專利名稱：鎳或鎳合金回收冶煉的脫碳方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎳及鎳合金舊料回收再利用的生產(chǎn)方法，特別是一種主要采用泡沫鎳對(duì)鎳及鎳合金舊料(包括廢料、回收料、邊角余料等)回收再利用的鎳或鎳合金回收冶煉的脫碳方法，屬于金屬精煉除雜領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，泡沫鎳是一種新型的金屬材料。其具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即其孔隙率高、比表面積大、活性物質(zhì)容易填充等特性；與普通鎳板相比，由于其比表面積大，同體積的材料不但表面吸附的氧多，鍛燒后形成的氧化物也多。泡沫鎳 主要應(yīng)用于電池電極材料、燃料電池、催化劑材料等，具體應(yīng)用如下I.電池電極材料泡沫鎳主要用于電池電極材料，特別用于NiMH電池，這種可充電電池廣泛應(yīng)用于手提電腦、手機(jī)、電動(dòng)踏板車、電動(dòng)自行車、混合動(dòng)力汽車等。2.燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池通常的工作溫度為550-700°C之間，泡沫鎳可以成為熔融碳酸鹽燃料電池的電催化劑。泡沫鎳可以用于質(zhì)子交換膜產(chǎn)電池(PEMFC)的兩極極板改性材料、固體氧化物燃料電池(SOFC)的電極中繼饋線、電解中電極材料(如在水電解劑環(huán)境中)。3.催化劑材料泡沫鎳具有獨(dú)特的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其成為汽車催化劑轉(zhuǎn)換器、催化燃燒、柴油車黑煙凈化器的催化劑載體。發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)，一氧化碳和碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化，由于熱傳導(dǎo)性質(zhì)，泡沫鎳催化劑載體則可能優(yōu)越于陶瓷催化劑載體。從這種意義上來講，泡沫鎳可以與耐高溫鋼催化劑載體相比或比耐高溫鋼催化劑載體更優(yōu)越。4.其它應(yīng)用泡沫鎳也可用于過濾器材料，處理流體中磁性粒子的磁流導(dǎo)體。其它應(yīng)用包括應(yīng)用于儲(chǔ)氫媒介、熱交換媒介等。經(jīng)檢索未見泡沫鎳用于鎳及鎳合金舊料處理的報(bào)導(dǎo)。鎳及鎳合金因具有優(yōu)良的機(jī)械、防腐和耐蝕等性能，已被廣泛應(yīng)用在航天、軍工及特殊領(lǐng)域。由于鎳價(jià)昂貴，所以在生產(chǎn)中常使用鎳及鎳合金舊料(包括廢料、回收料、邊角余料)進(jìn)行回收再利用，以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。但是，因舊料表面一般都粘有油污或受到環(huán)境污染等因素的影響，故致使舊料的碳含量嚴(yán)重超標(biāo)，如果回收后不進(jìn)行脫碳處理直接投料冶煉，則無法生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。現(xiàn)有鎳及鎳合金舊料的除碳方法主要有I、堿洗處理法由于鎳及鎳合金舊料表面殘留機(jī)加過程的機(jī)油、車削液，使碳含量升高，利用堿洗的方法可以除去表面的油、車削液等，但此種方法很容易造成二次污染，操作也不方便。2、氧化處理法
