CN101168194A - 一种锻轧金属锰的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产锻轧成型金属锰的新工艺技术。本发明工艺在于制备出一种经过锻轧、真空硬化烧结处理的高纯金属锰球团，其特征是此锰球团具有规则的形状，大小固定且每个球团个体完全一致。本发明采用二次重结晶、高温压力锻轧的工艺方法，首先采用高强度对辊式锻轧设备，将金属锰粉末在瞬间压制成型，并利用其压缩产生的瞬时高温使其产生第一次晶体相变，具有固定的物理形状，其次是将成型锻轧锰置入真空冶炼炉内，在一定真空条件及特定温度下进行真空硬化烧结，使其产生第二次晶体重构、相变，进一步提高其机械物理性能。

Description

一种锻轧金属锰的生产工艺

技术领域

本发明涉及一种生产锻轧成型金属锰的新生产工艺技术。其发明目的在于得到一种在用途、品质上优于传统电解锰片及锰块的新型锰系铁合金材料。

背景技术

金属锰在钢中是一种不可缺少的合金元素。金属锰，特别是高纯电解金属锰，现在越来越广泛的做为脱氧剂、脱硫剂应用于钢铁生产中以及多组元的合金钢、不锈钢冶炼制造业。目前在钢铁冶炼行业中，对于锰作为合金的添加剂主要是以电解金属锰片、电解金属锰粉以及熔炼金属锰块等方式。但是直接向炉内钢液加入电解锰片，很容易造成锰的氧化，降低锰的有效利用率，而且片状锰比表面积大，在钢液表面加入导致其很难沉入钢液，不利于合金化；金属锰粉在包装、运输过程中极易氧化，在空气中金属锰粉尘也极易与氧发生爆炸，有一定的安全隐患。现在有相当一部分钢铁企业使用熔炼金属锰块来加入钢液，但这种熔炼金属锰块是利用中频炉将电解金属锰片熔化后，倒入铸模中冷却，之后将整块锰锭从锰模中取出，用人工方式将锰锭破碎成10mm-50mm之间的锰块。钢铁企业在使用这种锰块时的缺点是由于其形状不规则，大小不一致，特别是容易含有过多的破碎工序产生的金属锰粉末，使钢铁冶炼企业在入炉使用、合金成份计量控制等方面带来不便与误差，而且锰块在中频炉熔炼的生产过程中，往往需加入脱碳、脱氧、脱硫剂等辅料，这就使得锰块锰含量不高及杂质较多，这就使得金属锰块在高品质合金冶炼中受到极大限制。

发明内容

本发明的目的在于制备出一种经过锻轧、真空硬化烧结处理的高纯金属锰球团，其特征在于此锰球具有规则的形状，大小固定且每个球团个体完全一致，并且，此锻轧金属锰球团具有一定的硬度，以满足其在使用上的要求。

本发明所述工艺采用的方法为二次重结晶、高温压力锻轧。首先采用高强度对辊式锻轧设备，将金属锰粉末在瞬间压制成型，并利用其压缩产生的瞬时高温使其产生第一次晶体相变(由α-Mn变为α-γ-Mn)，具有固定的物理形状，其次是将成型锻轧锰置入真空冶炼炉对其进行真空硬化烧结，使其产生第二次晶体重构、相变(晶相调质)(由α-γ-Mn变为β-Mn)，进一步提高其机械物理性能。

本工艺采用的技术方案如下：

首先将电解金属锰(DJM99.7)破碎成40-60目的金属粉末。因为金属锰机械性能硬而脆，可锻性差，所以用金属粉末进行粉末锻是对金属锰进行锻轧的一个实用可行的创新工艺。

将放置在料仓内的金属锰粉末放置在搅拌设备中，加以定量的粘结剂以及固化剂。选择适当的粘结剂及固化剂是锻轧锰具有较高锻轧成型率，较好的物理机械性能以及较高表面光洁度的重要因素。本工艺粘结剂采用传统的硅酸钠(水玻璃)，而固化剂采用了自行研制的非有机物固化剂，对产品化学成份没有任何影响(而其它的有机物固化剂对产品化学成份影响较大)。

经搅拌混合均匀的金属锰粉末通过皮带输送设备，均匀连续地输送到对辊式锻轧设备中。首先，物料经过该设备的预压系统，使物料由不太均匀的松散状态预压成具有一定堆积密度的致密状态，该预压系统是一个可控、自控、精确无极调速的垂直螺旋式动力装置。在压密的同时将物料以最佳流量速率送至对辊式锻压系统。此系统是锻压成型的关键系统，它由两个精确对位辊轧转子组成，上面均匀分布具有规则形状的半球窝凹槽，当两球辊以相反方向转动，则两边的半形球窝凹槽则对应形成一整个球窝空间，这就是锻轧锰的一个压模。而这个压模形状可根据客户要求定做为球状、椭球状、长方形等形状与各种尺寸。两对辊是以电机以及同步传动系统来带动的，其压力调节系统是一个具有自应力反馈的液压系统，通过这套系统，锻压设备产生的总压力应可保证在300吨以上，即保证在1mm的距离上有不少于1吨/mm的线压力，这是保证锻轧锰具有锻轧定型及达到重结晶所需温度的关键影响因素。当物料由预压系统送至锻轧系统时，物料被两对辊压密于每个压模之中，在锻压力达到最大时，即物料通过轧辊切线方向时，所受到的锻压力即为最大值，这时作用在物料的径向线压力(按压模形状方位)为1～3吨/mm，这时金属粉末间将产生两种相互作用，其一是经物理压缩，粉末颗粒间距将变得致密，在粘结固化剂作用下，形成有固定形状的锻轧个体，其二是由于强大的压力(一般在300～400吨之间)，产生了足够的压缩比，金属粉末产生瞬时高温，使锰球团中一部分锰原子达到由α锰转化为α-γ锰的晶相转化温度，变为具有α-γ锰晶体的锻轧锰个体进一步致密，物理强度进一步提高，锻轧个体表面也变得非常光洁，规整(注：金属锰有四种晶体形式：α、β、γ、σ，常温下以α最稳定)。

