摘要：本文基于抚顺特殊钢股份有限公司镍基合金产品的生产平台，论述了采用“30吨非真空感应炉-炉外精炼-电渣重熔”工艺冶炼镍基合金的生产效率和成本优势。并成功开发了采用相应工艺路线生产以N06625、N10276为代表的高钼含量镍基合金的工艺方案，进一步提高了抚顺特钢镍基合金的生产保障及成本控制能力。
关键词：高钼镍基合金、非真空感应炉、VOD
Ni-Cr-Mo和Ni-Cr-Mo-W合金是用量最大和使用范围最广的镍基合金，由于同时含有较高的Cr和Mo元素，其在氧化性介质及一些还原性介质中均表现出优良的耐蚀性，特别是在F-和Cl-等离子的氧化性酸中具有其它耐蚀合金无法与之相比的独特耐蚀性能，如N06625合金。然而高Mo的Ni-Cr-Mo合金的碳化物和金属间析出又是致使它晶间腐蚀敏感的根源，因此1965年推出了降低碳、降低硅含量的N10276合金，此合金能有效地缓解由M6C析出引起的晶间腐蚀问题。由于以N06625、N10276为代表的高钼镍基合金具有良好的耐蚀、抗氧化、抗硫化性能，同时还具备高的强度、塑性、韧性及焊接性，这直接导致了其行业应用广泛，使用需求不断增加，而如何能够在保障产品的冶金质量的前提下，提高合金生产效率、降低生产成本成为急需解决的问题。
高钼含量镍基合金常用冶炼方法
通常高钼镍基合金的冶炼方法主要有: ①真空感应炉—电渣重熔双联法；②真空感应炉-真空自耗炉双联法；③电弧炉—炉外精炼—电渣重熔法。而对于目前国内冶金企业而言，“真空感应炉-真空自耗炉双联法”在上述三种冶炼方法中冶炼效率最低、成本最高，因此冶炼N06625和N10276合金最常用的方法为“①真空感应炉—电渣重熔双联法”或“③电弧炉—炉外精炼—电渣重熔法”。但是对于方法①来说，虽然真空感应冶炼存在较多优点，但生产效率相对较低，且受入炉原材料质量要求限制原材料成本相对较高；而方法③通常情况下生产效率高，且可以高效实现合金的超低碳（C≤0.02%）及高纯净度的需求，但电炉冶炼过程中Cr、Ni、Mo等合金元素烧损严重，金属收得率相对较低，进而导致成本增加。
抚顺特钢30吨VOD自2011年4月由INTECO公司进行改造后，先后成功冶炼了N08028、N08825、G3、GH3044、GH3128、GH536、GH1016、GH3039、GH3030等合金，积累了大量的生产实践经验。同时结合公司实际设备特点，成功开发了“30吨非真空感应炉-炉外精炼-电渣重熔”冶炼镍基和镍铁基高温合金的生产工艺。近年来为了提高高钼含量镍基合金的生产效率，已将该工艺成功推广至N06625和N10276等合金的冶炼，通过大量生产实践总结发现，该工艺不但可以有效提高产品的生产效率，还可以减少原材料消耗，降低合金的冶炼成本。
非真空感应-炉外精炼冶炼工艺
非真空感应冶炼工艺
非真空感应冶炼化学成分控制
非真空感应炉由于合金收得率高、投资少、见效快等因素，生产节奏控制灵活，早已广泛应用于重型机械厂和特种冶炼厂的铸铁熔化、铸钢熔化、特殊钢和特殊合金等领域。但其脱碳、脱磷等冶金功能较差，因此用于镍基合金冶炼时对原料的要求相对较高。
抚顺特钢从上世纪90年代开始，一直在研发并使用1吨非真空感应炉冶炼GH3128等高Cr、Mo、W含量的镍基合金牌号，同时为了提高非真空感应炉冶炼镍基合金产品质量，在原材料的使用方面积累了大量的先进经验，先后开发了多个Ni、Cr、Mo、W等元素的中间合金。通过原材料的优化不但可以有效提高镍基合金的冶炼效率，还可以降低磷和硫等有害元素含量。以公司产量相对较大的GH3030合金为例，采用30吨非真空感应炉和采用30吨电炉生产的合金成分对比。
