CN101775464B

CN101775464B - 微碳微磷铝锰铁合金及其生产方法

Info

Publication number: CN101775464B
Application number: CN2010101401631A
Authority: CN
Inventors: 王宏林; 曹红岗
Original assignee: CHAOYANG HONGXIANG SMELTING Co Ltd
Current assignee: Nine way new friction material (Chaoyang) Limited by Share Ltd
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: CN101775464A

Abstract

本发明公开了一种微碳微磷铝锰铁合金，用于炼钢脱氧剂，该合金的成分，按重量百分比计，由铝：49-58％、锰：1-3.3％、铁：38-50％，硅小于0.6％，碳小于0.06％，磷小于0.02％，硫小于0.02％构成。其具有脱氧效果好，特别适合低碳低锰、低磷钢种的脱氧。同时，该合金杂质含量非常低，结构组织更紧密，气孔更少，不粉化期更长等优点。

Description

微碳微磷铝锰铁合金及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种铝锰铁合金及其生产方法，是一种含较高铝和较低锰、碳和磷的一种炼钢脱氧剂，属于钢铁冶金领域。

背景技术

钢铁的生产过程中脱氧是很重要的工艺步骤。一般都采取硅铁、纯铝或含铝合金作脱氧剂，把钢液中的含氧量从0.08％左右脱到0.005-0.01左右。铝锰铁合金是一种常见的复合脱氧剂，传统的铝锰铁复合脱氧剂的铝的含量均在20-30％，锰的含量为30-60％，铝的含量有限，使得该系列的脱氧剂没有充足的铝来提高钢中酸溶铝含量的功能。

CN1614037A公开了一种高铝锰铁复合脱氧剂，其虽然将铝的含量提高到40-48％，锰的含量为10-16％。然而，其仍然存在铝的含量低所带来的脱氧能力不足的问题。

CN101054614公开了一种铝锰铁复合脱氧剂，其包括：铝31-39％，锰1-9％，其同样存在铝的含量低的问题。

国内外众多企业和冶炼技术人员对含铝脱氧剂做了大量的研究，但铝锰铁的生产工艺基本全部采用金属铝、废钢、中碳锰铁或高碳锰铁在工频炉或中频炉中重熔互溶而制得，即上述铝锰铁合金的杂质含量较高。碳含量高使合金变脆容易破碎为小块，从而加大了比表面积，增加了吸附空气中水分的几率。磷的含量高易使合金粉化，文献记载磷的含量在0.03-1.04％，AL＞3％时，在潮湿的空气中合金粉化；而且磷、硫是钢中有害元素，尽量去除该杂质有利于提高钢的性能。

现有的铝锰铁合金中，对铁的含量未加限定，一般都是余量为铁。而铁的含量过低，则会导致合金的密度低，特别是提高铝的含量以增加脱氧效果、以及降低锰的含量时，使得合金的密度过低，其浮在钢液表面，降低脱氧效果。

同时，因为铝在铝锰铁生产过程中是最昂贵的，也是最低熔点的金属。为提高铝的收得率，通常一般都在熔化废钢过程中同时加入，铝熔点只有660℃，而铁熔点是1536℃，锰熔点也在1245℃，在冶炼过程中，废钢的熔化时间长，铝的烧损很严重，从而降低铝的收得率。

发明内容

本发明旨在解决现有的脱氧剂因铝含量过低致使其脱氧效果不佳，以及杂质含量高导致合金易粉化的问题。

本发明的另一目的是解决现有的铝锰铁合金在制造过程中铝的收得率低的问题。

本发明的技术方案为：一种微碳微磷铝锰铁合金，其特征在于，该合金按重量百分比计，由铝：49-58％，锰：1-3.3％，铁：38-50％，硅小于0.6％，碳小于0.06％，磷小于0.02％，硫小于0.02％构成。

本发明的优选方案为：该合金按重量百分比计，由铝为52-55％、锰为2-3.3％、铁为41-45％，硅小于0.6％，碳小于0.06％，磷小于0.02％，硫小于0.02％构成。

