CN109338205B - 一种微碳锰铁合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微碳锰铁合金及其制备方法，属于铁合金制备技术领域，解决了现有技术中的工艺复杂、锰的收得率低、生产环境差以及产生渣量大的问题。上述制备方法包括如下步骤：在中频感应炉内对原料依次进行覆盖熔融、炉内精炼和带渣浇注，脱模后，破碎精整，得到微碳锰铁合金。上述制备方法用于制备微碳锰铁合金。

Description

一种微碳锰铁合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铁合金制备技术，尤其涉及一种微碳锰铁合金及其制备方法。
背景技术
微碳锰铁合金产品指含碳量低于0.05％的锰铁合金，微碳锰铁合金是冶炼优质纯净钢的合金添加剂。
传统的微碳锰铁合金生产方法为二步法，第一步为矿热炉内生产硅锰合金，第二步为摇包精炼生产微碳锰铁。该工艺方法由于采用矿石冶炼，且需要矿热炉和摇包双联生产，工艺复杂，锰的收得率低，生产环境差，产生渣量大，受到国家产业政策限制。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种微碳锰铁合金及其制备方法，解决了现有技术中的工艺复杂、锰的收得率低、生产环境差以及产生渣量大的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种微碳锰铁合金的制备方法，包括如下步骤：在中频感应炉内对原料依次进行覆盖熔融、炉内精炼和带渣浇注，脱模后，破碎精整，得到微碳锰铁合金。
在一种可能的设计中，原料包括金属锰和废钢。
在一种可能的设计中，包括以下步骤：
步骤1：将部分金属锰片和废钢混合加入中频感应炉内，升温使得部分金属锰片和废钢熔化；待中频感应炉的炉口观察到金属液时，逐步将剩余金属锰片加入金属液中；
步骤2：剩余金属锰片全部加入炉内后，加入覆盖渣剂；
步骤3：覆盖渣剂熔化后，进行炉内精炼；
步骤4：精炼结束后，采用带渣浇注方式进行浇注；
步骤5：脱模、破碎精整，得到微碳锰铁合金。
在一种可能的设计中，步骤1中，在将剩余金属锰加入金属液的过程中，加入中频感应炉中的剩余金属锰片完全覆盖金属液。
在一种可能的设计中，部分金属锰片的质量、剩余金属锰片的质量以及剩余金属锰片的加入速度满足以下公式：
tb+f≤ms/vs；
mb+ms＝mz；
mb为部分金属锰片的质量，ms为剩余金属锰片的质量，mz为部分金属锰片和剩余金属锰片的总质量，vs为剩余金属锰片的加入速率，tb+f为部分金属锰片和废铁完全熔融所需要的时间。
在一种可能的设计中，步骤3中，精炼温度控制在1500℃～1600℃，精炼时间控制在10min～20min。
在一种可能的设计中，步骤1和步骤2中，进行底吹氩气。
在一种可能的设计中，底吹氩气的流量控制在8m3/h～15m3/h。
本发明还提供了一种微碳锰铁合金，采用上述微碳锰铁合金的制备方法制得。
在一种可能的设计中，组成按质量百分比为Mn 80％～87％，Si≤0.50％，C≤0.05％，S≤0.020％，P≤0.030％，余量为Fe。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
a)本发明提供的微碳锰铁合金的制备方法采用“一步法冶炼微碳锰铁工艺”，在同一中频感应炉内完成了对原料的覆盖熔融、炉内精炼和带渣浇注，从多个方面减少微碳锰铁合金在制备过程中发生的氧化，缩短了工艺流程，生产环境良好，制得的微碳锰铁合金产品杂质元素含量低、合金收得率高，合金收得率不低于99％，综合能耗低。
