CN1098364C - 微碳纯净铬铁及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种微碳纯净铬铁及其生产方法，它属于一种金属合金以及该合金的冶炼方法，其特征在于铬铁合金的铬含量大于或等于85%，而碳含量则小于或等于0.04%。所述的合金是经过磨粉、硝酸浸泡、部分焙烧、干燥、混合焙烧和未焙烧的料粉、真空降碳、脱气等工艺进行冶炼的。本发明工艺简单，能源消耗低、环保效果好，合金中各种夹杂物的含量非常低，且铬的含量提高到85%以上，使得最终的铬铁合金具有较高的品质。利用本发明可生产出高品质的不锈钢、精密合金和其它特种钢。
Description
本发明涉及一种金属合金以及该合金的冶炼方法，特别是一种微碳纯净铬铁及其生产方法。
铬铁合金是高合金钢，特别是耐热不锈钢和精密合金的一种重要的添加剂，使用量最大可以达到35％，因此铬铁合金的品质，特别是气体和夹杂物的含量就成为生产纯净钢不可忽视的重要因素。国外现已有品质较佳的铬铁合金，但其对生产设备、生产工艺的要求都很高，制造成本相应也较高。而我国目前由于受到设备和工艺的限制，还不能生产出品质较好的微碳纯净铬铁合金。目前我国所采用的真空法冶炼微碳铬铁由于是将碳素铬铁粉碎后直接进入真空炉进行真空脱碳，其原料含有较多的杂质，因此所生产的微碳铬铁合金含杂高，气体含量也较高，使其产品性能降低。而利用热兑法或氧气顶吹转炉生产微碳铬铁，由于是在熔融的液态下进行生产，使得炉内的熔渣和原料熔液相混合，而熔渣中含有许多夹杂物会进入金属液，无疑会降低产品的品质。同时这种生产方式是一种敞开式的生产方式，液体金属直接与大气接触，使空气中的氧和氮分子被吸入产品之中，从而导致最终产品中气体含量较高。另一方面熔渣还会带走一部分铬，使铬的回收率降低，这种生产方法至少会损失4～5％的铬。
本发明的目的在于提供一种品质较高的微碳纯净铬铁以及一种更加经济且生产工艺简单、生产效果更好的生产方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种微碳纯净铬铁，其特征在于它是由以下成份构成：
Cr≥85.0％ C≤0.04％ Si＜0.10％ P＜0.007％ S＜0.004％
Mn＜0.06％ V＜0.08％ Ti＜0.002％ N＜0.004％ O＜0.08％
Fe≤15％
一种用于生产上述微碳纯净铬铁的生产方法，其特征在于它包括以下步骤：
a.将碳素铬铁破碎、磨粉，使粒度＜0.074mm的磨粉占50％，0.074～0.124mm的磨粉占50％；
b.将粉状原料置入硝酸槽中，用浓度为90％的硝酸浸泡5～6小时；
c.将已经酸浸的碳素铬铁经过过滤后，用水清洗，并干燥；
d.取其中一部分经上述工艺处理后的碳素铬铁置于回转窖中进行不完全焙烧，温度为1000℃；然后分析其焙烧后碳素铬铁中的碳含量；将焙烧后含脱碳所需足够氧量的碳素铬铁粉与另一部分经酸浸处理后的碳素铬铁粉进行混合；
e.用粘结剂将经上述工艺处理的碳素铬铁粉粘结压块，并在400℃的温度下烘干6～8小时；
f.将干燥的压块料装入真空电阻炉内，真空电炉预抽前和熔炼后，真空度均控制在66pa以下，在1200～1450℃的温度条件下进行降碳、脱气处理。
本发明中所使用的原料是一种碳素铬铁合金，其原料成分为：
Cr≥64％，C≤6.5％，其它成分和要求应符合GB5683-87
对本发明的原理作如下的说明：经X光衍射分析碳素铬铁主要以(Cr-Fe)C3形式存在，铬因溶于Cr2O3中，由于铬在冷硝酸中变成钝态不易溶，而铁与浓度较高的硝酸发生作用放出一氧化氮反应式为：