锻轧锰个体被对辊锻压过后，由于重力与对辊转动的一个惯性作用，脱除对辊压模，进入锻轧设备的输出传送装置，此时物料已冷却晶体以α锰为主，存有部分α+γ锰。

将锻轧过的锰放置在真空冶炼炉中进行二次烧结、重结晶是进一步提高锻轧锰机械物理性能的重要工序。本工艺采用一种自动控制真空烧结系统，将锻轧锰堆放在真空烧结系统轨道式物料小车上，放入真空电阻烧结炉中。当系统密闭之后，采用高效真空机组，将真空炉中压力抽至20----50Pa，这时系统中已几乎没有任何氧气，这是保证锻轧锰质量的重要手段，使锻轧锰中氧化锰含量保持最低水平，而且这也是降低相变温度的重要手段。

当真空度达到要求后，用真空炉内石墨电极对真空炉内锻轧锰进行升温，用自动温控系统使锻轧锰物料温度达到700℃----900℃之间，即达到锰晶体由α→α+γ→β的转化，这时锰中晶体进行了一个二次重构、调质的过程，其物质致密度进一步提高，其物理机械性能得到进一步提升，完全满足了客户对锻轧锰形状、外观、硬度等物理指标的要求。

进行一段时间保温、降温后，打开真空炉将物料推出，进一步冷却后进行包装，完成整个锻轧锰的生产过程。

用本工艺生产的锻轧锰产品化学成分如下：Mn≥98％C＜0.03％S＜0.03％Si＜0.1％P＜0.005％，完全满足客户对锻轧锰的要求。

附图说明

附图1为本发明的工艺流程图；

附图2为本发明采用椭球形锻模，金属锰经锻轧后形成的锻轧锰个体的形状示意图。

具体实施方式

使用电解金属锰(DJM997)5吨，(质量指标：Mn：99.71％，C：0.032％，S：0.029％，P：0.0064％，Si：0.05％)，将其破碎成60目的金属锰粉末，之后将物料放入料仓。

将放置在料包内的金属锰粉末通过自动计量输送装置输至密闭的搅拌设备中，第一次输入1.25吨，加入粘结剂----水玻璃20公斤以及固化剂2.5公斤，搅拌混合均匀后，将金属锰粉末通过皮带输送设备，均匀连续地输送到对辊式锻轧设备中。本锻压设备的压模为椭球形，尺寸(L*W*H，见附图2)为48mm*38mm*25mm，物料经过预压、压球，后经过皮带输送机送至堆放处，将锰球团放入一个轨道小车，一车刚好放置1.25吨物料。重复上述搅拌、锻轧过程，将剩余的物料全部锻轧成形放置在物料小车上(每车1.25吨，4车共5吨)。

同时将4个物料小车放入自动控制真空烧结系统----1500KVA真空电阻炉中。当系统密闭之后，采用真空滑阀泵——罗茨泵真空机组，将真空炉中整压抽至36Pa，这时系统中已几乎没有任何氧气，这时用真空炉内12根石墨电极对真空炉内锻轧锰进行升温，加温5个小时后，锰物料温度达到炉前端：860℃；炉中端：904℃；尾端：897℃。停电冷却，到各测温点温度为150℃左右时，开炉，取出物料小车，得到金属锻轧锰球合格产品。

锻轧锰产品化学成分如下：Mn＝99.18％  C＝0.031％  S＝0.027％  Si＝0.09％P＝0.005％，完全满足客户对锻轧金属锰的质量要求。

Claims (1)

1.本发明涉及一种经过锻轧、真空硬化烧结处理的高纯金属锰球团，，其特征在于：

a.此锰球具有规则的形状，大小固定且每个球团个体完全一致，并且，此锻轧金属锰球团具有一定的硬度，以满足其在使用上的要求；

b.本工艺原材料为40-60目的金属锰粉末。由于金属锰机械性能硬而脆，可锻性差，所以用金属粉末进行粉末锻是本艺一个实用可行的创新；

c.金属锰粉末在线压力不低于1T/mm的双辊锻轧设备中进行物理压缩及晶相重构，使金属锰粉末成为致密、光洁，规整的锻轧锰个体；

d.将锻轧过的锰放置在真空冶炼炉中进行二次烧结、重结晶，进一步提高锻轧锰机械物理性能。本工序采用一种自动控制真空烧结炉系统，工艺真空压力为20-50pa，烧结、重结晶温度为700℃----900℃之间的某一值。

Images