CN107641681B - 一种新型炼钢用复合脱氧剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型炼钢用复合脱氧剂，包含锰铝硅钛镨钕铽的铁合金、氧化钙和氧化镁，其中铁合金中锰的含量为14~16wt%，铝的含量为5~7wt%，硅的含量为3~5wt%，钛的含量为2~4wt%，镨的含量为1~6 wt%，钕的含量为1~4wt%，铽的含量为0.5~1wt%，其余为铁；铁合金、氧化钙和氧化镁按重量混合的比例为1:0.05~0.08:0.01~0.05。本发明还提供一种上述复合脱氧剂的制备方法。本发明所提供的新型炼钢专用复合脱氧剂及其制备方法，进行脱氧后所形成的脱氧产物熔点远低于1270℃，而且生成的脱氧产物夹杂物颗粒的粒径大、比重轻，易于上浮于钢渣中。
Description
技术领域
本发明涉及冶金领域和金属加工领域，具体为一种用以提高产品质量、净化钢水的新型炼钢用复合脱氧剂及其制备方法。
背景技术
在钢铁合金冶炼过程中，在炼钢阶段将原材料熔化为钢水，然后在氧化期过程中，需加入氧化剂，如吹入氧气或加入铁矿石即氧化铁以氧化方法去除含有的碳，并降低有害的磷等杂质和气体。在通常情况下，需要加入过量的氧化剂，以达到脱碳、脱磷、降去有害杂质和气体的目的，因此会形成氧化夹杂物。这些氧化夹杂物因比重与钢水相当，因此大都集中于钢水的中心，从而造成熔炼的钢铁易发生热脆等缺点。
通常需要再加入脱氧剂进行脱氧处理，目前脱氧剂的种类很多，常用的有硅铁、锰铁、硅锰合金及单质铝等，以及合金化材料如铌铁、钒铁、钛铁等。
一般，电弧和钢包精炼进行的脱氧处理工艺主要有沉淀氧和扩散脱氧。沉淀脱氧是向钢水中直接加入脱氧的合金材料，使之形成氧化物，最终氧化物上浮进入钢渣。该方法脱氧速度快，但产生的夹杂物较多，且夹杂物混合在钢水中不易上浮于渣中，因此较难去除。通常在沉淀脱氧前会在钢水中加入少量萤石和石灰等用来造渣，目是的吸附钢水中的夹杂物，使其上浮。扩散脱氧：在钢渣中氧化铁的含量较高，可向钢渣中加入碳粉、硅粉、硅钙粉、铝粉等还原剂，用于还原钢渣，使钢渣中的FeO含量降低，有利于钢水中的氧扩散到钢渣中。
熔炼工艺的钢水温度一般都控制在1600℃左右，冶炼过程中分别单独加入上述脱氧剂，由于目前所采用的脱氧剂大都为锰铁、硅铁及单质铝等，这些脱氧剂尽管也起来脱氧作用，但很难形成低熔点、比重轻的液态大颗粒（如Al2O3、SiO2和MnO的熔点分别为2050℃、1713℃和1785℃，高于钢水温度），导致这些脱氧产物难以上浮以脱离钢水进入钢渣，从而在钢水中以固体状存在，破坏钢的机械性能。
发明内容
本发明首先要解决的技术问题是提供一种新型炼钢用复合脱氧剂，其以轻稀土掺杂形成，易形成比重轻、熔点低、颗粒大的脱氧产物，以便脱离钢液上浮于钢渣中，而且通过氢化处理，有效降低了硫磷及氧碳含量，从而使钢液得到净化。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种新型炼钢用复合脱氧剂，该复合脱氧剂的成分包括：包含锰铝硅钛镨钕铽的铁合金、氧化钙和氧化镁，其中铁合金中锰的含量为14~16wt%，铝的含量为5~7wt%，硅的含量为3~5wt%，钛的含量为2~4wt%，镨的含量为1~6 wt%，钕的含量为1~4wt%，铽的含量为0.5~1wt%，其余为铁；铁合金、氧化钙和氧化镁按重量混合的比例为1: 0.05~0.08: 0.01~0.05。
进一步地，铁合金、氧化钙和氧化镁中硫和磷的重量百分比均小于0.02%，碳含量均小于0.1%。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种上述复合脱氧剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照比例制备锰铝硅钛镨钕铽铁合金；
