一种Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法
技术领域
本发明属于黑金属材料冶金技术领域,涉及电冶金技术领域,具体涉及一种Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法。
背景技术
Fe-Mn系列阻尼合金是一种具有减振降噪特性的功能材料。在现有的几类阻尼合金中,Fe-Mn系阻尼合金不但强度较高、成本低,而且其阻尼性能随着应变振幅的增大而增加,可作为较大振动和冲击部件使用,应用前景非常好,因此在近年来引起国内外研究学者的广泛重视。但是普通铸锭和连铸坯制得的铁锰合金中杂质粗大、铸态组织疏松,常导致在热加工过程中开裂,导致成材率低,如何开发一种新的Fe-Mn合金加工工艺使其成材率提高是当务之急。
众所周知,电渣重熔的优点之一是可获得纯净度高、组织好、表面光滑的钢锭,这是其它冶炼方法无法媲美的。但是,当电渣重熔设备结构不合理或者电渣重熔的工艺参数制定不合理时,重熔锭会出现内部的低倍、夹杂和表面质量缺陷等问题。基于此,针对Fe-Mn合金如何设计出一种适合的电渣重熔工艺,获得符合要求、成材率高的Fe-Mn合金产品,十分具有意义。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足,本发明要解决的技术问题是:如何提供一种Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法,使采用该方法制得的Fe-Mn合金热加工过程中不易开裂、成材率高,且具有纯净度高、表面光滑、组织好的特点。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:一种Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法,包括如下步骤:
1)采用如下重量份组分的电渣:60~70份CaF2、15~20份Al2O3和15~20份CaO;将所述电渣于500~700℃下干燥9~12小时;
2)将自耗电极焊接在假电极上,向所述电渣重熔炉的结晶器中加入脱氧剂和步骤1)干燥后的电渣,装配好电渣重熔炉,设置电压57~60 V、电流3000~3500 A通电起弧,建立渣池;其中,所述电渣的添加量为G渣=G锭/(18~22)kg,所述脱氧剂为质量比1.5~3.0:1.0~2.0的锰铁粉和铝粉,所述脱氧剂与所述电渣的质量比为3~5: 200~300;
3)步骤2)渣池建立后,调节冶炼电流I=(0.15~0.25)×D结 A,冶炼电压U=0.5×D结+(26~33) V,熔化速率V=(0.6~0.8) D结 kg/min,对所述自耗电极进行电渣重熔,冶炼过程中加入锰铁粉和铝粉进行脱氧;其中,所述锰铁粉、铝粉和自耗电极的质量比为0.2~0.4: 0.5~0.8:1000;其中,所述D结为结晶器的直径,单位为m。
本发明针对铁锰合金的熔点和杂质种类性质,选用比合金熔点低100~200℃、可实现对铁锰合金中不同杂质进行选择性去除可控精炼的电渣,本发明渣系组份中氟化钙:氧化铝:氧化钙的质量介于6:2:2与7:1.5:1.5之间,采用这样比例组份的熔渣不仅熔点低,钢渣界面张力大,钢渣分离有利;而且熔渣不易吸气,钢种的氧含量大大降低,去除钢中脆性夹杂物、氧化物、硫化物效果明显。采用本发明电渣重熔参数进行冶炼,熔炼过程稳定,所得到的钢锭具有组织致密,表面光洁,锻造塑性好的特点,根据铁锰合金的组织特性,电渣的添加量为G渣=G锭/(18~22)kg,每公斤渣重熔18~22公斤合金钢。