本发明所述的微碳微磷铝锰铁合金，其熔点为1020-1095℃，密度为4.8-5.3g/cm³。

本发明所述的微碳微磷铝锰铁合金的生产方法，其特征在于，具体步骤为：

按目标值选择废钢，铝锭、铝线或铝板和高碳锰铁进行配料；

先将全部废钢和铝总量的3％-8％的铝锭、铝线或铝板在感应炉中进行熔化，熔清时加入全部高碳锰铁进行熔化；

熔清后，加入造渣剂进行脱硫，调节碱度至1.2-1.8；并进行吹氧脱碳和脱磷的处理；

当杂质碳、磷、硫在控制范围内时，再分批加入预热至130℃以上的剩余铝量的铝锭、铝线或铝板进行熔化和搅拌均匀；

加入精炼除气剂进行脱氢、氮气处理，所述除气剂包括：BaCO₃20-30％，Na₂SiF₆25-40％，金红石10-15％，硼镁石5-10％，氯化钠8-15％；出炉铸锭。

作为优选，所述微碳微磷铝锰铁合金的生产方法，在出炉铸锭前加入排渣剂，所述排渣剂包括：碳酸钙(CaCO₃)10-18％，碳酸钠(Na₂CO₃)12-20％，氟化钠20-25％，氯化钠30-38％，冰晶石8-12％和氟化钙5-9％。

最好，所述除渣剂为粉剂，粒度为40-100目。所述除气剂为粉剂，粒度为40-100目。

本发明与现有铝锰铁合金相比，由于铝的含量大大提高从而显著地增加了脱氧效果，同时严格地限制了杂质的含量，特别是碳、磷含量分别控制0.06和0.02以下。碳的降低使产品脆性降低，不容易破碎而且还提高了合金的致密度；同时磷降低在0.02以下能防止和延长合金的粉化。因此，本发明所述的合金由于碳，硫，磷等杂质相对较低，结构组织更紧密，气孔更少，抑制了粉化反应的条件，使粉化反应不能进行或进行得很缓慢从而延长了产品的保存期。经试验，在干燥的常温条件下，本发明的合金能持续150天不粉化，而一般含高杂质的铝锰铁(如碳0.8以上。硅1.0以上，磷0.15以上)，即使在同等铝和锰含量时其粉化期为90天。因此，本发明合金的不粉化期提高了65％。另一方面，本发明低杂质的合金适应了钢铁业冶炼向高纯净钢的发展需求，改善了炼钢过程由于合金夹带一定量杂质对钢质不利的危害，从而达到节约资源，降低成本，提高了钢的性能和质量，对钢的质量稳定和提高起到了促进保障作用。同时，本发明的合金限定了Fe的含量，使之在38-50％，从而可以提高合金的密度至4.8-5.3g/cm³，且合金的熔点为1020-1095℃，其具有密度较大、熔点较低的特点，能深入钢液并快速熔化和弥散。

本发明的微碳微磷铝锰铁合金替代纯铝脱氧能提高铝有效脱氧率50％左右，节约了大量的铝资源。

本发明的铝锰铁合金成分更有适应性，特别适合低碳低锰、低磷钢种的脱氧，例如：低碳低锰的镇静钢，船板钢，汽车大梁钢等系列优质钢的脱氧。

本发明所述的合金的生产方法，在冶炼过程中将铝的合金化分为两步进行：在废钢熔化时加入了铝总量的3-8％，起促进铁熔化的作用。剩余的铝在脱杂后出炉前(1500℃以上)加入，并且分多批加入，能使铝在炉内合金其他元素之间得到更均匀的弥散和分布，并降低了铝的损耗，提高了铝的收得率。此外，因感应炉的搅拌功能，在熔化期炉内，各合金组分由于各元素密度特性而产生的成分偏析问题得到了很好的改善。经实践证明。按常规方法生产铝锰铁合金(铝含量在20-70％，锰含量在5-40％，余量是铁范围内)时，如铝不分批加入和熔化时不加以搅拌，产品铸锭冷却后分析铝元素每炉最高和最低含量差异在0.8-2％。而采用本发明的方法生产的产品，成分偏析只有0.2-0.6％。

