CN102352454A - 一种低h、n、o元素含量的铝铁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种低H、N、O元素含量的铝铁合金，包括铝和铁，铝的重量百分比为36-65%，铁的重量百分比为33-62%，所述铝铁合金中氢的重量百分比≤2PPm，氮的重量百分比≤80PPm，氧的重量百分比为≤20PPm。本发明通过提供一种低H、N、O元素含量的铝铁合金及其制备方法，在现有铝铁合金冶金工艺的基础上增加特定限定条件的工艺来除去铝铁合金液中H、N、O元素，并通过对工艺中的相关参数进行精确控制，从而得到该H、N、O元素的含量极低的铝铁合金，使得该钢材的力学性能大大提高，且整个工艺简单易于实施，因此具有极高的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及冶金领域，特别涉及一种低H、N、O元素含量的铝铁合金及其制备方法。
背景技术
随着炼钢技术的发展和产品质量要求的不断提高，钢厂可以把普通钢的磷、硫含量降至比一般国标（≤0.04%）还低的（≤0.001%）水平，随着磷、硫在钢中的含量不断下降，氢、氮、氧对钢的危害则愈加显现出来，因此一些洁净钢要求全面降低钢中的P、S及H、N、O元素的含量，由于钢中氢的含量过高易至裂，氮的含量过高易发脆，氧的含量与钢中夹杂物的含量有紧密关系，因此在分析钢的缺陷时，限制H、N、O元素的含量已形成业界共识并经过实践验证。而钢中H、N、O元素的含量的主要来源于废钢、铁水、造渣剂等因素外还与铁合金有着重要关系。
目前，大部分钢种的铝铁合金液脱氧采用铝铁合金脱氧剂，因此在铝铁合金生产过程中若不严格控制H、N、O的含量，炼钢时就会带入到铝铁合金液脱氧过程中，对铝铁合金液的冶炼造成不良影响，最终导致钢材H、N、O含量超标，大大降低钢材的质量。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种低H、N、O元素含量的铝铁合金及其制备方法，对铝铁合金的冶炼进行相应的改进，从而可大大降低冶炼后钢材中H、N、O元素的含量，从而提高了钢材的质量，为达此目的，本发明提供一种低H、N、O元素含量的铝铁合金，包括铝和铁，铝的质量百分比为36-65%，铁的质量百分比为33-62%，所述铝铁合金中氢的质量百分比≤2PPm，氮的质量百分比≤80PPm，氧的质量百分比为≤20PPm。
本专利所述铝铁合金具体制备过程步骤如下：
1）、选用没有油污的废钢和直接还原铁按7:3在电炉内熔化成铝铁合金液；
2）、向步骤1形成的铝铁合金液中加入造渣剂进行精炼除氧，其中渣料加入量为1.5-1.8Kg/吨铝铁合金液，通过计算机将精炼时间控制为20-30min，精炼温度控制为1400-1500℃，并将碱度R控制在2.8-3.1；
3）、向步骤2精炼后的铝铁合金液中加入充分预热的铝料进行混合；
4）、通过在冶金设备底部吹干燥的氩气，使铝铁合金液内产生大量的氩气气泡，从而对合金液进行充分搅拌，以除去合金液内的氢、氮气体和氧化物夹杂，并通过计算机将吹氩压力控制为0.15-0.2Mpa，流量控制为30-50L/min，吹氩时间控制为10-20min，保温静置时间控制为10-20min，并根据铝铁合金液产生气泡翻腾情况对吹氩压力及流量进行相应的调整；
5）、采用连铸浇注对铝铁合金进行浇注，当铝铁合金液在结晶器内采用熔渣表面覆盖浇注，待铝铁合金液注入铸模后，等待6秒或6秒以上至铝铁合金液完全凝固，再待冷却至300℃以下再进行相应的精整处理。
作为本发明制备步骤的进一步改进，所述步骤2精炼时间控制为25min，精炼温度控制为1450℃，所述步骤4吹氩时间控制为10min，保温静置时间控制为10min，此处数值为本专利实施的最佳值，将时间温度控制在该值可得到H、N、O元素含量最低的铝铁合金。
本发明通过提供一种低H、N、O元素含量的铝铁合金及其制备方法，在现有铝铁合金冶金工艺的基础上增加特定限定条件的工艺来除去铝铁合金液中H、N、O元素，并通过对工艺中的相关参数进行精确控制，从而得到该H、N、O元素的含量极低的铝铁合金，使得使用该铝铁合金的钢材质量大大提高，且整个工艺简单易于实施。
具体实施方式
以下结合实施例对发明做详细的说明：
本发明通过提供一种低H、N、O元素含量的铝铁合金及其制备方法，对铝铁合金的冶炼进行相应的改进，从而可大大提高冶炼后钢材中H、N、O元素的含量，从而提高了钢材的质量。