针对电渣重熔起弧造渣过程中铁锰合金中锰元素烧损严重,在起弧时在渣中添加了锰铁粉和铝粉,不仅抑制了锰元素的烧损,还对渣料进行了深度预脱氧,本发明选用高电压低电流进行化渣,可以保证化渣迅速,渣池建立快;针对现有技术中电渣重熔制得的铁锰合金成材率低、出现内部低倍、夹杂和表面缺陷等问题,本发明特别根据铁锰合金的性质,选择冶炼电流I=(0.15~0.25)×D结,冶炼电压U=0.5×D结+(26~33),熔化速率V=(0.6~0.8) × D结,这样的参数条件使冶炼重熔中柱状晶生长有利于轴向性发展,二次枝晶间距小,偏析小,进而使制得的钢锭热加工塑性好,提高了组织性能和热塑性,获得的钢锭成分均匀、纯净度高、组织致密。本发明在冶炼过程中也持续添加锰铁粉和铝粉进行脱氧,有效保证了冶炼过程中锰元素不被烧损,保证制得的铁锰合金铸锭成分合格、成材率高。
进一步,步骤1)中所述电渣包括如下重量份的组分:65份CaF2 、17份Al2O3 和18份CaO。该组份渣系具有较低的熔点和黏度,流动性好,电导率较高,透气性低;有足够的还原性,渣的脱氧、脱硫能力好,对去除球状夹杂物、塑性夹杂物极其有利。
作为优化,步骤3)在冶炼过程中以1~3g/min的速度添加锰铁粉和铝粉。以这样的速度添加锰铁粉和铝粉,可以保证冶炼过程中能够始终处于脱氧状态,脱氧更加均匀彻底,能进一步保证铁锰合金中有益合金元素不被烧损,保证制得的钢锭成分合格,成材率高。
作为优化,步骤3)冶炼过程中控制所述电渣重熔炉的结晶器出水温度在40~60℃,进水温度≤30℃。控制这样的结晶器进出水温度,可以保证在冶炼过程中冷却强度不发生突然变化,进而能使制得的铸锭具有薄而均匀的渣皮,能够有效提高钢锭的表面质量。
作为又一优化,还包括4):步骤3)冶炼结束后,对钢锭进行分级小电流补缩,先于4000~4200A电流下补缩4~5分钟,再于2500~2800A电流下补缩3~4分钟,最后于1000~1300A电流下补缩2~3分钟。采用这样的补缩方法,能够使钢锭实现丰满的补缩效果,提高电渣锭成材率,克服现有技术中铁锰合金成材率低下的问题。
相比现有技术,本发明具有如下有益效果:
1、本发明针对铁锰合金的熔点和杂质种类性质,首先选择出比合金熔点低100~200℃、可实现对铁锰合金中不同杂质进行选择性去除可控精炼的电渣,所述的渣系组份中氟化钙:氧化铝:氧化钙的质量介于6:2:2与7:1.5:1.5之间,采用这样比例组份的熔渣不仅熔点低,钢渣界面张力大,钢渣分离好;且熔渣不易吸气,对去除钢中脆性夹杂物、氧化物、硫化物效果明显。采用本发明工艺熔炼过程稳定,所得到的钢锭具有组织致密,表面光洁,锻造塑性好的特点。不仅如此,本发明还设计出适用于铁锰合金的冶炼电流、冶炼电压和熔化速率,在冶炼重熔中柱状晶生长有利于轴向性发展,二次枝晶间距小,偏析小,使制得的铸锭热加工塑性好,提高了组织性能和热塑性,获得的钢锭成分均匀、纯净度高、组织致密,在热加工过程中不易开裂。利用本发明工艺制得的铁锰合金钢纯净度高、铸态组织好、高温塑性强、钢锭表面光滑、成材率高达93%,制好的合金钢锭良好的满足了成分要求。
2、本发明方法制得的合金钢锭氧含量低,夹杂物细小分散,疏松度为0~0.5,锻造性能好,易于锻造,锻造过程中不易开裂,具有良好的组织性能,应用前景好。
3、本发明方法易于操作,无需使用特殊的操作仪器或工具,市场推广前景好,且本发明方法操作时间短,提高了生产效率和商品附加值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为前提下进行实施,现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本发明具有创造性,但本发明的保护范围不限于以下的实施例。
下述实施例所用Fe-Mn合金自耗电极为中频感应炉冶炼,表面经砂磨处理。用∮160mm自耗电极,重熔成∮300mm电渣锭。
实施例1 电渣重熔生产铁锰合金的方法