b)本发明提供的微碳锰铁合金的制备方法，一方面，采用覆盖熔融，在原料熔化过程中，减少金属液与空气接触，进而减少了金属液中锰元素和铁元素的氧化，提高了微碳锰铁合金产品杂质元素含量低、合金收得率高。另一方面，采用带渣浇注，浮于上层的渣液能够减少金属液在浇注过程中与空气接触，进而减少了金属液中锰元素和铁元素的氧化，降低了微碳锰铁合金产品杂质元素含量，提高了合金收得率高。
c)本发明提供的微碳锰铁合金的制备方法中，采用分步加入金属锰片的方式，这是因为，部分金属锰片和废钢完全熔融需要一定的时间，在这段时间中，未熔化的剩余金属锰片能够避免金属液的表面与空气接触，进而避免金属锰片和废钢与接触到的空气中的氧气发生氧化反应，从而进一步降低微碳锰铁合金产品杂质元素含量，提高合金收得率。
d)本发明提供的微碳锰铁合金的制备方法，微碳锰铁合金中，锰元素的含量较高，金属锰片的加入量大，而中频感应炉的加热主要是通过感应铁元素来实现加热的，将全部金属锰片一步加入中频感应炉中，会导致废铁含量的相对减小，进而使得中频感应炉的加热效率和熔融效率的降低。另外，由于金属锰片的密度低，其处于固态时体积较大，而中频感应炉的容积有限，同时，由于金属锰自身性质难在中频感应炉内熔化。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书和权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
下面具体描述本发明的优选实施例。
本发明提供了一种微碳锰铁合金的制备方法，包括如下步骤：在中频感应炉内对原料依次进行覆盖熔融、炉内精炼和带渣浇注，脱模后，破碎精整，得到微碳锰铁合金。
与现有技术相比，本发明提供的微碳锰铁合金的制备方法采用“一步法冶炼微碳锰铁工艺”，在同一中频感应炉内完成了对原料的覆盖熔融、炉内精炼和带渣浇注，从多个方面减少微碳锰铁合金在制备过程中发生的氧化，缩短了工艺流程，生产环境良好，制得的微碳锰铁合金产品杂质元素含量低、合金收得率高，合金收得率不低于99％，综合能耗低。
具体来说，一方面，本发明采用覆盖熔融，在原料熔化过程中，减少金属液与空气接触，进而减少了金属液中锰元素和铁元素的氧化，提高了微碳锰铁合金产品杂质元素含量低、合金收得率高。另一方面，本发明采用带渣浇注，浮于上层的渣液能够减少金属液在浇注过程中与空气接触，进而减少了金属液中锰元素和铁元素的氧化，降低了微碳锰铁合金产品杂质元素含量，提高了合金收得率高。
为了节约成本，上述原料包括金属锰(例如，硅热法金属锰或电解金属锰)和废钢，采用废钢作为微碳锰铁合金的制备原料，利用废钢中的铁元素作为微碳锰铁合金的铁元素的来源，能够充分利用冶金废料，降低微碳锰铁合金的生产成本。
具体来说，上述制备方法包括以下步骤：
步骤1：将部分金属锰片和废钢混合加入中频感应炉内，升温使得部分金属锰片和废钢熔化；待中频感应炉的炉口观察到金属液时，逐步将剩余金属锰片加入金属液中；
步骤2：剩余金属锰片全部加入炉内后，立刻加入覆盖渣剂；
步骤3：覆盖渣剂熔化后，进行炉内精炼，精炼温度控制在1500℃～1600℃，精炼时间控制在10min～20min；
步骤4：精炼结束后，不扒渣，采用带渣浇注方式进行浇注；
步骤5：锭模冷却后脱模，将表面残留渣清理干净，破碎精整，得到微碳锰铁合金。
上述制备方法中，采用分步加入金属锰片的方式，这是因为，部分金属锰片和废钢完全熔融需要一定的时间，在这段时间中，未熔化的剩余金属锰片能够避免金属液的表面与空气接触，进而避免金属锰片和废钢与接触到的空气中的氧气发生氧化反应，从而进一步降低微碳锰铁合金产品杂质元素含量，提高合金收得率。