將鎳及鎳合金舊料放到電爐中加熱到600°C以上，使得機(jī)油、車削液等碳化，產(chǎn)生的CO、CO2揮發(fā)掉。此種方法雖然能除去大部分多余的碳，但同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一些其它問題，如鎳錠中其它合金元素有可能被氧化形成氧化物夾渣，再熔煉時(shí)除不去仍無法生產(chǎn)出合格為此，必須尋找一種鎳及鎳合金舊料回收冶煉的脫碳方法來解決此問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鎳或鎳合金回收冶煉的脫碳方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中鎳及鎳合金舊料回收冶煉存在的容易造成二次污染，鎳錠中其它合金元素被氧化再熔煉時(shí)除不去等問題。本發(fā)明工藝流程設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)單，無二次污染，所用脫碳原料易得，在顯著提高熔體除碳效果的同時(shí)，完全滿足其它元素化學(xué)成分的標(biāo)準(zhǔn)要求。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是該鎳或鎳合金回收冶煉的脫碳方法包括回收的鎳或鎳合金舊料及真空感應(yīng)爐，其技術(shù)要點(diǎn)是將所述舊料放入真空感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，待全部舊料熔化后，測(cè)定鎳或鎳合金熔體中的含碳量，根據(jù)檢測(cè)出的碳超標(biāo)量，在含熔體的坩堝中加入需要量的經(jīng)鍛燒處理后的泡沫鎳去除鎳或鎳合金熔體中多余的碳；在除碳過程中，采用電磁攪拌把產(chǎn)生的CO經(jīng)真空除氣排出，反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行化學(xué)成分在線檢測(cè)，待鎳或鎳合金熔體中的含碳量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值后澆鑄，形成含碳量達(dá)標(biāo)的鑄錠；所需經(jīng)鍛燒處理后的泡沫鎳的計(jì)算方法為先確定鎳或鎳合金熔體中碳的超標(biāo)量，根據(jù)碳的超標(biāo)量確定需要的氧含量，之后選擇氧含量達(dá)到要求的泡沫鎳加入到合金熔體中。經(jīng)鍛燒處理的所述泡沫鎳經(jīng)過800-120(TC鍛燒，使泡沫鎳表面形成1-3 u m氧化鎳，鍛燒后的泡沫鎳含氧量控制在2 wt %-10 wt % (wt為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。經(jīng)鍛燒處理后的所述泡沫鎳的厚度為l_80mm ,孔徑為0. I-IOmm,孔隙率為60-98%，通孔率為彡98%，體積密度為0. 1-1. 2g/cm3，每英寸長(zhǎng)度上的孔數(shù)為5-130PPI。本發(fā)明具有的特點(diǎn)及積極效果是由于本發(fā)明采用真空感應(yīng)爐，在熔煉過程中先將全部鎳或鎳合金舊料在坩堝內(nèi)熔化，如果碳含量超標(biāo)，立即往含熔體的坩堝中加入需要量的經(jīng)鍛燒處理后的泡沫鎳進(jìn)行脫碳處理。其冶煉的脫碳工藝流程設(shè)計(jì)合理，加入表面含有氧化鎳的泡沫鎳操作簡(jiǎn)單，并且無二次污染，從而以低成本得到了達(dá)標(biāo)的鎳及鎳合金鑄錠，鑄錠中碳含量可達(dá)到0. 01-0. 30wt%。另外，所用脫碳的泡沫鎳僅要求符合國家標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)生產(chǎn)泡沫鎳的廠家均可提供，原料易得。泡沫鎳鍛燒處理也非常簡(jiǎn)單，只需要將泡沫鎳在800-1200°C下高溫鍛燒，即可使泡沫鎳表面形成1-3 U m氧化鎳層，一般電阻爐均能滿足鍛燒要求，鍛燒后的泡沫鎳含氧量控制在2 wt %-10 wt %范圍內(nèi)。由于鎳或鎳合金舊料熔化成熔體后，立即進(jìn)行脫碳處理，此時(shí)熔體還未加入其它合金元素進(jìn)行合金化,熔體的主要成分是鎳及極少量的雜質(zhì),熔體中的其它元素化學(xué)成分雖然在脫碳過程中會(huì)有一些波動(dòng)，但波動(dòng)范圍極小，均在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)，不影響其它元素化學(xué)成分的標(biāo)準(zhǔn)要求。本發(fā)明將泡沫鎳用于鎳及鎳合金舊料回收冶煉中進(jìn)行脫碳，實(shí)現(xiàn)鎳及鎳合金舊料(包括廢料、回收料、邊角余料)回收再利用。