作为本发明一种具体实施例，本发明提供一种低H、N、O元素含量的铝铁合金的制备过程，具体步骤如下：
1）、选用没有油污的废钢和直接还原铁按7:3在电炉内熔化成铝铁合金液；
2）、向步骤1形成的铝铁合金液中加入造渣剂进行精炼除氧，其中渣料加入量为1.8Kg/吨铝铁合金液，通过计算机将精炼时间控制为20min，精炼温度控制为1400℃，并将碱度R控制在2.8，从而可大大去除铝铁合金液内氧元素含量，降低杂质含量；
3）、向步骤2精炼后的铝铁合金液中加入充分预热的铝料进行混合，必需确保铝料充分预热，以确保反应足够充分，而不发生其他化学反应；
4）、通过在冶金设备底部吹干燥的氩气，使铝铁合金液在冶金设备内产生大量氩气气泡，并对合金液进行充分搅拌，以除去铝铁合金液内的氢、氮等气体及氧化物夹杂，并通过计算机将吹氩压力控制为0.15-0.2Mpa，流量控制为30-50L/min，吹氩时间控制为10min，保温静置时间控制为10min，并根据铝铁合金液产生气泡翻腾情况对吹氩压力及流量进行相应的调整，采用计算机对吹氩压力、流量、吹氩时间和保温静置时间，从而能更为得到最好的吹氩效果；
5）、采用连铸浇注铝铁合金液，在结晶器内合金液表面采用熔渣覆盖，待合金液注入铸模后，等待6秒或6秒以上至铝铁合金液完全凝固，等待时间需保证在6秒或6秒以上以确保铝铁合金液完全凝固，再待冷却至300℃以下再进行相应的精整处理，冷却温度需要确保至300℃以下以使得精整处理的钢材质量更好。
作为本发明另一种具体实施例，本发明提供一种低H、N、O元素含量的铝铁合金的制备过程，具体步骤如下：
1）、选用没有油污的废钢和直接还原铁按7:3在电炉内熔化成铝铁合金液；
2）、向步骤1形成的铝铁合金液中加入造渣剂进行精炼除氧，其中渣料加入量为1.5Kg/吨铝铁合金液，通过计算机将精炼时间控制为30min，精炼温度控制为1500℃，并将碱度R控制在3.1，从而可大大去除铝铁合金液内氧元素含量，降低杂质含量；
3）、向步骤2精炼后的铝铁合金液中加入充分预热的铝料进行混合，必需确保铝料充分预热，以确保反应足够充分，而不发生其他化学反应；
4）、通过在冶金设备底部吹干燥的氩气，使铝铁合金液在冶金设备内产生大量氩气气泡，从而对合金液进行充分搅拌，以除去铝铁合金液内的氢、氮等气体及氧化物夹杂，并通过计算机将吹氩压力控制为0.15-0.2Mpa，流量控制为30-50L/min，吹氩时间控制为20min，保温静置时间控制为20min，并根据铝铁合金液产生气泡翻腾情况对吹氩压力及流量进行相应的调整，采用计算机对吹氩压力、流量、吹氩时间和保温静置时间，从而能更为得到最好的吹氩效果；
5）、采用连铸浇注对铝铁合金液进行浇注，当铝铁合金液在结晶器内采用熔渣表面覆盖浇注，待铝铁合金液注入铸模后，等待6秒或6秒以上至铝铁合金液完全凝固，等待时间需保证在6秒或6秒以上以确保铝铁合金液完全凝固，再待冷却至300℃以下再进行相应的精整处理，冷却温度需要确保至300℃以下以使得精整处理的钢材质量更好。
作为本发明最佳实施例，本发明提供一种低H、N、O元素含量的铝铁合金的制备过程，具体步骤如下：
1）、选用没有油污的废钢和直接还原铁按7:3在电炉内熔化成铝铁合金液；
2）、向步骤1形成的铝铁合金液中加入造渣剂进行精炼除氧，其中渣料加入量为1.5Kg/吨铝铁合金液，通过计算机将精炼时间控制为25min，精炼温度控制为1450℃，并将碱度R控制在3.1，从而可大大去除铝铁合金液内氧元素含量，降低杂质含量；
3）、向步骤2精炼后的铝铁合金液中加入充分预热的铝料进行混合，必需确保铝料充分预热，以确保反应足够充分，而不发生其他化学反应；
4）、通过在冶金设备底部吹干燥的氩气，使铝铁合金液在冶金设备内产生大量氩气气泡，从而对合金液进行充分搅拌，以除去铝铁合金液内的氢、氮等气体及氧化物夹杂，并通过计算机将吹氩压力控制为0.15-0.2Mpa，流量控制为30-50L/min，吹氩时间控制为15min，保温静置时间控制为15min，并根据铝铁合金液产生气泡翻腾情况对吹氩压力及流量进行相应的调整，采用计算机对吹氩压力、流量、吹氩时间和保温静置时间，从而能更为得到最好的吹氩效果；
5）、采用连铸浇注对铝铁合金液进行浇注，当铝铁合金液在结晶器内采用熔渣表面覆盖浇注，待铝铁合金液注入铸模后，等待6秒或6秒以上至铝铁合金液完全凝固，等待时间需保证在6秒或6秒以上以确保铝铁合金液完全凝固，再待冷却至300℃以下再进行相应的精整处理，冷却温度需要确保至300℃以下以使得精整处理的钢材质量更好。