同时，微碳锰铁合金中，锰元素的含量较高，金属锰片的加入量大，而中频感应炉的加热主要是通过感应铁元素来实现加热的，将全部金属锰片一步加入中频感应炉中，会导致废铁含量的相对减小，进而使得中频感应炉的加热效率和熔融效率的降低。另外，由于金属锰片的密度低，其处于固态时体积较大，而中频感应炉的容积有限，同时，由于金属锰自身性质难在中频感应炉内熔化。
为了减少金属液中金属锰的氧化，上述步骤1中，在将剩余金属锰加入金属液的过程中，保证加入的剩余金属锰片能够将金属液完全覆盖，这样可以减少甚至避免锰的氧化，提高锰元素收得率。
为了保证部分金属锰片和废钢熔融过程中，金属液上层始终有未熔化的剩余金属锰片进行保护，部分金属锰片的质量、剩余金属锰片的质量以及剩余金属锰片的加入速度应该满足以下公式：
tb+f≤ms/vs；
mb+ms＝mz；
其中，mb为部分金属锰片的质量，ms为剩余金属锰片的质量，mz为部分金属锰片和剩余金属锰片的总质量，vs为剩余金属锰片的加入速率，tb+f为部分金属锰片和废铁完全熔融所需要的时间；需要说明的是，对于tb+f的确定方式，可以通过进行预先实验、调整确定，或者，通过模拟确定均可，可以根据实际需求进行调整。
为了促进部分金属锰片和废钢的熔融和混合，上述步骤1和步骤2中，废钢和金属锰片升温熔化过程中、剩余金属锰片的加入过程中以及精炼过程中均需要进行底吹氩气。底吹氩气能够促进金属液的搅拌，进而促进部分金属锰片和废钢的熔融和混合。
考虑到底吹氩气的流量会对搅拌效果产生影响，因此，可以将底吹氩气的流量控制在8m3/h～15m3/h，这是因为，底吹氩气流量过小，对金属液的搅拌效果差，而底吹氩气流量过大，会造成金属液鼓泡、飞溅，破坏部分金属锰片形成的保护层，增加锰元素和铁元素的氧化，降低产品收得率和纯度。
对于覆盖渣剂，覆盖渣剂的碱度为0.8-1.2，包括石灰和玻璃，石灰与玻璃的质量比为3：4～4：3，主要作用是隔绝空气，防止溶液氧化。
本发明还提供了一种微碳锰铁合金，采用上述微碳锰铁合金的制备方法制得。
具体来说，上述微碳锰铁合金的组成按质量百分比为Mn 80％～87％，Si≤0.50％，C≤0.05％，S≤0.020％，P≤0.030％，余量为Fe。
实施例1
本实施例提供的微碳锰铁合金的制备方法包括如下步骤：
步骤1：原料中电解金属锰片340kg，废钢60kg，共400kg；先将60kg部分金属锰片和60kg废钢混合加入中频感应炉内，底吹氩气，升温至1600℃，使得部分金属锰片和废钢熔化；待中频感应炉的炉口观察到金属液时，逐步将280kg的剩余金属锰片加入金属液中，保证熔融过程中所加入的剩余金属锰片将金属液完全覆盖，持续进行底吹氩操作；
步骤2：剩余金属锰片全部加入炉内后，立刻加入覆盖渣剂，覆盖渣剂碱度为1.0，其中，石灰1.5kg，玻璃2.0kg；
步骤3：覆盖渣剂熔化后，进行炉内精炼，精炼温度控制在1600℃，精炼时间控制在10min，控制底吹氩气的流量为8m3/h；
步骤4：精炼结束后，不扒渣，采用带渣浇注方式进行浇注；
步骤5：锭模冷却后脱模，将表面残留渣清理干净，破碎精整，得到微碳锰铁合金，经分析，微碳锰铁合金产品成分符合国家标准要求，产品重量为398kg。
实施例2
本实施例提供的微碳锰铁合金的制备方法包括如下步骤：
步骤1：原料中电解金属锰片320kg，废钢80kg，共400kg；先将40kg部分金属锰片和80kg废钢混合加入中频感应炉内，底吹氩气，升温至1550℃，使得部分金属锰片和废钢熔化；待中频感应炉的炉口观察到金属液时，逐步将280kg的剩余金属锰片加入金属液中，保证熔融过程中所加入的剩余金属锰片将金属液完全覆盖，持续进行底吹氩操作；
