CN111534713B

CN111534713B - 一种铸造高温合金返回料的净化处理方法及高温合金

Info

Publication number: CN111534713B
Application number: CN202010643195.7A
Authority: CN
Inventors: 骆合力; 李尚平; 韩少丽; 王建涛; 侯杰; 李贺
Original assignee: Gaona Aero Material Co Ltd
Current assignee: Gaona Aero Material Co Ltd
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2040-07-07
Also published as: CN111534713A

Abstract

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。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。

Description

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

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

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%。

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。

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

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。

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。

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-Al₂O₃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-Al₂O₃的熔点较高，所以加入CaF₂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。

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。

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。

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。

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%。

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%。

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。

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。

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。

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-Al₂O₃-CaF₂，且CaO、Al₂O₃、CaF₂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-Al₂O₃-CaF₂，且CaO、Al₂O₃、CaF₂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-Al₂O₃-CaF₂，且CaO、Al₂O₃、CaF₂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-Al₂O₃-CaF₂-MgO，且CaO、Al₂O₃、CaF₂、MgO的重量比为4.5~5：1.5~2：2~3：1。

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Al₂O₃进行吸附，生成硅酸铝盐而消除Al₂O₃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Al₂O₃：CaO的比值，同时以部分CaF₂代替CaO，降低渣系的熔点和粘度，以促进HfO₂与Al₂O₃的反应速度，以此增大对HfO₂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-Al₂O₃-CaF₂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。

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。

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。

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。

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。

在一种可能的实现方式中，出坯的位置为钢液底部。

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。

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

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。

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。

图标：110-坩埚；120-感应线圈；130-水冷结晶器；140-拉坯***；151-钢液；152-夹杂物；153-覆盖渣；154-连铸棒。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

首先，发明人分析了铸造高温合金返回料中夹杂物的来源与类型：

1）合金熔炼过程中，由于坩埚剥落和腐蚀，MgO和SiO₂等坩埚材料有可能掉入钢液中形成夹杂物；在高Al合金和含Hf合金的熔炼过程中，如果熔池温度控制不当，容易发生坩埚反应，生成Al₂O₃和HfO₂等夹杂物。

2）合金浇注过程中，在高温熔体的侵蚀下，型壳面层材料如SiO₂和Al₂O₃有可能进入钢液中，从而在铸造返回料中形成夹杂物。

3）铸件形成后，表面高温氧化与粘砂不易清除，重熔时易形成夹杂物；浇冒口处存在的缩孔和疏松等开放式缺陷，不仅会吸附粉尘带入外来夹杂物，切割冒口时会带入切割材料夹杂物，还会因缺陷处比表面积大而吸附空气中的氮气和氧气，在重熔冶炼时，这些气体会与合金中的活泼元素形成氧化物、氮化物等夹杂物，从而对合金造成污染。

针对夹杂物的来源与类型，发明人探索出一种铸造高温合金返回料的净化处理方法，其主要是针对铸件形成前内部生成的夹杂物和铸件形成后因表面缺陷而引入的夹杂物进行净化处理，而难点在于对铸件内部生成的夹杂物进行处理。

下面对本申请实施例的铸造高温合金返回料的净化处理方法进行具体说明。

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，其包括以下步骤：

（1）返回料前处理：

本申请实施例中用于进行净化处理的返回料主要由冒口、浇道及废旧铸件中的至少一种组成。相应的，返回料的前处理方法包括对浇道、浇冒口、冒口和废旧铸件中的至少一种进行处理。

通常情况下，浇道、浇冒口采用喷砂或抛丸等机械处理进行整体表面处理，就能消除表面的大部分氧化物。作为一种实施方式，浇道的处理方法可以为：采用喷砂或抛丸的方式（机械处理）进行处理；浇冒口的处理方法可以为：先清除开放式缺陷（如缩孔、缩松）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（比如废旧空心叶片、调节片）以及带有陶瓷过滤器的冒口等的处理方法为：先采取碱煮+酸洗的方式进行脱芯处理，再进行有针对性的表面处理。

（2）高温精炼、脱渣处理：

将前处理后的返回料与新料混合进行高温精炼，按重量百分数计，采用50%~100%（可选为50%~85%）的前处理后的返回料和0%~50%（可选为15%~50%）的新料作为冶炼用料混合进行高温精炼（即冶炼）。需要说明的是，净化处理时采用的返回料和新料是指同一种高温合金的返回料和新料。