因此，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，顯著提高了鎳及鎳合金熔體除碳效果。它解決了現(xiàn)有技術(shù)中鎳及鎳合金舊料回收冶煉存在的容易造成二次污染、鎳錠中其它合金元素有可能被氧化再熔煉時(shí)除不去等問題，從而有效地降低鎳及鎳合金熔體中含碳量并達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，以滿足提高材料純度的要求。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方法。該鎳或鎳合金回收冶煉的脫碳方法包括回收的鎳或鎳合金舊料及真空感應(yīng)爐。其具體操作步驟如下一、先將回收的鎳或鎳合金舊料放入真空感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，待全部舊料熔化后，測(cè)定鎳或鎳合金熔體中的碳含量，根據(jù)檢測(cè)出的碳超標(biāo)量，在含熔體的坩堝中加入需要質(zhì)量的經(jīng)鍛燒處理后的泡沫鎳去除鎳或鎳合金熔體中多余的碳。所用經(jīng)鍛燒處理的泡沫鎳的操作步驟是將泡沫鎳放入一般電阻爐內(nèi)，經(jīng)過800-120(TC鍛燒，使泡沫鎳表面形成1-3 iim氧化鎳，鍛燒后的泡沫鎳含氧量控制在2 wt%-10 wt %范圍內(nèi)。經(jīng)鍛燒處理的泡沫鎳的厚度為l_80mm，孔徑為0. l-lOmm，孔隙率為 60-98%，通孔率為彡98%，體積密度為0. 1-1. 2g/cm3，吸附I wt %-8 wt %氧，每英寸長(zhǎng)度上的孔數(shù)為5-130PPI。二、在將泡沫鎳用于鎳及鎳合金熔體冶煉除碳時(shí)，采用電磁攪拌精煉除雜，把產(chǎn)生的CO經(jīng)真空除氣排出。三、除碳、真空排氣的反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)行化學(xué)成分在線檢測(cè)，待鎳或鎳合金熔體中的碳含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值后燒鑄，形成達(dá)標(biāo)的鑄錠。與一般的鎳金屬相比，泡沫鎳的孔隙率和比表面積大，從而與鎳或鎳合金熔體的接觸面積大大增加，通過表面氧化的NiO及其吸附的氧與鎳或鎳合金熔體中的碳充分反應(yīng)，反應(yīng)式如下NiO+C — Ni+C0 f ；02+2C — 2C0 f鎳或鎳合金熔體除碳時(shí)，所需經(jīng)鍛燒處理后的泡沫鎳的計(jì)算方法為先確定鎳或鎳合金熔體中碳的超標(biāo)量，根據(jù)碳的超標(biāo)量確定需要的氧含量，之后選擇氧含量達(dá)到要求的泡沫鎳加入到合金熔體中去即可。具體可以通過以下兩種方法確定方法一計(jì)算法將一定量的經(jīng)鍛燒后處理的泡沫鎳放入真空感應(yīng)爐的合金加料室中，待熔體全部熔化后未合金化前測(cè)定碳成分。如果含碳量超標(biāo)，根據(jù)檢測(cè)的數(shù)據(jù)計(jì)算需要加入的泡沫鎳的質(zhì)量，計(jì)算后將需要的泡沫鎳一次性加入含熔體的真空感應(yīng)爐坩堝中。在除碳過程中采用電磁攪拌和真空除氣，反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行化學(xué)成分在線檢測(cè)，成分合格后澆鑄。方法二 觀察法將一定量的經(jīng)鍛燒處理的泡沫鎳放入真空感應(yīng)爐的合金加料室中，待熔體全部熔化后未合金化前測(cè)定碳成分。如果碳含量超標(biāo)，將泡沫鎳分多次一點(diǎn)點(diǎn)的加入含熔體的真空感應(yīng)爐坩堝中。剛剛加入泡沫鎳時(shí)由于碳含量較多化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈，熔液沸騰、翻花。隨著泡沫鎳的不斷加入，碳逐漸被反應(yīng)消耗，產(chǎn)生的CO也逐漸減少，熔液沸騰、翻花現(xiàn)象逐漸減弱，直至熔體液面趨于平靜。氣泡量很少時(shí)停止添加泡沫鎳，所以可根據(jù)氣泡的生成量來判斷熔體的除碳情況，當(dāng)在線檢測(cè)化學(xué)成分合格后，即可停止添加泡沫鎳。實(shí)施例I
