CN109694938A - 一种脱氧合金化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种炼钢过程使用的脱氧合金化剂及其制备方法，可实现合金均匀和脱氧合金化同时进行及避免单一氧化铝夹杂物的危害，同时碳酸钡细粉分解生成的二氧化碳气泡有助于携带夹杂物上浮，净化钢液，分解的氧化钡上浮到渣中有助于脱硫，可以用来生产超低硫钢。

Description

一种脱氧合金化剂及其制备方法

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脱氧合金化剂。

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，如申请号CN200510047557.1，一种炼钢用的脱氧剂Si-Ca-Ti-Fe合金，作为炼钢脱氧剂，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

为了克服上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种炼钢过程使用的脱氧合金化剂及其制备方法，可实现合金均匀和脱氧合金化同时进行及避免单一氧化铝夹杂物的危害，同时碳酸钡细粉分解生成的二氧化碳气泡有助于携带夹杂物上浮，净化钢液，分解的氧化钡上浮到渣中有助于脱硫，可以用来生产超低硫钢。

本发明目的是通过下面的技术方案实现的：

一种脱氧合金化剂，其特征在于成分按重量百分比为35％～50％铝、2％-10％钙、5％-20％碳酸钡以及3％-50％铌、钒、钛、锰、镍、铬、铜、钼、硅中的一种或几种；余量为Fe；所述的脱氧合金化剂粒度为5～50mm；

一种脱氧合金化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)原料采用金属铝、工业纯铁、金属钙、碳酸钡细粉以及金属铌、金属钒、金属钛、金属锰、金属镍、金属铬、金属铜、金属钼、金属硅中的一种或几种；上述金属原料纯度要求达到99％以上，磷、硫含量小于0.05％；碳酸钡细粉纯度达到99％以上，细粉粒径为100-500微米；

2)在感应炉坩埚内按照成品含量将金属铝、工业纯铁和金属钙熔化，再添加其它金属铌、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，待其它金属完全熔化后加入碳酸钡细粉，合金液温度小于1400℃，防止碳酸钡分解，搅拌5-10min后停止感应炉供电，继续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5mm～50mm的小块，包装，待用。

本发明生产的脱氧合金化剂可以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，此外由于该脱氧合金化剂同时含有其它成分，如硅、钙等成分，避免脱氧时生成单一的氧化铝夹杂物，可生成复合的硅铝钙夹杂物，降低了氧化铝的危害。此外，脱氧合金化剂中还含有碳酸钡，碳酸钡分解生成的二氧化碳气泡有助于携带夹杂物上浮，净化钢液，分解的氧化钡上浮到渣中有助于脱硫，可以用来生产超低硫钢。同时采用螺旋电磁搅拌技术可以保证合金充分均匀化，提高了钢种合金元素控制精度。该脱氧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；

其中：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

下面结合具体实施例进行说明：

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，传统电磁搅拌时金属液3主要做环形运动，金属液的内-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)脱氧合金化剂成分重量百分比为，铝含量为35％，钙含量为6％，碳酸钡含量为6％，硅含量为20％，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、钙、碳酸钡细粉、金属硅、金属锰、工业纯铁。金属原料纯度达到99.2％，磷、硫含量为0.04％。碳酸钡细粉纯度达到99.2％，碳酸钡细粉粒径为100-200微米。

(3)在感应炉坩埚内将金属铝、工业纯铁和金属钙熔化，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，将合金液温度控制在1390℃，加入碳酸钡细粉，搅拌6min后停止感应炉供电，继续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5mm～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。

表1脱氧合金化剂组分重量百分比为

可见各样本之间成分波动很小，成分波动都在0.3％以下。说明螺旋电磁搅拌确实可以保证合金成分均匀和碳酸钡细粉充分弥散化。

脱氧合金化剂使用：

钢液目标化学成分为：各元素重量百分比为：C＝0.07％、Si＝0.21％、Mn＝0.32％、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5kg，加入前后成分变化情况见表2。

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	0.21	0.32	0.015	0.016

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。此外由于碳酸钡分解的氧化钡上浮到渣中有助于脱硫，钢液硫含量由0.021％降至0.016％。脱硫效率到达24％。

实施例2：

脱氧合金化剂制备：

(1)脱氧合金化剂成分重量百分比为，铝含量为36％，钙含量为3％，碳酸钡含量为5％，硅含量为6.2％，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、钙、碳酸钡细粉、金属硅、金属锰、金属钛、金属铌、工业纯铁。金属原料纯度达到99.3％，磷、硫含量小于0.03％。碳酸钡细粉纯度达到99.1％，碳酸钡细粉粒径为200-300微米。

(3)在感应炉坩埚内将金属铝、工业纯铁和金属钙熔化，再按照成品含量添加金属硅、锰、钛、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，将合金液温度控制在1380℃，加入碳酸钡细粉，搅拌8min后停止感应炉供电，继续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5mm～30mm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。

