CN109694936A - 一种可净化钢液的脱氧合金化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可净化钢液的脱氧合金化剂及其制备方法,脱氧合金化剂成分的重量百分比为:铝30%~50%,碳化硅2%~6%,铝酸钙2%~6%,5%~45%铌、钒、钛、锰、镍、铬、铜、钼、硅的一种或几种,粒度为5~50mm。制备时,在感应炉坩埚内按照成品含量将金属铝、工业纯铁熔化,再添加金属铌、钒、钛、锰、镍、铬、铜、钼、硅的一种或几种,同时施加螺旋电磁搅拌,螺旋电磁搅拌电流150~250A,频率2.5~4Hz,待添加金属完全熔化后加入碳化硅、铝酸钙细粉,搅拌5~10min后停止感应炉供电,继续螺旋电磁搅拌直至合金凝固;利用破碎机将合金锭破碎成粒度为5~50mm的小块,包装,待用。本发明采用螺旋电磁搅拌技术保证了合金和碳化硅、铝酸钙细粉充分均匀化,保证了铝酸钙充分净化钢液,节约了脱氧合金化时间。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶炼领域,特别涉及到一种螺旋搅拌法生产的复合脱氧合金化剂及其制备方法。
背景技术
在炼钢过程中,通常首先向钢液中添加脱氧剂,如铝、钙、钛等,然后在根据钢种成分需求添加合金化剂,如锰、铌、钒、钛等。该种方法可导致炼钢时间延长,通常加脱氧剂后需要几分钟再添加合金化剂,这种方法还会导致钢中氧化铝夹杂物超标,由于脱氧过程产生了大量氧化铝夹杂,短时间内氧化铝夹杂不可能彻底上浮至钢液表面被熔渣吸收。氧化铝对浇铸顺行、钢材质量带来很大的危害。为了避免氧化铝带来的危害,一些专利采用无铝或少铝脱氧剂,如专利,一种炼钢用的脱氧剂Si-Ca-Ti-Fe合金,作为炼钢脱氧剂(申请号:200510047557.1),用于要求酸溶铝(Als)含量很低的钢种的生产,按重量百分比计,其成分是Si:30-55%;Ca:2-15%;Ti:5-20%;Al:0.5-2.5%;C<1.0%;P<0.05%;S<0.05%;Fe余量。其用工频炉熔炼合成的产品,该产品用作炼钢脱氧,可大大减少浇注过程中的水口结瘤、断流现象,可以提高连浇率和成品率。另外,钢中氧化铝夹杂物减少,净化钢质,提高钢的质量和使用寿命。但是该类方法生产的合金存在几点不足:1)该种方法生产的合金很难保证合金均匀化,由于铁合金内各合金元素含量较高,采用普通工频炉熔炼很难保证凝固末期不发生偏析现象;2)该方法脱氧结束后仍需要添加其它合金元素,如锰、铌、钒等进行合金化,存在时间浪费的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种可净化钢液的脱氧合金化剂及其制备方法,利用反应熔池施加螺旋电磁搅拌的方法,将熔化后的铁合金和碳化硅、铝酸钙细粉均匀搅拌,凝固后破碎成一定尺寸的合金块。保证炼钢过程脱氧和合金化同时进行,可以节约脱氧合金化时间,净化钢液作用,提高钢种合金元素控制精度。
为了实现钢液洁净化和脱氧合金化同时进行,本发明通过以下技术方案实现,其特征在于:
(1)一种可净化钢液的脱氧合金化剂的主要成分为铝、铁、碳化硅、铝酸钙,其余为铌、钒、钛、锰、镍、铬、铜、钼、硅的一种或几种。各种成分重量百分比为:铝30%~50%,碳化硅2%~6%,铝酸钙2%~6%,5%~45%铌、钒、钛、锰、镍、铬、铜、钼、硅的一种或几种,其余为铁。所述脱氧合金化剂的粒度为5~50mm。
(2)脱氧合金化剂制作原料采用金属铝、工业纯铁、碳化硅细粉、铝酸钙细粉以及金属铌、钒、钛、锰、镍、铬、铜、钼、硅的一种或几种;所述金属原料纯度要求达到99%以上,磷、硫含量小于0.05%。碳化硅、铝酸钙细粉纯度达到99%以上,细粉粒径均为100~800微米。