熔煉I噸因可耐爾718合金鑄錠，將回收的因可耐爾718合金舊料放入真空感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，冶煉脫碳的具體操作步驟如上所述。其中化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％)要求值及測(cè)定值如下
權(quán)利要求
1.一種鎳或鎳合金回收冶煉的脫碳方法，包括回收的鎳或鎳合金舊料及真空感應(yīng)爐，其特征在于將所述舊料放入真空感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，待全部舊料熔化后，測(cè)定鎳或鎳合金熔體中的含碳量，根據(jù)檢測(cè)出的碳超標(biāo)量，在含熔體的坩堝中加入需要量的經(jīng)鍛燒處理后的泡沫鎳，用表面附有氧化膜的泡沫鎳去除鎳或鎳合金熔體中多余的碳；在除碳過程中，采用電磁攪拌精煉除雜，把產(chǎn)生的CO經(jīng)真空除氣排出，反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)行化學(xué)成分在線檢測(cè)，待鎳或鎳合金熔體中的碳含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值后燒鑄，形成碳含量達(dá)標(biāo)的鑄錠；所需經(jīng)鍛燒處理后的泡沫鎳的計(jì)算方法為先確定鎳或鎳合金熔體中碳的超標(biāo)量，根據(jù)碳的超標(biāo)量確定需要的含氧量，之后選擇含氧量達(dá)到要求的泡沫鎳加入到合金熔體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述鎳或鎳合金回收冶煉的脫碳方法，其特征在于經(jīng)鍛燒處理后的所述泡沫鎳經(jīng)過800-1200°C鍛燒，使泡沫鎳表面形成1-3 u m氧化鎳，鍛燒后的泡沫鎳含氧量控制在2 wt %-10 wt %。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述鎳或鎳合金回收冶煉的脫碳方法，其特征在于經(jīng)鍛燒處理后的所述泡沫鎳的厚度為l_80mm，孔徑為0. I-IOmm,孔隙率為60-98%，通孔率為≥98%，體積密度為0. 1-1. 2g/cm3，吸附I wt %_8 wt %氧，每英寸長(zhǎng)度上的孔數(shù)為5-130PPI。
全文摘要
一種鎳或鎳合金回收冶煉的脫碳方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中鎳及鎳合金舊料回收冶煉存在的容易造成二次污染、鎳錠中其它合金元素被氧化除不去等問題。包括回收的鎳或鎳合金舊料及真空感應(yīng)爐，其技術(shù)要點(diǎn)是將舊料放入真空感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，待全部舊料熔化后，測(cè)定鎳或鎳合金熔體中的含碳量，加入需要質(zhì)量的經(jīng)鍛燒處理后的泡沫鎳，用泡沫鎳去除鎳或鎳合金熔體中多余的碳；采用電磁攪拌精煉除雜，把產(chǎn)生的CO經(jīng)真空除氣排出，待鎳或鎳合金熔體中的含碳量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值后澆鑄，形成含碳量達(dá)標(biāo)的鑄錠。本發(fā)明工藝流程設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)單，無二次污染，所用脫碳原料易得，在顯著提高熔體除碳效果的同時(shí)，完全滿足其它元素化學(xué)成分的標(biāo)準(zhǔn)要求。
文檔編號(hào)C22B23/06GK102719681SQ20121024638
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者李洪錫 申請(qǐng)人:沈陽金納新材料股份有限公司