CN109694939A - 一种脱氧合金化的复合体及其制备方法 - Google Patents

一种脱氧合金化的复合体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种脱氧合金化的复合体及其制备方法，复合体成分的重量百分比为：铝25％～35％，锰45％～55％，硅15％～25％，碳酸钡2％～5％；铝、锰粒度为1～5mm，纯度达到99.2％以上，硅及碳酸钡细粉纯度达到99％以上，细粉粒径为5mm以下；复合体的密度为3.5～3.8g/cm3。在感应炉坩埚内按照成品含量将铝块、锰块加热至1250℃，使其熔化，同时施加螺旋电磁搅拌；随后按照成品含量向合金液中加入硅及碳酸钡，待合金完全凝固后停止螺旋电磁搅拌；利用破碎机将脱氧合金破碎成粒度为30～50mm的小块，包装。本发明解决了脱氧剂难以进入钢中和脱氧产物去除不净的难题，有效的提高了脱氧剂及合金的利用率，实现了脱氧合金化和钢液净化。

Description

一种脱氧合金化的复合体及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种脱氧合金化的复合体及其制备方法。
背景技术
脱氧及合金化工艺贯穿炼钢生产的始终，钢水脱氧的方式及合金化的质量决定着钢材最终的质量。常规的脱氧工艺一般为沉淀脱氧，可使用铝和硅锰之类的脱氧剂进行氧脱除。但是由于硅锰脱氧存在着脱氧不彻底、铝脱氧存在着脱氧后的夹杂物难去除的情况，尤其对一些超低碳钢(如IF钢等)表现尤甚。一般来讲，每吨钢水的用铝量为800～1200Kg。在铝铁脱氧过程中，如果铝铁密度较低，其很快就漂浮到钢水表面，无法与深部的钢水发生有效作用，如果制作过程中，铝铁的密度较高，悬浮于钢液，则容易使钢液中局部铝浓度过大，比较容易形成大颗粒的脱氧产物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脱氧合金化的复合体及其制备方法，采用螺旋电磁搅拌法生产脱氧合金化复合体，用于钢液的脱氧合金化，以提高脱氧剂及合金的利用效率，克服在脱氧过程中的脱氧产物去除不净的情况。
本发明通过以下技术方案实现：
一种脱氧合金化的复合体，其特征在于：复合体的组成成分为铝、锰、硅、碳酸钡。以复合体的总重量为基准，各种成分的重量百分比为：铝25％～35％，锰45％～55％，硅15％～25％，碳酸钡2％～5％。铝、锰粒度为1～5mm，纯度达到99.2％以上。硅及碳酸钡细粉纯度达到99％以上，细粉粒径为5mm以下。复合体的密度为3.5～3.8g/cm3。
复合体的密度大于一般传统脱氧合金，使其更加深入钢液，在钢液中停留时间更长，能有效的提高铝的利用率；硅锰的存在，可加速脱氧反应的进行、促进脱氧产物从钢液中迅速排除，达到净化钢液的目的，又使碳酸钡在加入后在钢水温度下分解形成气泡促进夹杂物上浮。另外，该脱氧合金化的复合体便于储存，可用铁合金小车从高位料仓加入，既简化了钢液脱氧合金化工艺，又减轻了工人的劳动强度。
一种脱氧合金化复合体的制备方法：具体步骤为：
1)原料使用铝、锰、硅、碳酸钡，铝、锰粒度为1～5mm，纯度达到99.2％以上，硅及碳酸钡细粉纯度达到99％以上，细粉粒径为5mm以下；
2)在感应炉坩埚内按照成品含量将铝块、锰块加热至1250℃，使其熔化，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；随后按照成品含量向合金液中加入硅及碳酸钡，待合金完全凝固后停止螺旋电磁搅拌；
3)利用破碎机将脱氧剂破碎成粒度为30～50mm的小块，包装。
在精炼过程中从料斗中加入脱氧合金化复合体，使钢液脱氧合金化。如果成分(Mn、Si)未达到钢种成分要求下限，则用相应合金补齐。
本发明利用复合体的合理密度解决了脱氧剂难以进入钢中的难题，又利用了复合体的合理成分配置达到了脱氧合金化的目的。钢水温度下碳酸钡分解成氧化钡和二氧化碳气泡，氧化钡形成顶渣，而气泡则促进了夹杂物的上浮。本发明解决了脱氧剂难以进入钢中和脱氧产物去除不净的难题，有效的提高了脱氧剂及合金的利用率，实现了脱氧合金化和钢液净化。此外，本发明制备简单，没有安全隐患，并可运用在超低碳钢种在精炼脱氧这一环节，应用范围较广。
