一种利用中间合金废料制备高温合金的方法与流程

本发明涉及冶金固体废弃物综合利用，尤其涉及一种利用中间合金废料制备高温合金的方法。

背景技术：

1、除尘灰为中间合金精整过程中抛丸工序产生的固体废弃物，其组分包括：铁球(抛丸球)、中间合金(o、n含量高)、氧化铝、氧化钙、kcl/cacl、石墨/镁砖渣等。除尘灰中所含金属元素质量在75％以上，其中如mo、v、nb、ta、zr等稀有金属含量在48％以上。以我公司为例，中间合金年产量达5200吨，中间合金过程废物除尘灰每年近150吨，其中稀有金属元素重量达到72吨左右，保守估计除尘灰中金属元素价值近千万。如果从全国中间合金规模来看，每年仅除尘灰中所含金属元素对我国稀土元素资源造成的损失已不可估量。

2、现阶段，行业内通常通过感应炉把除尘灰混合物直接熔炼成金属块体，但该金属块体中金属氧化物、石墨渣、镁砖渣及o、n气体元素杂质含量极高，不能转化成中间合金成品进行销售，故基本直接出售给一些大型钢铁企业用作大炉炼钢原料。但该处理方法对除尘灰中所含贵重稀有金属元素的回收利用率较低，同时因为出售价格较低，对企业造成的损失也较大。目前，可查询到的中间合金除尘灰废物利用的相关资料几乎没有，其他冶金行业如钢铁、不锈钢的除尘灰再利用案例也不多，且因为钢铁转炉过程中除尘灰所含物质与中间合金精整过程中除尘灰存在较大差异，故借鉴意义不大。

3、是高温合金指在较高温度及一定应力条件下长期工作的高温金属材料，具有较好的热强性、抗氧化性，高的塑性、冲击性与可焊性，在航空工业上得到广泛应用，可作为喷气发动机的轮盘材料和其他部件。但是，高温合金中通常含有多种稀有金属元素，例如s51525(0cr15ni25ti2moalvb)高温合金中含有ni、ti、mo、v等稀有金属元素，使得高温合金的成本一直较高。

4、高温合金因含有多种稀有金属元素而使制造成本居高不下的痛点，与中间合金除尘灰中多种稀有金属元素浪费严重，回收利用率低的痛点相互吻合，两问题结合起来可以相互弥补，相辅相成，达到负负大于正的效果，这也成为含稀有金属元素的除尘灰废物利用的一种新思路。但是，目前尚没有利用中间合金除尘灰制备高温合金的相关报道。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种利用中间合金废料制备高温合金的方法。本发明提供的方法实现了利用中间合金除尘灰制备高温合金，除尘灰中金属元素的回收利用率高，同时降低了高温合金的制备成本。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种利用中间合金废料制备高温合金的方法，包括以下步骤：

4、按照目标高温合金的设计成分，采用中间合金除尘灰进行配料，得到混合除尘灰；

5、将所述混合除尘灰中的非金属杂质去除，得到精制除尘灰；

6、将所述精制除尘灰、氯酸钾、萤石、硼砂和粘结剂混合进行造球，得到除尘灰球；

7、将所述除尘灰球、钢铁废料和石灰粉进行熔炼后，依次进行脱碳、成分调整、脱氧精炼和浇注，得到高温合金。

8、优选的，所述高温合金为含有ni、ti、mo和v中至少两种元素的高温合金。

9、优选的，所述高温合金为s51525高温合金。

10、优选的，所述中间合金除尘灰中含有fe、al、cr、ni、mo、ti和v中的至少两种元素；

11、所述混合除尘灰中各个元素的含量不超过目标高温合金的成分标准。

12、优选的，所述中间合金除尘灰还包括镍铌中间合金除尘灰、镍钽中间合金除尘灰、镍锆中间合金除尘灰和镍硼中间合金除尘灰中的一种或多种；

13、所述镍铌中间合金除尘灰、镍钽中间合金除尘灰、镍锆中间合金除尘灰和镍硼中间合金除尘灰的添加量以微量元素的含量不超过目标高温合金的成分标准为准。

14、优选的，去除所述非金属杂质的方法包括：

15、将所述混合除尘灰进行第一干燥后，依次进行水洗、重选、浮选和第二干燥，得到精制除尘灰；所述浮选使用的药剂包括抑制剂和捕收剂。

16、优选的，所述氯酸钾、萤石、硼砂的质量为1:(2.7～3.2):(0.8～1.2)；所述氯酸钾、萤石和硼砂的总质量为所述精制除尘灰质量的2.2％～3.5％；

17、所述粘结剂为羟甲基纤维素，所述粘结剂的添加量为所述精制除尘灰质量的0.2％～0.5％。

18、优选的，所述熔炼的过程包括：将部分除尘灰球、部分钢铁废料和部分石灰粉加入熔炼坩埚中，然后通电熔化，待坩埚内的炉料表层水化后，加入剩余的除尘灰球、钢铁废料和石灰粉，熔炼至合金液熔清；所述部分除尘灰球的质量为除尘灰球总质量的50％～60％；所述部分钢铁废料为钢铁废料总质量的50％～60％；所述部分石灰粉为石灰粉总质量的50％～60％。