本发明所属合金的生产方法中，存在空气中带入的氮、氢等气体，浇注时不可避免产生气孔，从而会使合金中元素结构发生变化引起粉化(如产生氮化铝，二氧化硫等化合物引起合金体积膨胀)，因此，本发明在出炉前增加了除气的步骤，有效地减少了气孔的产生，进一步提高了合金的粉化期。

具体实施方式

下面通过具体实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例一，生产重量为1吨的合金，其成分为(按重量百分比计)铝53-54％，锰2.7-3％，碳0.05％，硫0.015％，磷0.01％，硅0.3％，余量是铁。

配料：选用铝锭、铝板或铝线546kg(含铝不低于99.5％，不考虑其他杂质元素)，高碳锰铁46kg(含锰65％、碳6.8％、硅2.5％、硫0.03％、磷0.5％)，废钢408kg(含碳0.06、含硅0.3)。

冶炼：

1.先选用20kg左右的铝，402kg废钢，在感应炉中进行熔化，所述废钢分批加入。当废钢基本熔清时，再加入46kg高碳锰铁，熔毕时炉内合金液体为474kg左右。加入造渣剂CaO，2Kg，CaF，1.5Kg；造渣进行脱硫，调节碱度至1.2-1.8。

此时，合金成分为；铝4.07％(铝在1536摄氏度废钢熔点下收得率97％)，锰：6.31％，碳：0.84％，硫：0.003％，硅：0.55％，磷：0.058％。

2.用吹氧法进行炉内脱碳脱磷处理。炉内温度保持1580摄氏度以上，进行吹氧完成对碳和磷的脱除。氧气采用瓶装气体，流量每分钟0.8-1kg。碳和氧反应生成一氧化碳或少量的二氧化碳气体从炉口跑出，磷生成五氧化二磷进入炉渣，并和炉渣中CaO反应生成磷酸钙。在吹氧过程中，为了提高脱杂的有效性，向炉内加入3kg的冶金石灰(粒度小于5毫米)，炉渣碱度保持在1.2-1.8。脱碳率达95％，脱磷率达72％以上，即可达到目标值：碳小于0.1％，磷小于0.04％。

3.采样快速分析合金中的碳和磷，如一次不能有效控制或超出控制范围则需补充吹氧处理，氧量根据合金化验成分确定。

4.分批加入预热至130℃以上的余量铝进行熔化，并进行电炉自身搅拌功能以外的人工搅拌，使合金充分均匀，搅拌时加入自脱气剂1.5kg，其成分为：BaCO₃(碳酸钡)20-30％，Na₂SiF₆(氟硅酸钠)25-40％，金红石10-15％，硼镁石5-10％，氯化钠8-15％。然后加入排渣剂2-3kg，排渣剂采用：CaCO₃(碳酸钙)10-18％，Na₂CO₃(碳酸钠)12-20％，氟化钠20-25％，氯化钠30-38％，冰晶石8-12％，氟化钙5-9％。除气剂和排渣剂均为粉剂，粒度为40-100目。利用排渣剂中产生的CO还原部分铝，提高铝的收得率，此时，余量铝熔化收得率98.5％。除气剂中的硼、钡、钛能有效去除合金中的氢、氮气体。排炉渣。

5.采用钢包完成浇注，出炉铸锭。

经化验计量得到产品985kg，铝的回收率98.5％，制得合金产品成分为：铝53.7％，锰3.0％，碳0.02％，硅0.26％，硫0.014％，磷0.018％，Fe为42.988，均在目标值内。该合金的密度为5.1g/cm³，熔点为1050℃。

实施例二，

根据上述方法制得铝锰铁合金，含有铝49.5％，锰2％，硅0.3％，碳0.03％，磷0.014％，硫0.011％，铁为49.145％均在目标值内。该合金的密度为5.25g/cm³，熔点为1090℃。

实施例三，

根据上述方法制得铝锰铁合金，含有铝55％，锰4％，硅0.25％，碳0.05％，磷0.017％，硫0.014％，铁40.669％，均在目标值内。该合金的密度为4.9g/cm³，熔点为1043℃。

