锭时，大量钢水需要长时间凝固，金属元素会在从液态到固态的转变期间发生再分配，容易产生偏析和各种收缩性缺陷。冶炼新工艺之五，用“按份填加的电渣铸锭法”解决了此问题。首先用非自耗电极作出电渣熔池，随后依次按份填料，金属充分熔融后下沉、凝固，熔池逐渐上移，凝固的金属在熔池下生长。钢锭物理化学特性高度同质，无偏析缺陷。用6份炉料炼出了200吨重钢锭（有图），切头不超过5%，费用节省1.52倍。6、熔炼耐高温合金、工具合金、冲压合金、不锈钢合金等钢锭时，最重要的是避免偏析和收缩类缺陷，其次是缩小底部和头部的冒口，有时需要去掉的冒口占钢锭总重的25%，一个200吨的钢锭就损失50吨冒口。冶炼新工艺之六，用“电渣浇铸、电渣保温和补浇铸法”解决了此问题。保障了钢锭的化学和物理特性高度同质，减少偏析，把冒口重量减少到钢锭总重的105%，电渣浇铸设备可单产8吨以内钢锭（有图），电渣保温和补浇铸设备可单产1075吨重的钢锭，甚至有望炼出100200吨重钢锭。7、炼制特殊用途钛合金、具有形状记忆功能的钛镍合金、以及其他金属间化合物和扩散强化型合金时，对物理化学同质性要求极高，有时要求成份配比偏差不超过千分之几。冶炼新工艺之七，用“磁控电渣熔炼法”解决了此问题。在电渣熔炼时对金属熔池施加脉冲电磁波，让钢水得到充分搅拌，获得化学性能和结构的高度同质，更为重要的是，还能碾碎晶体结构使晶体颗粒尺寸缩小。在很多情况下，只有磁控电渣熔炼法能炼出一些特殊质量的钢材，传统方法很难得到。例如骨科、整形手术、口腔医学、血管外科植入体的专用钢材。8、通过表层处理，把低强度的钢变成高强度的钢，把高档钢嫁接到低档钢表面上去，把不同金属（如钢与铜）嫁接在一起，有时很有意义。冶炼新工艺之八，用“等离子弧熔合（合金化）坯料表层法”解决了此问题。用局部熔化的方法（被熔化金属层厚度为1015毫米）在钢锭、铸件、零件表层形成合金或弥散硬化，获得双金属（有图），如果加入变性剂和合金添加剂，还能让材料的特性根据需要发生变化。比如给普通钢材表层渗氮使其变成高强度材料，节省镍、铬等贵重金属，或者以便宜材料作基础金属，贵重金属用在表层等。9、熔炼难熔金属、合金、含稀有金属和稀土金属的复合中间合金不容易，随后的切削加工同样困难，很多情况下，浇铸难熔金属是制备特形零件的最佳方法，如何浇铸好成为大问题。冶炼新工艺之九，用“等离子弧渣皮熔炼法”解决了此问题。此法结合了真空电弧与电力束熔炼各自的长处，具有许多不容置疑的优势，例如可以利用中性、氧化或者还原性气体，可以平稳地调节加热功率和等离子弧炉内压力，渣皮可以避免钢水同炉衬材料接触，防止出现非金属杂质，这些对获得特殊性质合金都非常重要。运用此法还可以获得具有各种物理化学特性的中间合金，例如在镍基上添加铪、铈、锆、铝、钇而形成复合中间合金，在铝基上添加铪、锆、铈而形成复合中间合金，在钛基上添加铝和铬而形成复合中间合金等（有图）。10、冶炼不锈钢时，传统做法要把含氮铁合金加入熔炼的钢中，既昂贵，氮的含量也有限，碳的含量过高还会降低钢的耐腐蚀性。冶炼新工艺之十，用“等离子弧加氮冶炼高级不锈钢”解决了此问题。可以不使用含氮铁合金，而是用等离子枪向熔化的钢水滴直接添加廉价的气态氮，让它发挥等离子气的作用。运用此法直接加氮，一可以避免铁素体成分，提高奥氏体钢抗腐蚀性和牢固度；二是氮的含量可以提高一倍左右；三是冶炼过程中气体成分、炉内压力、熔炼速度和钢水温度都可以调节，可以炼出任何化学成分的钢与合金（有图、表）。用此法制备的高氮不锈钢，具有绝对优异的机械性能，牢固度高、塑性好、抗冲击性强、耐腐蚀性强。11、电子束炮喷射所用的靶子，大功率X射线管的阳极，工业激光器的反射镜面，高温真空炉里的专用船形容器，航天器的热核电站部件、盛放核燃料的圆柱体、核反应堆的结构件和耐热屏蔽等，都需要大尺寸和特殊形状的钨和钼单晶体。可是传统工艺只能把钨和钼单晶体提炼成棒体，最大直径25-30毫米，不能满足需要。冶炼新工艺之十一，用“超大尺寸特殊形状钨和钼单晶体熔炼法”解决了此问题。此法同时使用等离子弧热源和感应热源，等离子弧热源将原料熔化，定型，感应热源防止钢水从熔池溢出，并给单晶体保温，因此单晶体内热应力很低。已经在世界上第一次成功制备了尺寸为20160170 毫米的宽幅钨、钼单晶体板材（有图）。12、制备高合金和镍、钴、铁合金钢锭、板坯和薄板坯时，表层会产生气泡、大块非金属杂质、皱皮和龟裂等缺陷，经常需要清理掉20毫米厚的表层，而那里尚含有钴、镍、钨、钼等贵金属。冶炼新工艺之十二，采用“等离子弧重熔钢锭和坯料表层技术”，只需要用等离子枪熔融坯料表层20毫米厚的部分，就能消除各种缺陷，不必再把他们清除掉。在第聂伯特钢厂，437号合金每吨节约了40公斤。在电钢厂，79, 80, 50号合金平板材的表层切除改为等离子弧重熔后，制成品率提高了20%。该工艺还曾试用于制备不锈钢和耐高温钢的离心管材。尼科波尔南方钢管厂的资料表明，原来粗加工钢坯时有2040%的贵金属变成了碎屑，采用新法重熔表层后，坯料