步骤2：剩余金属锰片全部加入炉内后，立刻加入覆盖渣剂，覆盖渣剂碱度为0.8，其中，石灰2.0kg，玻璃2.0kg；
步骤3：覆盖渣剂熔化后，进行炉内精炼，精炼温度控制在1550℃，精炼时间控制在20min，控制底吹氩气的流量为15m3/h；
步骤4：精炼结束后，不扒渣，采用带渣浇注方式进行浇注；
步骤5：锭模冷却后脱模，将表面残留渣清理干净，破碎精整，得到微碳锰铁合金，经分析，微碳锰铁合金产品成分符合国家标准要求，产品重量为399kg。
实施例3
本实施例提供的微碳锰铁合金的制备方法包括如下步骤：
步骤1：原料中电解金属锰片345kg，废钢55kg，共400kg；先将80kg部分金属锰片和55kg废钢混合加入中频感应炉内，底吹氩气，升温至1500℃，使得部分金属锰片和废钢熔化；待中频感应炉的炉口观察到金属液时，逐步将265kg的剩余金属锰片加入金属液中，保证熔融过程中所加入的剩余金属锰片将金属液完全覆盖，持续进行底吹氩操作；
步骤2：剩余金属锰片全部加入炉内后，立刻加入覆盖渣剂，覆盖渣剂碱度为1.2，其中，石灰2.0kg，玻璃1.5kg；
步骤3：覆盖渣剂熔化后，进行炉内精炼，精炼温度控制在1550℃，精炼时间控制在18min，控制底吹氩气的流量为12m3/h；
步骤4：精炼结束后，不扒渣，采用带渣浇注方式进行浇注；
步骤5：锭模冷却后脱模，将表面残留渣清理干净，破碎精整，得到微碳锰铁合金，经分析，微碳锰铁合金产品成分符合国家标准要求，产品重量为397.5kg。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种微碳锰铁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在中频感应炉内对原料依次进行覆盖熔融、炉内精炼和带渣浇注，脱模后，破碎精整，得到微碳锰铁合金；所述原料为金属锰和废钢；
具体为以下步骤：
步骤1：将部分金属锰片和废钢混合加入中频感应炉内，升温使得部分金属锰片和废钢熔化；待中频感应炉的炉口观察到金属液时，逐步将剩余金属锰片加入金属液中；
步骤2：剩余金属锰片全部加入炉内后，加入覆盖渣剂；
步骤3：覆盖渣剂熔化后，进行炉内精炼；
步骤4：精炼结束后，采用带渣浇注方式进行浇注；
步骤5：脱模、破碎精整，得到微碳锰铁合金；
所述步骤1和步骤2中，进行底吹氩气；所述底吹氩气的流量控制在8m3/h～15m3/h；
所述步骤1中，在将剩余金属锰片加入金属液的过程中，加入中频感应炉中的剩余金属锰片完全覆盖金属液；
所述部分金属锰片的质量、剩余金属锰片的质量以及剩余金属锰片的加入速度满足以下公式：
tb+f≤ms/vs；
mb+ms＝mz；
mb为部分金属锰片的质量，ms为剩余金属锰片的质量，mz为部分金属锰片和剩余金属锰片的总质量，vs为剩余金属锰片的加入速率，tb+f为部分金属锰片和废铁完全熔融所需要的时间；
覆盖渣剂的碱度为0.8-1.2，包括石灰和玻璃，石灰与玻璃的质量比为3：4～4：3；
所述步骤3中，精炼温度控制在1500℃～1600℃，精炼时间控制在10min～20min；
合金收得率不低于99％；
所述微碳锰铁合金的组成按质量百分比为Mn 80％～87％，Si≤0.50％，C≤0.05％，S≤0.020％，P≤0.030％，余量为Fe。
2.一种微碳锰铁合金，其特征在于，采用如权利要求1所述微碳锰铁合金的制备方法制得。
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