作为本申请的一种示例，高温精炼的方法为：在真空环境中，待冶炼用料全熔形成钢液（熔体）后，升温至钢液熔点以上80~100℃开始精炼，精炼时间30~60min，控制精炼真空度不大于3Pa，精炼末期充氩加脱氧剂，加入量约500ppm，加完后钢液静置5min，用于实现钢液中固溶态氧、氮元素的脱除。

在高温精炼结束后，根据钢液的温度，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。本申请实施例中，覆盖渣的具体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，通常需要满足：覆盖渣的熔点比钢液的熔点高50~80℃；覆盖渣的粘度为钢液的粘度的9~11倍。在实际操作中，加渣时机是在降低钢液的温度至覆盖渣熔点以上50~80℃，通常降温至钢液温度为1440~1550℃时加入；覆盖渣的加入量为钢液重量的0.5%~2%，比如0.5%、1%、1.5%或2%；覆盖渣分多次加入，比如分为3批加入；在脱渣处理过程中，大部分夹杂物在浮力的作用下可以以斯托克斯的运动方式快速上浮至钢液表面，针对熔体中不易上浮的小尺寸及高比重夹杂物，上浮速度较慢，甚至无法上浮，通过电磁搅拌钢液，使其在钢液环流的带动作用下到达钢液表面，促进夹杂物上浮。

本申请实施例中，覆盖渣是以CaO-Al₂O₃还原渣系为基础，添加少量的其他组元：CaF₂、MgO而形成的，CaO：Al₂O₃的重量比在1：1~1：2之间，在1400℃时可确保覆盖渣粘度在0.2~0.6m•pa之间。对于JG4246A合金、K418合金中Al、Ti含量总量约10%左右的高温合金，为了消除熔体中数量较多的Al₂O₃夹杂物，在覆盖渣熔点满足范围内，尽可能增大CaO比例。对于含Hf元素的DZ4125合金，增大Al₂O₃：CaO的比值，同时以部分CaF₂代替CaO，降低渣系的熔点和粘度，以促进HfO₂与Al₂O₃的反应速度，以此增大对HfO₂夹杂物的捕获。针对高Cr含量的K4169合金，由于熔体容易固氮，因而合金中TiN夹杂物较多，且尺寸较大，而TiN与渣系中的组元无化学吸附作用，因而在CaO-Al₂O₃-CaF₂基础上，以MgO代替部分Al₂O₃组成四元渣系，在确保渣系熔点满足要求的条件，增大渣系的表面张力和粘度，借助覆盖渣较大的界面张力作用，使钢液中夹杂物TiN排除。基于上述分析，本申请实施例提供了以下几种高温合金返回料对应的覆盖渣作为示例：

对于净化处理JG4246A合金，相应的覆盖渣的组成为：CaO-Al₂O₃-CaF₂，且CaO、Al₂O₃、CaF₂的重量比为5.5~6：2~3：1~2.5，比如6：3：1。

对于净化处理K418合金，相应的覆盖渣的组成为：CaO-Al₂O₃-CaF₂，且CaO、Al₂O₃、CaF₂的重量比为4.5~5：2.5~3：2~3，比如5：3：2，没有MgO。

对于净化处理DZ4125合金，相应的覆盖渣的组成为：CaO-Al₂O₃-CaF₂，且CaO、Al₂O₃、CaF₂的重量比为4~5：2.5~3：2~3.5，比如4：3：3。

对于净化处理K4169合金，相应的覆盖渣的组成为：CaO-Al₂O₃-CaF₂-MgO，且CaO、Al₂O₃、CaF₂、MgO的重量比为4.5~5：1.5~2：2~3：1，比如5：2：2：1。

需要特别强调的是，本申请实施例采用的覆盖渣最多为4元，相较于更多元渣系，比如渣系：CaO：40~50wt%，Al₂O₃：16~25wt%，CaF₂:13~20wt%，MgO：3~5wt%，SiO₂：1~4wt%，Li₂O：2~7wt%，BaO：3~6wt%，具有明显的优势，具体原因如下：

