CN105463230B

CN105463230B - 一种低碳低熔点硅氮合金生产方法

Info

Publication number: CN105463230B
Application number: CN201510845421.9A
Authority: CN
Inventors: 王安仁; 郑志方; 杨树峰
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2015-11-26
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2035-11-26
Also published as: CN105463230A

Abstract

一种硅氮合金的生产方法，属于铁合金生产领域。其特征在于硅氮合金成分含量为C≤0.5％,Si35～50％,N20～30％,Fe10～20％，Mn2～10％,Ca3～8％,制备时将高碳硅铁配加少量氧化剂以脱碳，加入适量融合剂以降低熔点，并置于氮气气氛下加热氮化，获得碳含量小于0.5％，熔点低于1500℃的硅氮合金。本发明在氮化硅铁的同时，还降低了合金中原有的碳含量以及氮化后的合金熔点，因此用于炼钢增氮时，不会造成钢液增碳，且有利于提高增氮效果。

Description

一种低碳低熔点硅氮合金生产方法

技术领域

本发明涉及到一种硅氮合金的生产方法，属于铁合金生产领域。

技术背景

冶金技术的发展，不少钢需要加氮以提高钢的性能，如钢筋、非调质钢等，氮在钢中因固溶和以碳氮化物析出，可以细化晶粒、提高强度，降低成本，当前钢筋最流行的工艺就是向钢中加入氮化物，通常加入的是钒氮合金，但钒氮合金氮含量较低，钒的沉淀析出有限。取向硅钢中，加入氮化硅铁、氮化硅锰等以增氮，目的是增加抑制剂AlN的弥散析出，提高晶粒生长取向，提高磁性。

通常氮化物都是高熔点物质，加入到钢包后难以熔化和吸收，操作不当还会适得其反，造成夹杂，另外对于低碳钢种，加入的合金不能对钢液增碳，所以氮化合金的中碳含量必须低，但低碳合金原料成本较高，如何用高碳合金低成本生产低碳氮化物，是亟待解决的难题。

氮化合金中，不能存在可能污染钢水的夹杂成分，加入相对廉价的融体组元，必须考虑组分及氮化后遗留，氮化工艺中如何消除有害元素，保留有益元素至关重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以相对廉价的合金或添加剂，生产低碳低熔点的硅氮合金，用于炼钢生产稳定的钢液增氮。一种低碳低熔点硅氮合金生产方法，其特征在于硅氮合金成分含量为C≤0.5％,Si35～50％,N20～30％,Fe10～20％，Mn2～10％,Ca3～8％,制备时将高碳硅铁配加少量氧化剂以脱碳，加入适量融合剂以降低熔点，并置于氮气气氛下加热氮化，获得碳含量小于0.5％，熔点低于1500℃的硅氮合金。

合金基体可以是各类成分的硅铁，也可以是硅铁与硅锰合金、硅钙合金、硅铝钡钙的混合合金，或者配入其他可氮化元素的合金，如钒铁、钛铁，铬铁以及金属铝粉、稀土合金。

氧化剂为铁皮、铁矿石、锰矿石，融合剂为萤石、石灰、膨润土。

硅铁粉与其余各原料总和的配比范围是：5:1～10:1，实际比例依据原料种类和产品需求确定。氮化后成分与配比有关，其中氧化剂的配比依据硅铁含碳量计算确定，以化学当量的95～120％配入，混料中氧化硅铁粉比例减少，产品中氮和硅的含量会相应减少，合金的熔点也会相应的变化。

本发明的生产方法，其工业生产炉为间歇式梭式窑，也可以是其他密闭或完全氮气氛窑炉、自蔓延式反应釜。

间歇式梭式窑生产步骤是：

①将普通的75硅铁(如含碳2.0％)、铁皮、萤石分别破碎成粉末，50～200目(350～70微米)，

②配比混料，根据硅铁中碳含量配加铁皮粉末，以C+FeO＝Fe+CO反应为基准，按FeO过量10％计算，C：FeO＝1:7；加入脱水干燥的萤石或石灰粉末5～10％。