19、优选的，所述熔炼的过程中还包括加入补充料；所述补充料为金属单质。

20、优选的，所述脱碳采用的气体为氧气和氩气的混合气，所述脱碳以将合金液中的碳含量脱至0.06～0.075wt％为准；所述脱氧精炼的真空度为20pa以下，所述脱氧精炼的温度为1715～1770℃，所述脱氧精炼的时间为20～30min；所述浇注的温度为1550～1580℃。

21、本发明提供了一种利用中间合金废料制备高温合金的方法，包括以下步骤：按照目标高温合金的设计成分，采用中间合金除尘灰进行配料，得到混合除尘灰；将所述混合除尘灰中的非金属杂质去除，得到精制除尘灰；将所述精制除尘灰、氯酸钾、萤石、硼砂和粘结剂混合进行造球，得到除尘灰球；将所述除尘灰球、钢铁废料和石灰粉进行熔炼，然后依次进行脱碳、成分调整、脱氧精炼和浇注，得到高温合金。本发明将中间合金精整过程废物除尘灰制备成高温合金，实现了中间合金除尘灰的高附加值利用，同时降低了高温合金生产成本，延缓了国家稀有金属矿产资源的消耗速度，强化我国战略金属资源优势；本发明的除尘灰废物利用过程简单，操作便捷，规模化生产可行性高；并且经过本发明的方法处理后除尘灰中mo、v、cr、nb等金属元素回收利用率较高，达到98.45％以上；实施例结果表明，利用本发明方法所制备的s51525高温合金中元素分布均匀，合金中杂质含量较低，高温合金综合性能表现优异。

22、综上所述，本发明解决了中间合金除尘灰中金属元素尤其是稀有金属元素浪费严重、回收利用率低的问题，开发了除尘灰废物利用新思路，能够有效提升企业效益；并且，本发明利用除尘灰制备高温合金，在实现除尘灰利用的同时，能够有效降低高温合金生产成本，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述高温合金为含有ni、ti、mo和v中至少两种元素的高温合金。

3.根据权利要求2所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述高温合金为s51525高温合金。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述中间合金除尘灰中含有fe、al、cr、ni、mo、ti和v中的至少两种元素；

5.根据权利要求4所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述中间合金除尘灰还包括镍铌中间合金除尘灰、镍钽中间合金除尘灰、镍锆中间合金除尘灰和镍硼中间合金除尘灰中的一种或多种；

6.根据权利要求1所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，去除所述非金属杂质的方法包括：

7.根据权利要求1所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述氯酸钾、萤石、硼砂的质量为1:(2.7～3.2):(0.8～1.2)；所述氯酸钾、萤石和硼砂的总质量为所述精制除尘灰质量的2.2％～3.5％；

8.根据权利要求1所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述熔炼的过程包括：将部分除尘灰球、部分钢铁废料和部分石灰粉加入熔炼坩埚中，然后通电熔化，待坩埚内的炉料表层水化后，加入剩余的除尘灰球、钢铁废料和石灰粉，熔炼至合金液熔清；所述部分除尘灰球的质量为除尘灰球总质量的50％～60％；所述部分钢铁废料为钢铁废料总质量的50％～60％；所述部分石灰粉为石灰粉总质量的50％～60％。

9.根据权利要求1所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述熔炼的过程中还包括加入补充料；所述补充料为金属单质。

10.根据权利要求1所述的利用中间合金废料制备高温合金的方法，其特征在于，所述脱碳采用的气体为氧气和氩气的混合气，所述脱碳以将合金液中的碳含量脱至0.06～0.075wt％为准；所述脱氧精炼的真空度为20pa以下，所述脱氧精炼的温度为1715～1770℃，所述脱氧精炼的时间为20～30min；所述浇注的温度为1550～1580℃。

技术总结
本发明涉及冶金固体废弃物综合利用技术领域，提供了一种利用中间合金废料制备高温合金的方法。本发明以中间合金除尘灰为原料，通过配料、除杂、造球得到除尘灰球，利用除尘灰球和钢铁废料进行熔炼，再依次进行脱碳、成分调整、脱氧精炼和浇注，得到高温合金。本发明将中间合金精整过程废物除尘灰制备成高温合金，解决了中间合金除尘灰中金属元素尤其是稀有金属元素浪费严重、回收利用率低的问题，开发了除尘灰废物利用新思路，能够有效提升企业效益；并且，本发明利用除尘灰制备高温合金，在实现除尘灰利用的同时，能够有效降低高温合金生产成本，具有广阔的应用前景。

技术研发人员：王巍,孟旭,刘强,朱嘉琪,李晓冉,何建成,孙鑫,侯丽伟,李玉青
受保护的技术使用者：承德天大钒业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13