高温合金中Al、Ti含量比较高，而渣系中加入的SiO₂容易与Al、Ti发生置换反应，生成的Si进入合金熔体中，而且Si对高温合金而言是有害元素，会严重影响合金的持久性能和铸造工艺性能。俄罗斯研究发现，在ZhS32-VI合金中，Si含量从0.144%增大到0.185%，合金在975℃/300MPa下的持久性能从82h降低至58h，因而高温合金的渣系不能选取SiO₂。

Li₂O代替CaF₂可以起到脱S的效果，但是Li₂O矿物的价格较高，用来处理返回料成本较高。

虽然BaO可以起到很好的脱硫效果，但本申请并未采用BaO，主要考虑的原因有以下两个方面：（1）对于返回料的处理，加入覆盖渣的主要目的是去除夹杂物，因而只要获得粘度要求的覆盖渣进行提纯即可；（2）加入BaO容易引起钢液中Ba的残存，而高温合金中Ba元素也是杂质元素，可能会影响合金的力学性能，有一定的风险。

综上，在渣系满足要求的情况下，组成最好越简单越好，避免因渣系导致的杂质元素残存。

（3）真空水平连铸出坯：

将脱渣处理后的钢液进行真空水平连铸出坯，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，出坯的位置为钢液底部，得到净化母合金铸棒。

另外，本申请实施例提供了一种上述铸造高温合金返回料的净化处理方法对应装置，用于实现本申请实施例的净化处理方法。

参见图1所示，该装置包括真空炉，真空炉包括可以倾转的坩埚110，坩埚110内部能够形成真空环境，坩埚110的外表面设置有用于加热的感应线圈120，坩埚110内设置有电磁搅拌组件，还包括与坩埚110的底部连通的水冷结晶器130，水冷结晶器130的后方设置有拉坯***140。

采用图1所示的装置进行铸造高温合金返回料的净化处理，具体过程如下：

S1、将前处理后的返回料与新料混合投入坩埚110内，在坩埚110内部的真空环境中，通过感应线圈120加热冶炼用料，待冶炼用料全熔形成钢液151后，开始高温精炼。

在高温精炼结束后，在钢液151表面加覆盖渣153进行脱渣处理，使钢液151中的夹杂物152上浮被覆盖渣153捕获吸附。

在脱渣过程中，通过电磁搅拌组件的低功率搅拌，一方面提升钢液151温度，降低钢液151粘度至对应覆盖渣153粘度的1/10以下，另一方面使钢液151形成环流，夹杂物152（尤其是小尺寸和高比重夹杂物152）在运动钢液151的带动作用下到达钢液151表面，但需要注意的是搅拌不能引起液面的卷渣行为而污染钢液151。

在脱渣过程中，覆盖渣153分多次加入，每次加入的覆盖渣153老化后，通过电磁搅拌组件的高功率搅拌，并小角度倾转坩埚110，使老化后的覆盖渣153运动至坩埚110内壁附近聚集，并粘附在坩埚110内壁上，再加入新的覆盖渣153。

S2、在获得上述高洁净化钢液151的基础上，采用底铸出钢技术，在一定启铸温度、循环冷却水的条件下，使钢液151通过坩埚110底部的水冷结晶器130而快速凝固，使其形成具有一定厚度凝固坯壳的棒坯，进而在拉坯***140的牵引作用下以连续的拉坯速度出真空炉，形成表面无氧化皮、内部组织致密的返回料连铸坯，即连铸棒154。该凝固成型过程远离钢液151表面的夹杂物152，避免了类似传统真空模铸过程中夹杂物152在凝固成型阶段的二次污染。

参见图2所示，本申请实施例中覆盖渣吸附钢液中夹杂物有三种形式，横线表示钢液和覆盖渣的分界线，横线以下表示钢液形成的液相，横线以上表示覆盖渣形成的渣相。其中（a）表示钢液中的夹杂物停留在钢液与覆盖渣的界面再逐渐溶解进入覆盖渣中；（b）表示钢液中的夹杂物在钢液与覆盖渣之间界面张力作用下自发转入覆盖渣中；（c）表示钢液中的夹杂物通过与覆盖渣发生化学反应进入覆盖渣中。