（2）将铁合金、氧化钙和氧化镁按照重量比混合。
进一步地，制备铁合金具体包括如下步骤：
（1）按锰铝硅钛镨钕铽铁的重量比称取原材料并混合，将混合后的原材料在高真空1×10-3~1×10-6 毫米汞柱条件下，于1250~1350℃冶炼100~150min，再浇注成型；
（2）将浇注成型的合金放置于保温炉中，控制温度为520~650℃，向保温炉中通入氢氩混合气氛，其中氢气和氩气的体积比为0.10~0.15:1，在此条件下对合金进行还原热处理，时长为60~80min；
（3）在还原热处理完成后，将保温炉的温度降至210~260℃，对合金进行低温时效处理，时长为300~450min，最终获得高纯无氧的锰铝硅钛镨钕铽铁合金。
本发明的有益效果是：
1. 本发明所提供的新型炼钢专用复合脱氧剂及其制备方法，进行脱氧后所形成的脱氧产物熔点远低于1270℃，而且生成的脱氧产物夹杂物颗粒的粒径大、比重轻，易于上浮于钢渣中。
2. 本发明所提供的新型炼钢专用复合脱氧剂及其制备方法，由于掺杂了轻稀土亲氧性能明显提高，比锰铁合金相比，可以有效降低钢水中含氧量。
3. 本发明所提供的新型炼钢专用复合脱氧剂及其制备方法在氢氩气保护下，经两步热处理，有效地去除常规脱氧剂中氧含量，同时部分的氢气残留在合金中，对钢水熔炼起来了还原作用，因此除氧效果更好，而且脱氧后形成的夹杂物在钢水中残留显著降低，产品纯净度高，从而满足客户对高质量标准钢材的要求。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步阐述，但不应将实施例作为对本发明的保护范围的限定。
实施例1。
制备脱氧剂。
（1）按锰的含量为14wt%，硅的含量为3 wt%，铝的含量为5 wt%，钛的含量为2wt%，镨的含量为1 wt%，钕的含量为1wt%，铽的含量为0.5wt%，其余为铁的比例称取金属原材料，本实施例中，金属原材料的总重量可以是10Kg、20Kg或25Kg。
（2）机械法将金属原材料分别制成粉末状，粉末颗粒的尺寸不大于0.8mm。
（3）将粉末化后的各种金属原材料在常温下进行充分的物理混合。
（4）混合后的原材料在高真空1×10-3毫米汞柱条件下，于1250℃冶炼150min，再浇注成型。
（5）将浇注成型的合金放入保温炉中，控制温度为520℃并保温。
（6）向保温炉中通入氢氩混合气氛，其中氢气和氩气的体积比为0.10:1，在此条件下对合金进行还原热处理，时长为80min。
（7）保温炉降温至210℃并保温。
（8）在此条件下对还原后的合金进行低温时效处理，时长为300min，最终获得高纯无氧的锰铝硅钛镨钕铽铁合金。
（9）取纯度大于96.5%的氧化钙和氧化镁，进行提纯去杂。
（10）提纯后的氧化钙和氧化镁与制备获得的锰铝硅钛镨钕铽铁合金按照铁合金、氧化钙和氧化镁的重量比例为1: 0.05: 0.01配比，熔炼混合后制备得脱氧剂。
本实施例中制备的复合脱氧剂与常规脱氧剂的熔炼钢水后所得的产品性能比较如表1：
表1
由表1可知，本发明的脱氧剂在相同的熔炼条件下，能够大幅度降低熔炼后钢产品中的氧、碳、硫、磷等杂质，极大提高钢的性能。
实施例2。
制备脱氧剂。
（1）按锰的含量为16wt%，硅的含量为5 wt%，铝的含量为7 wt%，钛的含量为4wt%，镨的含量为6 wt%，钕的含量为4wt%，铽的含量为1wt%，其余为铁的比例称取金属原材料，本实施例中，金属原材料的总重量可以是15Kg、25Kg或30Kg。
（2）机械法将金属原材料分别制成粉末状，粉末颗粒的尺寸不大于0.9mm。
（3）将粉末化后的各种金属原材料在常温下进行充分的物理混合。
（4）混合后的原材料在高真空1×10-6毫米汞柱条件下，于1350℃冶炼150min，再浇注成型。
（5）将浇注成型的合金放入保温炉中，控制温度为650℃并保温。
（6）向保温炉中通入氢氩混合气氛，其中氢气和氩气的体积比为0.15:1，在此条件下对合金进行还原热处理，时长为60min。