生产效率
从生产资源调配方面而言，通过实践对比电炉与非真空感应炉冶炼镍基合金的优缺点。
金属收得率
通过对采用电炉和非真空感应炉生产镍基合金的金属收得率的统计（表3），可见采用非真空感应冶炼的镍基合金金属收得率可达到97.91%，比电炉工艺提高了4.82%，按吨钢原材料成本8万元计算，仅一次冶炼钢水收得率即可降低成本约4000元/t。
其它消耗
另外由于两种冶炼工艺所使用设备的工装特点，在电极消耗、钢包成本、炉体成本、炉盖成本等方面，采用非真空感应炉冶炼均存在一定的成本优势。
炉外精炼工艺
抚顺特钢生产镍基合金的炉外精炼工艺主要包括LF和VOD两个工位，其中LF炉的主要作用是合金化（主要调整Cr、Ni、Mo、W、C等元素）、脱硫、调整温度满足VOD开吹要求；VOD的主要作用为氧化期吹氧脱碳，还原期脱氧、脱氮、调整合适的温度和成分。
VOD配备了先进的MTA废气分析系统，可以在VOD脱碳过程中收集数据，分析废气成分，测量废气流量，并通过这些数据来评估VOD工艺过程，进而在生产控制中发挥指导作用。同时抚顺特钢通过对近10年来镍基合金VOD脱碳数据的整理，总结了更据指导意义的废气曲线分析方法，可以保障吹氧过程的快速判断及准确控制，目前镍基合金经VOD脱碳后可将碳含量控制在0.005%以下。
非真空感应炉和炉外精炼工艺优点
非真空感应炉和炉外精炼工艺的优点包括：
①原料中有害杂质少；②炉体为整体打结炉体，不存在炉壁残留物问题、金属损耗小，金属收得率高；③可以大量使用返回料，缓镍基合金资源占用；④不受产量限制，随时可以投入生产，可以保证生产的及时性；⑤洗炉过程易控制，不会造成残余元素偏高的问题；⑥有利于电渣锭型及产能匹配；⑦产品范围广，特别适于生产超低碳、高合金比的镍基合金；⑧利于降低成本。
总之，从原料供给、金属消耗、工序成本等综合因素考虑，高Mo含量镍基合金选择“30吨非真空感应炉-炉外精炼-电渣重熔”的生产工艺流程，不但具备生产效率优势、机动性和灵活性优势，同时还具备低成本优势。
N06625和N10276合金的冶炼
N06625、N10276是高钼镍基合金中的典型牌号，用途广泛，抚顺特钢2018年以来先后成功的开发了这炉个合金的“30吨非真空感应炉-炉外精炼-电渣重熔”的生产工艺。
首先技术人员根据合金成分特点，优化了非真空感应炉配料方案，选用60%以上的镍基合金返回料，并甄选成分合适的金属铬、钼铁、中间合金等原材料投产冶炼，冶炼过程采用非真空感应炉熔清合金料；LF炉调整Ni、Cr、Mo、Nb、C等合金成分，并底吹氩气造还原渣脱硫；VOD吹氧脱碳后抽真空至67Pa以下脱气，并适当微调成分后出炉浇注。在浇注前取样分析成品化学成分。
对相应电极进行了电渣二次重熔冶炼，冶炼后化学成分满足标准要求，钢锭采用快精锻联合工艺锻造成204mm棒材，对成品棒材取样检验了非金属夹杂物。
结论
1）采用非真空应炉生产镍基合金可以显著提高金属收得率，降低用料成本。
2）从原料供给、金属消耗、工序成本等综合因素考虑，高Mo含量镍基合金选择“30t非真空感应炉-炉外精炼-电渣重熔”的生产工艺流程，不但可以提高生产效率，且具有机动性和灵活性上的优势，同时还具备低成本的优势。
3）“30吨非真空感应炉-炉外精炼-电渣重熔”工艺适用于N06625合金和N10276合金的大规模、低成本生产，产品冶金质量满足美标相关产品要求。