根据上述步骤可知本发明是在现有铝铁合金冶金工艺的基础上增加特定限定条件的工艺来除去铝铁合金液中H、N、O元素，并通过对工艺中的相关参数进行精确控制，从而得到H、N、O元素的含量极低的铝铁合金，使得该钢材的力学性能大大提高，且整个工艺简单易于实施，具有极高的市场前景。
根据上述步骤可得到本专利所述低H、N、O元素含量的铝铁合金，该合金中氢的重量百分比≤2PPm，氮的重量百分比≤80PPm，氧的重量百分比为≤20PPm，由于其H、N、O元素含量极低，因此检查厚度小于40-100mm的低H、N、O元素含量的铝铁合金锻件具有如下性能指标：
| 厚度δ | 抗拉强度σb/Mpa | 屈服强度σp0.2/Mpa | 断后伸长率δ5/% | 断面收缩率ψ/% | 泊松比μ |
| δ≤40-100 | 840-1200 | 840 | 10 | 23 | 0.33 |
根据以上力学性质可知本专利所述铝铁合金具有极高的力学性能，使用范围极广，成本低廉，因此可替代部分特种钢材，具有极高的市场前景。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种低H、N、O元素含量的铝铁合金，包括铝和铁，铝的重量百分比为36-65%，铁的重量百分比为33-62%，其特征在于：所述铝铁合金中氢的重量百分比≤2PPm，氮的重量百分比≤80PPm，氧的重量百分比为≤20PPm。
2.制备如权利要求1所述的低H、N、O元素含量的铝铁合金的方法，具体制备过程步骤如下，其特征在于：
1）、选用没有油污的废钢和直接还原铁按7:3在电炉内熔化成铝铁合金液；
2）、向步骤1形成的铝铁合金液中加入造渣剂进行精炼除氧，其中渣料加入量为1.5-1.8Kg/吨铝铁合金液，通过计算机将精炼时间控制为20-30min，精炼温度控制为1400-1500℃，并将碱度R控制在2.8-3.1；
3）、向步骤2精炼后的铝铁合金液中加入充分预热的铝料进行混合；
4）、通过在冶金设备底部吹干燥的氩气，使铝铁合金液内产生大量的氩气气泡，从而对合金液进行充分搅拌，以除去合金液内的氢、氮气体和氧化物夹杂，并通过计算机将吹氩压力控制为0.15-0.2Mpa，流量控制为30-50L/min，吹氩时间控制为10-20min，保温静置时间控制为10-20min，并根据铝铁合金液产生气泡翻腾情况对吹氩压力及流量进行相应的调整；
5）、采用连铸浇注对铝铁合金进行浇注，当铝铁合金液在结晶器内采用熔渣表面覆盖浇注，待铝铁合金液注入铸模后，等待6秒或6秒以上至铝铁合金液完全凝固，再待冷却至300℃以下再进行相应的精整处理。
3.根据权利要求2所述的一种低H、N、O元素含量的铝铁合金的制备方法，其特征在于：所述步骤2精炼时间控制为25min。
4.根据权利要求2所述的一种低H、N、O元素含量的铝铁合金的制备方法，其特征在于：所述步骤2精炼温度控制为1450℃。
5.根据权利要求2所述的一种低H、N、O元素含量的铝铁合金的制备方法，其特征在于：所述步骤4吹氩时间控制为10min。
6.根据权利要求2所述的一种低H、N、O元素含量的铝铁合金的制备方法，其特征在于：所述步骤4保温静置时间控制为10min。
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Denomination of invention: The invention relates to an aluminum iron alloy with low content of H, N and O elements and a preparation method thereof Effective date of registration: 20210810 Granted publication date: 20130619 Pledgee: Jiangsu Jiangnan Rural Commercial Bank Limited by Share Ltd. Pledgor: JIANGSU JIANGNAN FERROALLOY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980007459 |