（7）保温炉降温至260℃并保温。
（8）在此条件下对还原后的合金进行低温时效处理，时长为450min，最终获得高纯无氧的锰铝硅钛镨钕铽铁合金。
（9）取纯度大于95%的氧化钙和氧化镁矿石，进行提纯去杂。
（10）提纯后的氧化钙和氧化镁与制备获得的锰铝硅钛镨钕铽铁合金按照铁合金、氧化钙和氧化镁的重量比例为1: 0.08: 0.05配比，熔炼混合后制备得脱氧剂。
本实施例中制备的复合脱氧剂与常规脱氧剂的熔炼钢水后所得的产品性能比较如表2：
表2
由表2可知，本发明的脱氧剂在相同的熔炼条件下，能够大幅度降低熔炼后钢产品中的氧、碳、硫、磷等杂质，极大提高钢的性能。
实施例3。
制备脱氧剂。
（1）按锰的含量为15wt%，硅的含量为4 wt%，铝的含量为6 wt%，钛的含量为3wt%，镨的含量为3 wt%，钕的含量为2wt%，铽的含量为0.8wt%，其余为铁的比例称取金属原材料，本实施例中，金属原材料的总重量可以是12Kg、18Kg或27Kg。
（2）机械法将金属原材料分别制成粉末状，粉末颗粒的尺寸不大于0.85mm。
（3）将粉末化后的各种金属原材料在常温下进行充分的物理混合。
（4）混合后的原材料在高真空1×10-4毫米汞柱条件下，于1290℃冶炼130min，再浇注成型。
（5）将浇注成型的合金放入保温炉中，控制温度为620℃并保温。
（6）向保温炉中通入氢氩混合气氛，其中氢气和氩气的体积比为0.15:1，在此条件下对合金进行还原热处理，时长为70min。
（7）保温炉降温至230℃并保温。
（8）在此条件下对还原后的合金进行低温时效处理，时长为380min，最终获得高纯无氧的锰铝硅钛镨钕铽铁合金。
（9）取纯度大于96%的氧化钙和氧化镁矿石，进行提纯去杂。
（10）提纯后的氧化钙和氧化镁与制备获得的锰铝硅钛镨钕铽铁合金按照铁合金、氧化钙和氧化镁的重量比例为1: 0.06: 0.03配比，熔炼混合后制备得脱氧剂。
本实施例中制备的复合脱氧剂与常规脱氧剂的熔炼钢水后所得的产品性能比较如表3：
表3
由表3可知，本发明的脱氧剂在相同的熔炼条件下，能够大幅度降低熔炼后钢产品中的氧、碳、硫、磷等杂质，极大提高钢的性能。
Claims (2)
1.一种新型炼钢用复合脱氧剂的制备方法，其特征在于，该复合脱氧剂的成分包括：包含锰铝硅钛镨钕铽的铁合金、氧化钙和氧化镁，其中铁合金中锰的含量为14~16wt%，铝的含量为5~7wt%，硅的含量为3~5wt%，钛的含量为2~4wt%，镨的含量为1~6 wt%，钕的含量为1~4wt%，铽的含量为0 .5~1wt%，其余为铁；铁合金、氧化钙和氧化镁按重量混合的比例为1: 0.05~0 .08: 0 .01~0 .05；
该制备方法包括以下步骤：
（1）按照比例制备锰铝硅钛镨钕铽铁合金；
（2）将铁合金、氧化钙和氧化镁按照重量比混合；
其中，制备铁合金具体包括如下步骤：
（1）按锰铝硅钛镨钕铽铁的重量比称取原材料并混合，将混合后的原材料在高真空1×10-3~1×10-6毫米汞柱条件下，于1250~1350℃冶炼100~150min，再浇注成型；
（2）将浇注成型的合金放置于保温炉中，控制温度为520~650℃，向保温炉中通入氢氩混合气氛，其中氢气和氩气的体积比为0 .10~0 .15:1，在此条件下对合金进行还原热处理，时长为60~80min；
（3）在还原热处理完成后，将保温炉的温度降至210~260℃，对合金进行低温时效处理，时长为300~450min，最终获得高纯无氧的锰铝硅钛镨钕铽铁合金。
2.根据权利要求1所述的一种新型炼钢用复合脱氧剂的制备方法，其特征在于，铁合金、氧化钙和氧化镁中硫和磷的重量百分比均小于0 .02%，碳含量均小于0 .1%。
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