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
下面结合附图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：
脱氧合金化的复合体：
脱氧合金化复合体的组成成分为铝、锰、硅、碳酸钡。以复合体的总重量为基准，各种成分的重量百分比为：铝33％，锰45％，硅17％，碳酸钡5％；铝、锰粒度为1～5mm，纯度达到99.5％以上，硅及碳酸钡细粉纯度达到99.2％以上，细粉粒径为5mm以下。
制备方法:
(1)原料使用铝、锰、硅、碳酸钡，铝、锰粒度为1～5mm，纯度达到99.5％以上，硅及碳酸钡细粉纯度达到99.2％以上，细粉粒径为5mm以下。
(2)在感应炉坩埚内按照成品含量将铝块、锰块加热至1250℃，使其熔化。同时施加螺旋电磁搅拌。螺旋电磁搅拌电流160A，频率3Hz。随后按照成品含量向合金液中加入硅及碳酸钡，待合金完全凝固后停止螺旋电磁搅拌。
(3)利用鄂破机将脱氧合金破碎成粒度为30～50mm的小块，包装，待用。
脱氧合金化复合体评价：
对制备好的脱氧合金化复合体进行化学分析，随机抽检样品，共抽检5个样品，化学成分见表1。
表1脱氧合金化复合体组分重量百分比及密度
可见各样本之间成分及密度波动很小，波动都在0.3％以下。此外采用扫描电镜观察合金内部碳酸钡细粉分布情况，证明碳酸钡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酸钡细粉充分弥散化。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。
脱氧合金化复合体使用：
钢液目标化学成分为：各元素重量百分比为Si＝0.07％、Mn＝0.20％、S<0.008％、P<0.010％、Al＝0.03％，其余为Fe和少量杂质元素；转炉出钢量为260吨，脱氧合金化复合体加入量为0.78吨，加入前后成分变化情况见表2。可见RH精炼过程中，一次性加入脱氧合金化复合体，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。
表2钢液成分变化情况(wt％)
组分 Si Mn P S Al [O]
加合金化剂前 ≤0.01 0.07 0.008 0.006 0 0.005
加合金化剂后 0.07 0.20 0.008 0.005 0.030 0
实施例2：
脱氧合金化复合体：
脱氧合金化复合体的组成成分为铝、锰、硅、碳酸钡。以复合体的总重量为基准，各种成分的重量百分比为：铝26％，锰55％，硅15％，碳酸钡4％；铝、锰粒度为1～5mm，纯度达到99.3％以上，硅及碳酸钡细粉纯度达到99.1％以上，细粉粒径为5mm以下。
制备方法：
(1)原料使用铝、锰、硅、碳酸钡，铝、锰粒度为1～5mm，纯度达到99.3％以上，硅及碳酸钡细粉纯度达到99.1％以上，细粉粒径为5mm以下。
(2)在感应炉坩埚内按照成品含量将铝块、锰块加热至1250℃，使其熔化。同时施加螺旋电磁搅拌。螺旋电磁搅拌电流180A，频率4Hz。随后按照成品含量向合金液中加入硅及碳酸钡，待合金完全凝固后停止螺旋电磁搅拌。
(3)利用鄂破机将脱氧剂破碎成粒度为30～50mm的小块，包装，待用。脱氧合金化复合体评价：
对制备好的脱氧合金化复合体进行化学分析，随机抽检样品，共抽检5个样品，化学成分见表3。
表3脱氧合金化复合体组分重量百分比及密度
组分 Al(％) Mn(％) Si(％) BaCO<sub>3</sub>(％) 密度(g/cm3)
样本1 26.3 55.2 14.7 3.8 3.78
样本2 26.0 55.3 14.5 4.2 3.72
样本3 26.1 54.9 15.0 4.0 3.71
样本4 26.5 54.7 14.9 3.9 3.79
样本5 25.9 54.6 15.2 4.3 3.69
可见各样本之间成分及密度波动很小，波动都在0.3％以下。此外采用扫描电镜观察合金内部碳酸钡细粉分布情况，证明碳酸钡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酸钡细粉充分弥散化。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。