表3脱氧合金化剂组分重量百分比为

组分	Al	Ca	Si	Mn	Ti	Nb	BaCO<sub>3</sub>
								样本1	36.1	3.1	6.2	30.1	0.36	0.62	5.0
样本2	36.0	2.9	6.2	30.2	0.36	0.61	5.0
								样本3	35.9	2.9	6.0	29.9	0.35	0.63	5.1
样本4	36.1	3.1	6.1	29.8	0.36	0.62	5.0
								样本5	35.9	3.0	6.0	30.0	0.37	0.62	4.9

可见各样本之间成分波动很小，Al、Ca、Si、Mn、BaCO₃成分波动都在0.3％以下，Ti、Nb成分波动都在0.03％以下。说明螺旋电磁搅拌确实可以保证合金成分均匀和碳酸钡细粉充分弥散化。

脱氧合金化剂使用：

钢液目标化学成分为：各元素重量百分比为：C＝0.08％、Si＝0.25％、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3.87吨，加入前后成分变化情况见表4。

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	0.25	1.21	0.014	0.006	0.015	0.025

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。此外由于碳酸钡分解的氧化钡上浮到渣中有助于脱硫，钢液硫含量由0.008％降至0.006％。脱硫效率到达25％。

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)脱氧合金化剂成分重量百分比为，铝含量为35％，钙含量为6％，碳酸钡含量为6％，硅含量为20％，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、钙、碳酸钡细粉、金属硅、金属锰、工业纯铁。金属原料纯度达到99.2％，磷、硫含量为0.04％。碳酸钡细粉纯度达到99.2％，碳酸钡细粉粒径为100-200微米。

(3)在感应炉坩埚内将金属铝、工业纯铁和金属钙熔化，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，将合金液温度控制在1390℃，加入碳酸钡细粉，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5mm～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。

表5脱氧合金化剂组分重量百分比为

组分	Al	Ca	Si	Mn	BaCO<sub>3</sub>
						样本1	37.1	6.9	22.1	29.2	5.1
样本2	35.3	7.8	24.2	26.8	8.0
						样本3	33.9	5.7	19.8	27.5	4.1
样本4	38.1	6.1	17.0	27.8	5.9
						样本5	34.8	6.5	20.2	26.0	7.0

可见各样本之间成分波动很大，成分波动都达到2％以上。说明未采用螺旋电磁搅拌很难保证合金成分均匀和碳酸钡细粉充分弥散化。

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)脱氧合金化剂成分重量百分比为，铝含量为36％，钙含量为3％，碳酸钡含量为5％，硅含量为6.2％，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、钙、碳酸钡细粉、金属硅、金属锰、金属钛、金属铌、工业纯铁。金属原料纯度达到99.3％，磷、硫含量小于0.03％。碳酸钡细粉纯度达到99.1％，碳酸钡细粉粒径为200-300微米。

(3)在感应炉坩埚内将金属铝、工业纯铁和金属钙熔化，再按照成品含量添加金属硅、锰、钛、铌，待金属硅、锰、钛、铌完全熔化后，将合金液温度控制在1380℃，加入碳酸钡细粉，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5mm～30mm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。

表6脱氧合金化剂组分重量百分比为

组分	Al	Ca	Si	Mn	Ti	Nb	BaCO<sub>3</sub>
								样本1	34.1	3.1	5.2	31.1	0.32	0.57	4.1
样本2	36.0	2.8	6.2	30.2	0.36	0.61	5.2
								样本3	35.9	2.9	6.0	29.9	0.30	0.65	5.1
样本4	37.1	2.0	7.1	28.8	0.35	0.55	4.7
								样本5	35.8	3.0	5.4	30.0	0.38	0.64	4.9

可见各样本之间成分波动很大，Al、Ca、Si、Mn、BaCO₃成分波动都在1％以上。Ti、Nb成分波动都在0.05％以上。说明未采用螺旋电磁搅拌很难保证合金成分均匀和碳酸钡细粉充分弥散化。

Claims (3)

1.一种脱氧合金化剂，其特征在于成分按重量百分比为35％～50％铝、2％-10％钙、5％-20％碳酸钡以及3％-50％铌、钒、钛、锰、镍、铬、铜、钼、硅中的一种或几种；余量为Fe。

2.一种脱氧合金化剂，其特征在于所述的脱氧合金化剂粒度为5～50mm。

3.一种权利要求1或2所述的脱氧合金化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)原料采用金属铝、工业纯铁、金属钙、碳酸钡细粉以及金属铌、金属钒、金属钛、金属锰、金属镍、金属铬、金属铜、金属钼、金属硅中的一种或几种；上述金属原料纯度要求达到99％以上，磷、硫含量小于0.05％；碳酸钡细粉纯度达到99％以上，细粉粒径为100-500微米；

2)在感应炉坩埚内按照成品含量将金属铝、工业纯铁和金属钙熔化，再添加其它金属铌、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，待其它金属完全熔化后加入碳酸钡细粉，合金液温度小于1400℃，搅拌5-10min后停止感应炉供电，继续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5mm～50mm的小块，包装，待用。