(3)在感应炉坩埚内按照成品含量将金属铝、工业纯铁熔化,再添加金属铌、钒、钛、锰、镍、铬、铜、钼、硅的一种或几种,同时施加螺旋电磁搅拌,螺旋电磁搅拌电流150~250A,频率2.5~4Hz,待添加金属完全熔化后加入碳化硅、铝酸钙细粉,搅拌5~10min后停止感应炉供电,继续螺旋电磁搅拌直至合金凝固。
(4)利用破碎机将合金锭破碎成粒度为5~50mm的小块,包装,待用。
步骤(3)中,应严格控制金属液温度,保证在添加碳化硅、铝酸钙细粉时,金属液温度小于1400℃,防止细粉熔化。
本发明的有益效果:
1)该复合脱氧合金化剂保证了炼钢过程脱氧和合金化同时进行,节约了脱氧合金化时间。
2)该脱氧合金化剂内部含有均匀分布的碳化硅细粉,脱氧时碳化硅中的碳可以与钢液中的氧反应生成细小的气泡,该气泡可以携带脱氧产生的夹杂物快速上浮至钢液表面被熔渣吸收,起到了净化钢液作用。均匀分布的铝酸钙细粉,保证了铝酸钙充分弥散在钢液内部,与钢液充分作用,实现深脱硫。
3)同时采用螺旋电磁搅拌技术既可以保证合金充分均匀,又可以保证加入的碳化硅、铝酸钙细粉充分弥散化,提高了钢种合金元素控制精度。
4)该脱氧合金化剂与其他脱氧剂加入操作一样,操作简单易行。
附图说明
图1为本发明螺旋电磁搅拌工作原理图;
图2为传统电磁搅拌金属液流动轨迹主视图;
图3为图2的俯视图;
图4为图2的侧视图;
图5为本发明螺旋电磁搅拌金属液流动轨迹主视图;
图6为图5的俯视图;
图7为图5的侧视图。
图中:1螺旋电磁搅拌器,2感应炉内坩埚,3金属液。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1、5、6和7所示,螺旋电磁搅拌可以将不同密度、不同成份的金属熔体,或者金属熔体与固体颗粒混合在一起。由于螺旋电磁搅拌可以推动金属熔体在三维方向上流动,即熔体中不仅有周向的旋转流动,同时还存在垂直方向的流动,因而金属熔体或金属熔体与固体颗粒的混合物的成份会相对均匀,并且混合物的成份分布与密度的相关性大大降低,可以有效降低密度不同带来的成分不均。坩埚2中盛放有金属液3,在螺旋电磁搅拌器1的作用下,金属液3在周向流动的同时还具有上下、内外的流动。如图2、3和4所示,传统电磁搅拌时合金液3主要做环形运动,金属液3的内-外、上-下交换比较少。而采用螺旋电磁搅拌时,金属液3不仅具有周向运动,同时在径向和轴向的流动也被加剧,因而具有很好的搅拌效果,可以有效促进金属液3的同时凝固,降低铸锭中心缺陷,还可以减轻铸坯密度偏析程度。
实施例1:
脱氧合金化剂制备:
(1)脱氧合金化剂重量百分比为,铝含量为35%,碳化硅含量为6%,铝酸钙含量为6%,硅含量为14%,锰含量为27%,其余为铁。
(2)脱氧合金化剂制作原料使用金属铝、碳化硅细粉、铝酸钙细粉、金属硅、金属锰、工业纯铁。金属原料纯度达到99.1%,磷、硫含量为0.04%。碳化硅细粉、铝酸钙细粉纯度达到99.2%,碳化硅细粉、铝酸钙细粉粒径为100~300微米。
(3)在感应炉的坩埚内按照成品含量将金属铝、工业纯铁熔化,再按照成品含量添加金属硅和金属锰,同时施加螺旋电磁搅拌,螺旋电磁搅拌电流160A,频率3Hz,待金属硅、锰完全熔化后,将金属液温度控制在1390℃,按照成品含量加入碳化硅、铝酸钙细粉,搅拌6min后停止感应炉供电,继续螺旋电磁搅拌直至合金凝固。
(4)利用破碎机将合金锭破碎成粒度为5~20mm的小块,包装,待用。
脱氧合金化剂评价:
对制备好的脱氧合金化剂进行化学分析,随机抽检样品,共抽检5个样品,化学成分见表1。可见各样本之间成分波动很小,Al、Si、Mn成分波动都在0.4%以下。此外采用金相显微镜观察合金内部碳化硅细粉、铝酸钙细粉分布情况,证明碳化硅细粉、铝酸钙细粉在合金内部均匀分散,未见团聚现象。说明螺旋电磁搅拌确实可以保证合金成分均匀和碳化硅细粉、铝酸钙细粉充分弥散化。结合附图5-7也可以看出,施加螺旋电磁搅拌后金属液流动轨迹为全方位立体运动,没有死区,可保证搅拌均匀,而附图2-4为普通搅拌,金属液流动轨迹仅局限熔池上部的圆周运动,无法保证搅拌均匀。
表1脱氧合金化剂组分重量百分比
组分 | Al | Si | Mn |
样本1 | 35.1 | 14.1 | 27.1 |
样本2 | 35.0 | 14.2 | 26.8 |
样本3 | 34.9 | 13.9 | 27.0 |
样本4 | 35.1 | 14.0 | 27.1 |
样本5 | 34.8 | 14.2 | 27.0 |
脱氧合金化剂使用:
钢液目标化学成分各元素重量百分比为:C=0.07%、Si=0.18%、Mn=0.30%、S<0.020%、P<0.020%,其余为Fe和少量杂质元素;感应炉出钢量为500公斤,脱氧合金化剂加入量为4.75kg,加入前后成分变化情况见表2。可见炼钢结束后,一次性加入脱氧合金化剂,就可以实现脱氧,并同时进行合金化,无需后续补加合金,就可以实现钢水成分达到目标要求。此外由于铝酸钙与钢液充分作用,钢液硫含量由0.021%降至0.014%。脱硫效率达到33%。
表2钢液成分变化情况(wt%)
组分 | C | Si | Mn | P | S |
加合金化剂前 | 0.07 | 0.01 | 0.05 | 0.015 | 0.021 |
加合金化剂后 | 0.07 | 0.18 | 0.31 | 0.014 | 0.014 |
实施例2:
脱氧合金化剂制备:
(1)脱氧合金化剂重量百分比为,铝含量为36%,碳化硅含量为3%,铝酸钙含量为5%,硅含量为3.2%,锰含量为30%,钛含量为0.36%,铌含量为0.62%,其余为铁。
(2)脱氧合金化剂制作原料使用金属铝、碳化硅细粉、铝酸钙细粉、金属硅、金属锰、金属钛、金属铌、工业纯铁。金属原料纯度达到99.2%,磷、硫含量为0.03%。碳化硅细粉、铝酸钙细粉纯度达到99.1%,碳化硅细粉、铝酸钙细粉粒径为300-500微米。
(3)在感应炉的坩埚内按照成品含量将金属铝、工业纯铁熔化,再按照成品含量添加金属硅、金属锰、金属钛、金属铌,同时施加螺旋电磁搅拌,螺旋电磁搅拌电流200A,频率3.8Hz,待金属硅、锰、钛、铌完全熔化后,将金属液温度控制在1380℃,按照成品含量加入碳化硅、铝酸钙细粉,搅拌8min后停止感应炉供电,继续螺旋电磁搅拌直至合金凝固。
(4)利用破碎机将合金锭破碎成粒度为5~50mm的小块,包装,待用。
脱氧合金化剂评价:
对制备好的脱氧合金化剂进行化学分析,随机抽检样品,共抽检5个样品,化学成分见表3。可见各样本之间成分波动很小,Al含量波动在0.4%以下;Si含量波动在0.2%以下;Mn含量波动在0.4%以下;Ti含量波动在0.03%以下;Nb含量波动在0.02%以下。此外采用金相显微镜观察合金内部碳化硅细粉、铝酸钙细粉分布情况,证明碳化硅细粉、铝酸钙细粉在合金内部均匀分散,未见团聚现象。说明螺旋电磁搅拌确实可以保证合金成分均匀和碳化硅细粉、铝酸钙细粉充分弥散化。结合附图5-7也可以看出,施加螺旋电磁搅拌后金属液流动轨迹为全方位立体运动,没有死区,可保证搅拌均匀,而附图2-4为普通搅拌,金属液流动轨迹仅局限熔池上部的圆周运动,无法保证搅拌均匀。
表3脱氧合金化剂组分重量百分比
组分 | Al | Si | Mn | Ti | Nb |
样本1 | 36.2 | 3.2 | 30.1 | 0.35 | 0.62 |