③将充分混合的原料放入密闭的氮化炉内，炉内先预抽真空，充氮置换气氛为完全氮气氛，

④逐步加热，分别在700～1300℃每200℃不同温度保持一段时间，在1200～1300℃氮化5～20小时，最高温度控制不要超过1400℃，

⑤气氛压力保持在0.01～0.04Mpa,氮化结束后，氮气保护至600℃以下出炉。

有别于氮化硅铁的是，氮化硅铁只是纯硅铁氮化，本发明在氮化硅铁的同时，还降低了合金中原有的碳含量以及氮化后的合金熔点，因此用于炼钢增氮时，不会造成钢液增碳，并因为熔点低，有利于提高增氮效果。

具体实施方式

实例1:将含C2.05％，Si75.2％的硅铁粉与铁皮、萤石、石灰充分混合，混合比例：7:1:1:1，置于管式炉内充氮加热至800℃保温2小时，1000℃保温4小时，最后加热至1300℃氮化6小时得到灰白低碳低熔点硅氮合金，结构致密，成分均匀，测得合金软化点为1375℃。成分为Si:45％，N:25.4％,C:0.53％，Ca:4.3％。

实例2：将C1.56％，Si74.86％的硅铁粉与矿石、萤石、石灰成分混合，混合比例：7:1：1:1，置于8M³氮化炉中，先预抽真空至-0.03Mpa，充氮后再抽真空，如此循环4次，以氮置换空气，后充氮0.04Mpa下加热至800℃保温1小时，后继续缓慢升温，因高温下大批量的硅粉氮化是放热反应，减压或充氩控制反应速度和炉膛温度，温度自升温到1300℃后保持18小时，得到的低碳低熔点硅氮合金成分为Si48.2％，C0.45％，N26.3％，Ca3.6％。测得硅氮合金软化温度为：1390℃。

实例3：将C1.56％，Si74.86％的硅铁粉与硅钙合金粉(Ca28.67％，Si58.75％)、矿石、萤石混合，混合比例：6.5:1.5:1:1，置于8M³氮化炉中，先预抽真空至-0.03Mpa，充氮后再抽真空，如此循环5次，以氮置换空气，后充氮0.04Mpa下加热至800℃保温2小时，后继续缓慢升温，当反应放热剧烈时，减压或充氩控制反应速度和炉膛温度，温度自升温到1300℃后保持18小时，得到的低碳低熔点硅氮合金成分为Si46.35％，C0.37％，N25.85％，Ca5.8％。测得硅氮合金软化温度为：1412℃。

Claims

1.一种低碳低熔点硅氮合金生产方法，其特征在于硅氮合金成分含量为C≤0.5%,Si35～50%,N20～30%,Fe10～20%，Mn2～10%,Ca3～8%,制备时将高碳硅铁配加少量氧化剂以脱碳，加入适量融合剂以降低熔点，并置于氮气气氛下加热氮化，获得碳含量小于0.5%，熔点低于1500℃的硅氮合金。

2.根据权利要求1所述一种低碳低熔点硅氮合金生产方法，其特征在于，氧化剂为铁皮、铁矿石、锰矿石，融合剂为萤石、石灰、膨润土。

3.根据权利要求1所述一种低碳低熔点硅氮合金生产方法，其特征在于，高碳硅铁粉与其余各原料总和的配比范围是：5:1～10:1，实际比例依据原料种类和产品需求确定；氮化后成分与配比有关，其中氧化剂的配比依据高碳硅铁含碳量计算确定，以化学当量的95~120%配入，混料中高碳硅铁粉比例减少，产品中氮和硅的含量会相应减少，合金的熔点也会相应的变化。

4.根据权利要求1所述一种低碳低熔点硅氮合金生产方法，其特征在于，其工业生产炉为间歇式梭式窑、真空炉或其他完全氮气氛炉，自蔓延反应釜；对于间歇式梭式窑，必须先抽真空，再充氮换气，氮气氛下加热。

5.根据权利要求1-4之一所述一种低碳低熔点硅氮合金生产方法，其特征在于，采用间歇式梭式窑具体生产步骤如下：

①将普通的75高碳硅铁、铁皮、萤石分别破碎成350～70微米的粉末，

②配比混料，根据高碳硅铁中碳含量配加铁皮粉末，以C+FeO=Fe+CO反应为基准，按FeO过量10%计算，C：FeO=1:7；加入脱水干燥的萤石5～10%；

④逐步加热，分别在700～1300℃每200℃不同温度保持一段时间，在1200～1300℃氮化5～20小时，最高温度控制不要超过1400℃，⑤气氛压力保持在0.01～0.04MPa,氮化结束后，氮气保护至600℃以下出炉。