实施例四，根据上述方法制得铝锰铁合金，含有铝57.6％，锰3.3％，硅0.2％，碳0.04％，磷0.013％，硫0.018％，铁38.829％，均在目标值内。该合金的密度为4.82g/cm³，熔点为：1035℃。

实施例五，根据上述方法制得铝锰铁合金，含有铝55.8％，锰2.4％，硅0.4％，碳0.035％，磷0.01％，硫0.01％，铁41.345％，均在目标值内。该合金的密度为：4.88g/cm³，熔点为：1047℃。

上述实施例制得的铝锰铁合金在用于含铝镇净钢，如SPHC钢，IF钢，08AL钢预脱氧剂和终脱氧剂时，比加入等量铝的铝锰铁合金铝在钢种有效率能提高20％以上。由于本发明所述的铝锰铁合金含对钢有害杂质元素很低，特别是碳和磷(此类钢种对碳和磷要求相当高)本发明为碳小于0.06％，磷小于0.02％，为现有铝锰铁合金(碳小于0.4-1％，磷0.1-0.2％)的十分之一，对钢完成脱氧后的精炼工序创造了很好的条件。由于杂质的少提高了钢的纯净度。由于C、P杂质含量低，且经过除气，本发明的合金的不粉化期增加至150天。

本发明的上述实施例仅在详细说明本发明的技术方案，本发明旨在提供一种适合低碳低锰、低磷钢脱氧的铝锰铁脱氧合金。其具有铝含量高的特点，具有良好的脱氧效果，同时，本发明的铝锰铁合金的制造方法采用分步加入铝，从而有效地提高率的收得率，并且将杂质控制在较低的范围，有利于脱氧后钢的质量、性能的提高以及合金不粉化期的增长。

Claims

1.一种微碳微磷铝锰铁合金，其特征在于，该合金按重量百分比计，由铝：49-58%，锰：1-3.3%，铁：38-50%，硅小于0.6%，碳小于0.06%，磷小于0.02%，硫小于0.02%构成，且各组分含量之和为100%。

2.一种微碳微磷铝锰铁合金，其特征在于，该合金按重量百分比计，由铝为52-55%，锰为2-3.3%，铁为41-45%，硅小于0.6%，碳小于0.06%，磷小于0.02%，硫小于0.02%构成，且各组分含量之和为100%。

3.根据权利要求1或2所述的微碳微磷铝锰铁合金，其特征在于，所述合金的熔点为1020-1095℃，密度为4.8-5.3g/cm³。

4.权利要求1-3中的任一项所述的微碳微磷铝锰铁合金的生产方法，其特征在于，具体步骤为：按目标值选择废钢，铝锭、铝线或铝板和高碳锰铁进行配料；先将全部废钢和铝总量的3%-8%的铝锭、铝线或铝板在感应炉中进行熔化，熔清时加入全部高碳锰铁进行熔化；熔清后，加入造渣剂进行脱硫和造渣，调节碱度至1.2-1.8；并进行吹氧脱碳和脱磷的处理；当杂质碳、磷、硫在控制范围内时，再分批加入预热至130℃以上的剩余铝量的铝锭、铝线或铝板进行熔化和搅拌均匀；加入精炼除气剂进行脱氢、氮气处理，所述除气剂包括：BaCO₃20-30%，Na₂SiF₆25-40%，金红石10-15%，硼镁石5-10%，氯化钠8-15%；出炉铸锭。

5.根据权利要求4所述的微碳微磷铝锰铁合金的生产方法，其特征在于：在出炉铸锭前加入排渣剂，所述排渣剂包括：CaCO₃10-18%, Na₂CO₃12-20%，氟化钠20-25%，氯化钠30-38%，冰晶石8-12%和氟化钙5-9%。

6.根据权利要求5所述的微碳微磷铝锰铁合金的生产方法，其特征在于，所述排渣剂为粉剂，粒度为40-100目。

7.根据权利要求4所述的微碳微磷铝锰铁合金的生产方法，其特征在于，所述除气剂为粉剂，粒度为40-100目。