脱氧合金化复合体使用：
钢液目标化学成分为：各元素重量百分比为Si＝0.05％、Mn＝0.40％、S<0.02％、P<0.015％、Al＝0.03％，其余为Fe和少量杂质元素；转炉出钢量为260吨，脱氧合金化复合体加入量为1.45吨，加入前后成分变化情况见表2。可见LF精炼过程中，一次性加入脱氧合金化复合体，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。
表4钢液成分变化情况(wt％)
组分 Si Mn P S Al [O]
加合金化剂前 ≤0.01 0.10 0.014 0.02 0 0.006
加合金化剂后 0.05 0.40 0.013 0.018 0.030 0
比较例：
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。
脱氧合金化复合体：
脱氧合金化复合体的组成成分为铝、锰、硅、碳酸钡。以复合体的总重量为基准，各种成分的重量百分比为：铝33％，锰45％，硅17％，碳酸钡5％；铝、锰粒度为1～5mm，纯度达到99.5％以上，硅及碳酸钡细粉纯度达到99.2％以上，细粉粒径为5mm以下。
制备方法：
(1)原料使用铝、锰、硅、碳酸钡，铝、锰粒度为1～5mm，纯度达到99.5％以上，硅及碳酸钡细粉纯度达到99.2％以上，细粉粒径为5mm以下。
(2)在感应炉坩埚内按照成品含量将铝块、锰块加热至1250℃，使其熔化。同时施加普通搅拌。随后往合金液中加入硅及碳酸钡，继续搅拌直至合金凝固。
(3)利用鄂破机将脱氧剂破碎成粒度为30～50mm的小块，包装，待用。
脱氧合金化复合体评价：
对制备好的脱氧合金化复合体进行化学分析，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及密度波动很大，波动都达到3％以上。说明未采用螺旋电磁搅拌很难保证合金成分均匀。此外采用扫描电镜观察合金内部碳酸钡细粉分布情况，证明碳酸钡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、碳酸钡细粉充分弥散化。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脱氧合金化复合体组分重量百分比为
组分 Al(％) Mn(％) Si(％) BaCO<sub>3</sub>(％) 密度(g/cm3)
样本1 33.3 45.2 16.7 4.8 3.73
样本2 36.0 44.3 15.5 6.2 3.98
样本3 31.1 47.9 18.0 3.0 3.46
样本4 37.5 42.7 14.9 4.9 3.84
样本5 28.9 44.6 19.2 7.3 3.39

Claims (3)

1.一种脱氧合金化的复合体，其特征在于：复合体的成分为铝、锰、硅、碳酸钡，以复合体的总重量为基准，各种成分的重量百分比为：铝25％～35％，锰45％～55％，硅15％～25％，碳酸钡2％～5％；铝、锰粒度为1～5mm，纯度达到99.2％以上，硅及碳酸钡细粉纯度达到99％以上，细粉粒径为5mm以下；复合体的密度为3.5～3.8g/cm3。
2.根据权利要求1所述的一种脱氧合金化的复合体，其特征在于：脱氧合金粒度为30～50mm。
3.一种用于权利要求1或2所述的脱氧合金化的复合体的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
1)原料使用铝、锰、硅、碳酸钡，铝、锰粒度为1～5mm，纯度达到99.2％以上，硅及碳酸钡细粉纯度达到99％以上，细粉粒径为5mm以下；
2)在感应炉坩埚内按照成品含量将铝块、锰块加热至1250℃，使其熔化，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；随后按照成品含量向合金液中加入硅及碳酸钡，待合金完全凝固后停止螺旋电磁搅拌；
3)利用破碎机将脱氧合金破碎成粒度为30～50mm的小块，包装。
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