样本2 | 36.0 | 3.1 | 30.2 | 0.36 | 0.61 |
样本3 | 35.9 | 3.2 | 29.9 | 0.35 | 0.62 |
样本4 | 36.1 | 3.1 | 29.9 | 0.36 | 0.62 |
样本5 | 35.9 | 3.2 | 30.1 | 0.37 | 0.62 |
脱氧合金化剂使用:
钢液目标化学成分各元素重量百分比为:C=0.08%、Si=0.21%、Mn=1.21%、S<0.008%、P<0.020%、Ti=0.015%、Nb=0.025%,其余为Fe和少量杂质元素;转炉出钢量为100吨,脱氧合金化剂加入量为3.9吨,加入前后成分变化情况见表4。可见炼钢结束后,一次性加入脱氧合金化剂,就可以实现脱氧,并同时进行合金化,无需后续补加合金,就可以实现钢水成分达到目标要求。此外由于铝酸钙与钢液充分作用,钢液硫含量由0.008%降至0.004%。脱硫效率达到50%。
表4钢液成分变化情况(wt%)
组分 | C | Si | Mn | P | S | Ti | Nb |
加合金化剂前 | 0.08 | 0.01 | 0.05 | 0.015 | 0.008 | 0.001 | 0.001 |
加合金化剂后 | 0.08 | 0.21 | 1.21 | 0.014 | 0.004 | 0.015 | 0.025 |
比较例1:
比较例的合金化剂成分与实施例1一致,所不同的是在制备过程未采用螺旋电磁搅拌工艺。
脱氧合金化剂制备:
(1)脱氧合金化剂重量百分比为,铝含量为35%,碳化硅含量为6%,铝酸钙含量为6%,硅含量为14%,锰含量为27%,其余为铁。
(2)脱氧合金化剂制作原料使用金属铝、碳化硅细粉、铝酸钙细粉、金属硅、金属锰、工业纯铁。金属原料纯度达到99.1%,磷、硫含量为0.04%。碳化硅细粉、铝酸钙细粉纯度达到99.2%,碳化硅细粉、铝酸钙细粉粒径为100-300微米。
(3)在感应炉的坩埚内按照成品含量将金属铝、工业纯铁熔化,再按照成品含量添加金属硅和金属锰,待金属硅、锰完全熔化后,将金属液温度控制在1390℃,按照成品含量加入碳化硅、铝酸钙细粉,普通搅拌6min后停止感应炉供电,直至合金凝固。
(4)利用破碎机将合金锭破碎成粒度为5~20mm的小块,包装,待用。
脱氧合金化剂评价:
对制备好的脱氧合金化剂进行化学分析,随机抽检样品,共抽检5个样品,化学成分见表5。可见各样本之间成分波动很大,Al成分最大波动达到4.3%,Si成分最大波动达到1.8%,Mn成分最大波动达到4.1%。说明未采用螺旋电磁搅拌很难保证合金成分均匀。此外采用金相显微镜观察合金内部碳化硅细粉、铝酸钙细粉分布情况,证明碳化硅细粉、铝酸钙细粉在合金内部均出现团聚现象。说明不采用螺旋电磁搅拌无法保证合金成分均匀和硅细粉、铝酸钙细粉充分弥散化。结合附图5-7也可以看出,施加螺旋电磁搅拌后金属液流动轨迹为全方位立体运动,没有死区,可保证搅拌均匀,而附图2-4为普通搅拌,金属液流动轨迹仅局限熔池上部的圆周运动,无法保证搅拌均匀。
表5脱氧合金化剂组分重量百分比为
组分 | Al | Si | Mn |
样本1 | 37.5 | 13.1 | 29.2 |
样本2 | 35.6 | 14.9 | 27.8 |
样本3 | 33.9 | 13.8 | 26.0 |
样本4 | 38.2 | 14.9 | 25.1 |
样本5 | 34.8 | 14.2 | 27.9 |
比较例2:
比较例的合金化剂成分与实施例2一致,所不同的是在制备过程未采用螺旋电磁搅拌工艺。
脱氧合金化剂制备:
(1)脱氧合金化剂重量百分比为,铝含量为36%,碳化硅含量为3%,铝酸钙含量为5%,硅含量为3.2%,锰含量为30%,钛含量为0.36%,铌含量为0.62%,其余为铁。
(2)脱氧合金化剂制作原料使用金属铝、碳化硅细粉、铝酸钙细粉、金属硅、金属锰、金属钛、金属铌、工业纯铁。金属原料纯度达到99.2%,磷、硫含量为0.03%。碳化硅细粉、铝酸钙细粉纯度达到99.1%,碳化硅细粉、铝酸钙细粉粒径为300-500微米。
(3)在感应炉的坩埚内按照成品含量将金属铝、工业纯铁熔化,再按照成品含量添加金属硅、金属锰、金属钛、金属铌完全熔化后,将金属液温度控制在1380℃,按照成品含量加入碳化硅、铝酸钙细粉,普通搅拌8min后停止感应炉供电,直至合金凝固。
(4)利用破碎机将合金锭破碎成粒度为5~50mm的小块,包装,待用。
脱氧合金化剂评价:
对制备好的脱氧合金化剂进行化学分析,随机抽检样品,共抽检5个样品,化学成分见表6。可见各样本之间成分波动很大,Al成分最大波动达到3%,Si成分最大波动达到0.4%,Mn成分最大波动达到4.2%,Ti成分最大波动达到0.04%,Nb成分最大波动达到0.08%。说明未采用螺旋电磁搅拌很难保证合金成分均匀。此外采用金相显微镜观察合金内部碳化硅细粉、铝酸钙细粉分布情况,证明碳化硅细粉、铝酸钙细粉在合金内部均出现团聚现象。说明不采用螺旋电磁搅拌无法保证合金成分均匀和硅细粉、铝酸钙细粉充分弥散化。结合附图5-7也可以看出,施加螺旋电磁搅拌后金属液流动轨迹为全方位立体运动,没有死区,可保证搅拌均匀,而附图2-4为普通搅拌,金属液流动轨迹仅局限熔池上部的圆周运动,无法保证搅拌均匀。
表6脱氧合金化剂组分重量百分比
组分 | Al | Si | Mn | Ti | Nb |
样本1 | 37.2 | 3.3 | 32.1 | 0.35 | 0.66 |
样本2 | 36.0 | 3.0 | 30.2 | 0.38 | 0.61 |
样本3 | 35.9 | 3.2 | 28.9 | 0.35 | 0.62 |
样本4 | 36.1 | 2.9 | 27.9 | 0.39 | 0.63 |
样本5 | 38.9 | 3.2 | 30.1 | 0.36 | 0.58 |
Claims (4)
1.一种可净化钢液的脱氧合金化剂,其特征在于各种成分的重量百分比为:铝30%~50%,碳化硅2%~6%,铝酸钙2%~6%,5%~45%铌、钒、钛、锰、镍、铬、铜、钼、硅的一种或几种,其余为铁。
2.根据权利要求1所述的一种可净化钢液的脱氧合金化剂,其特征在于所述脱氧合金化剂的粒度为5~50mm。
3.一种用于权利要求1或2所述的一种可净化钢液的脱氧合金化剂的制备方法,其特征在于,具体步骤为:
(1)原料采用金属铝、工业纯铁、碳化硅细粉、铝酸钙细粉以及金属铌、钒、钛、锰、镍、铬、铜、钼、硅的一种或几种;所述金属原料纯度要求达到99%以上,磷、硫含量小于0.05%;碳化硅、铝酸钙细粉纯度达到99%以上,细粉粒径均为100~800微米;
(2)在感应炉坩埚内按照成品含量将金属铝、工业纯铁熔化,再添加金属铌、钒、钛、锰、镍、铬、铜、钼、硅的一种或几种,同时施加螺旋电磁搅拌,螺旋电磁搅拌电流150~250A,频率2.5~4Hz,待添加金属完全熔化后加入碳化硅、铝酸钙细粉,搅拌5~10min后停止感应炉供电,继续螺旋电磁搅拌直至合金凝固;
(3)利用破碎机将合金锭破碎成粒度为5~50mm的小块,包装,待用。
4.根据权利要求3所述的一种可净化钢液的脱氧合金化剂的制备方法,其特征在于,步骤2中,在添加碳化硅、铝酸钙细粉时,金属液温度小于1400℃,防止细粉熔化。
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