由此可知，本申请实施例的净化处理方法是利用覆盖渣通过浮力粘附扩散、界面张力转入及化学吸附的方式捕获夹杂物，该净化处理方法不同于传统过滤工艺的物理隔绝方法，而且与CaO/Y₂O₃新型坩埚熔炼技术相比，也完全避免了微量元素Ca、Y的残留风险，同时该净化处理方法采用单联冶炼工艺，是一种低成本的返回料重熔技术，满足铸造高温合金返回料净化重熔处理批量工业化生产的需求。

另外，本申请实施例还提供了一种高温合金，其采用上述的净化处理方法所制得。作为一种示例，该高温合金具体为连铸棒，其纯净度和力学性能达到新料母合金水平。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1~4

实施例1选择含Hf元素的DZ4125合金为高温合金；实施例2选择高Al含量的JG4246A合金为高温合金；实施例3选择高Al含量的K418合金为高温合金；实施例4选择高Cr低Al含量的K4169为高温合金，分别采用本申请实施例的净化处理方法进行净化重熔试验。该净化重熔试验在800Kg真空水平连铸设备上进行，具体步骤如下：

（1）返回料主要由冒口、浇道及废旧铸件（废旧空心叶片、调节片）组成，先进行前处理：浇道、浇冒口采用喷砂或抛丸的机械方法进行整体表面处理；废旧空心叶片、调节片，以及带有陶瓷过滤器的冒口先采取碱煮+酸洗的方式进行脱芯处理，再进行有针对性的表面处理。

（2）按照装炉量600Kg装炉，其中返回料占比80%，其余新料占20%，炉料全熔后，升温至1550℃开始精炼，精炼时间30min，控制精炼真空度小于3Pa。

（3）高温精炼结束后加覆盖渣，每个实施例分别按照表1，选择对应的覆盖渣（包括渣系组成及物理参数），覆盖渣加入量约为钢液重量的1%左右，覆盖渣分三批加入，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。

表1 不同类型合金的对应覆盖渣系组成及参数

（4）真空水平连铸出坯：降温至启铸温度1400~1480℃之间，开启连铸控制装置，控制拉坯速度0.6~1.4m/min和冷却水流量5~10t/h，实现钢液在结晶器中的快速凝固，在连铸机的牵引作用下出炉门形成连续的净化母合金棒料，即连铸棒。

经检测，JG4246A合金的返回料连铸棒的合金成分符合Q/S15.2104-2011标准要求；DZ4125合金的返回料连铸棒的合金成分符合Q/10S-0209-2004标准要求。

实施例1~4的高温合金返回料在净化处理后的有害气体元素（O、N、S）含量及大样电解夹杂物含量（采用大样电解法测得的夹杂物含量）如表2~表3所示：

表2 不同高温合金返回料净化处理前后有害气体元素含量对比。

表3 不同高温合金返回料净化处理后夹杂物含量分析

由表2和表3的结果可知，铸造高温合金返回料在经过本申请实施例的净化重熔工艺后，有害气体元素及夹杂物含量较净化处理前有明显降低，大样电解夹杂物含量均小于6mg/10Kg。

以DZ4125合金为例，将返回料净化处理后的连铸棒与新料母合金进行了大样电解夹杂物含量和力学性能的对比，结果如表4~表5所示：

表4 DZ4125合金返回料净化处理后的连铸棒与新料母合金夹杂物含量对比

表5 DZ4125合金返回料净化处理后的连铸棒与新料母合金力学性能对比

由表4和表5的结果可知，与新料母合金相比，返回料经净化处理后，不仅夹杂物含量总量降低，而且夹杂物尺寸也明显减小，结合能谱分析，返回料中夹杂物种类主要为Al₂O₃、SiO₂夹杂物，以及少量的TiN夹杂物；而且返回料净化处理后的连铸棒的760℃拉伸性能、760℃/725MPa持久性能及900℃/580MPa的疲劳性能均达到了新料母合金的水平。

综上所述，本申请实施例的铸造高温合金返回料的净化处理方法，其工艺简单、成本低、净化效果好。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

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；

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。

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，对于净化处理JG4246A合金，相应的覆盖渣的组成为：CaO-Al₂O₃-CaF₂，且CaO、Al₂O₃、CaF₂的重量比为5.5~6：2~3：1~2.5；

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，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；

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，

所述覆盖渣分多次加入包括：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。

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。