一种Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法,包括如下步骤:
1)采用如下重量份组分的电渣:60份CaF2 、15份Al2O3 和15份CaO;将所述电渣于500℃下干燥12小时;
2)将自耗电极焊接在假电极上,向所述电渣重熔炉的结晶器中加入脱氧剂和步骤1)干燥后的电渣,装配好电渣重熔炉,设置电压60V、电流3000 A通电起弧,建立渣池;其中,所述电渣的添加量30kg,所述脱氧剂为质量比为3:2的锰铁粉和铝粉,所述脱氧剂与所述电渣的质量比为3:200;
3)步骤2)渣池建立后,调节冶炼电流I=5600A,冶炼电压U=48V,熔化速率V=22Kg/min,在氩气保护下对所述自耗电极进行电渣重熔,冶炼过程中加入锰铁粉和铝粉进行脱氧;其中,所述锰铁粉270g、铝粉180g,在冶炼过程中以2g/min的速度添加锰铁粉和铝粉;冶炼过程中控制所述电渣重熔炉的结晶器出水温度在46℃,进水温度25℃;
4)步骤3)冶炼结束后,对钢锭进行分级小电流补缩,先于4000A电流下补缩4分钟,再于2500A电流下补缩3分钟,最后于1000A电流下补缩2分钟。
对本实施例制得的电渣重熔锭质量进行检测,结果如下表1所示。由下表1可以看出,采用本实施例方法制得的铁锰合金钢锭与自耗电极相比,得到的电渣钢锭氧含量显著降低,钢中的非金属夹杂物、氧化物、硫化物明显降低,热锻性能提高,锻造塑性好成材率高。
表1 电渣重熔前后对比
类 别 |
氧含量[O]% |
非金属夹杂物 |
氧化物 |
硫化物 |
锻造性能 |
自耗电极 |
0.00297 |
集中,粗大 |
1.0 |
1.5 |
差,易开裂 |
重熔钢锭 |
0.00153 |
细小,分散 |
0.5 |
0.5 |
好,易锻造 |
实施例2 电渣重熔生产铁锰合金的方法
一种Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法,包括如下步骤:
1)采用如下重量份组分的电渣:63份CaF2 、18份Al2O3 和19份CaO;将所述电渣于700℃下干燥9小时;
2)将自耗电极焊接在假电极上,向所述电渣重熔炉的结晶器中加入脱氧剂和步骤1)干燥后的电渣,装配好电渣重熔炉,设置电压60 V、电流3000 A通电起弧,建立渣池;其中,所述电渣的添加量30kg,所述脱氧剂为质量比为2:1的锰铁粉和铝粉,所述脱氧剂与所述电渣的质量比为5:300 ;
3)步骤2)渣池建立后,调节冶炼电流I=5800A,冶炼电压U=45V,熔化速率V=20kg/min,在氩气保护下对所述自耗电极进行电渣重熔,冶炼过程中加入锰铁粉和铝粉进行脱氧;其中,其中,所述锰铁粉340g、铝粉160g,在冶炼过程中以2g/min的速度添加锰铁粉和铝粉;冶炼过程中控制所述电渣重熔炉的结晶器出水温度在50℃,进水温度29℃;
4)步骤3)冶炼结束后,对钢锭进行分级小电流补缩,先于4300A电流下补缩4分钟,再于2700A电流下补缩3分钟,最后于1300A电流下补缩2分钟。
对本实施例制得的电渣重熔锭质量进行检测,结果如下表2所示,由下表2可以看出,采用本实施例方法制得的铁锰合金钢锭与自耗电极相比,得到的电渣钢锭氧含量显著降低,钢中的非金属夹杂物、氧化物、硫化物明显降低,热锻性能提高,锻造塑性好成材率高。
表2 电渣重熔前后对比
类 别 |
氧含量[O]% |
非金属夹杂物 |
氧化物 |
硫化物 |
锻造性能 |
自耗电极 |
0.00286 |
集中,粗大 |
1.0 |
1.5 |
差,易开裂 |
重熔钢锭 |
0.00131 |
细小,分散 |
0.5 |
0.5 |
好,易锻造 |
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。