与强酸反应后放出二氧化氮，反应式为：
因此，经过酸浸后，Fe(NO3)3溶于水，经水洗后可除去，而一氧化氮和二氧化氮则可挥发掉。通过对原料的分析和计算，就可以得出酸浸所需要的硝酸的添加量。按生产量的要求，将一部分经酸浸处理，水洗干燥后的碳素铬铁粉加入回转窑中进行焙烧，焙烧后分析其碳的含量，由此，可计算焙烧料中Cr7C3和Cr2O3的比例，并以此作为配制脱碳所需氧量的计算依据。脱碳所需氧量要由部分碳素铬铁粉中的Cr2C3提供。将两部分配制好重量的碳素铬铁粉混合，并以水玻璃或糖浆进行粘结、压块成型后，在400℃的条件下干燥。将干燥后的压块料投入真空电阻炉内，在1200～1450℃的温度下进行降碳脱气，其反应方式如下：
反应的产物一氧化碳被不断抽出，因此反应可在较低的温度下开始，并在固态下完成脱碳反应，从而得到含碳量很低的纯净铬铁。预抽前和熔炼后，真空度度均在66pa以下。铬的总回收率可达到90～92％。
本发明的工艺简单，能源消耗低、环保效果好，并可使产品的氮、氧和碳的含量降到很低的水量，特别是氮仅为40pa；经酸浸处理后，其它铁、硅、磷、镍、锰和一氧化碳的含量也很低，而且稳定，同时可使铬的含量提高到85％以上，使得最终所生产出的铬铁合金具有较高的品质。利用本发明的产品可发生产出气体含量低的耐热不锈钢、精密合金和其它特殊钢；也可用做不锈钢焊接材料和粉末冶金的原料。
实施例：纯净微碳铬铁生产工艺以年产量1000吨为例
1.原料准备
将外购碳素铬铁进行检验分析，要求：
Cr≥64％，C≤6.5％，其他成份和要求应符合GB5683-87检验。
对原料先粗碎至5-15m/m，再进入球磨机磨成细粉，要求＜200目的细粉占50％，120～200目的细粉占50％。
外购浓度为90％的浓硝酸入库存放。
2.酸浸、过滤、水洗和干燥
将干燥粉料倒入硝酸槽内浸泡，每批500Kg，不断搅拌，时间为6小时，再进行过滤，水洗，干燥。
假设碳铬中的铁含量为32％，以反应式：
计算出理论硝酸用量为：
G＝(320×63×0.5)÷56＝180Kg
硝酸过量系数为1.2即实际用量为：
180×1.2＝216Kg
碳铬与硝酸的比例为2.3∶1
3.焙烧和配料、成型
对上述酸浸过的粉料分出60％，经1000℃，4小时的焙烧，分析出[C]＝4.7％，依此计算出焙烧中Cr2O3和Cr7C3的质量比：
Cr7C3/Cr2O3＝2.2℃
再根据脱碳反应方程式：
进行配料。再将配好的料，经混匀，研磨加压成型，并在400℃温度下烘干6小时。
4.降碳、脱气：
烘干后的料块装入真空电阻炉内。温度1200～1400℃，预抽前和结束后，真空度在66pa以下。末期炉内压力降到66pa以下，反应基本结束，在炉内冷却至400℃以下，开炉自然冷却、出炉、破碎、称量、检验，用铁桶包装入库。
5.全部工艺出料率为90％，500Kg碳铬可生产450Kg纯净微碳铬铁，每年生产320天，每天7炉次，年产量为7×0.45×320＝1008吨。
Claims (2)
1、一种微碳纯净铬铁，其特征在于它是由以下成份构成：
Cr≥85.0％ C≤0.04％ Si＜0.10％
P＜0.007％ S＜0.004％ Mn＜0.06％
V＜0.08％ Ti＜0.002％ N＜0.004％
O＜0.08％ Fe≤15％
2、一种用于生产权利要求1中所述的微碳纯净铬铁的生产方法，其特征在于它包括以下步骤：
a.将碳素铬铁破碎、磨粉至＜0.074mm的磨粉占50％，0.074～0.124mm的磨粉占50％；
b.将粉状原料置入硝酸槽中，用浓度为90％的硝酸浸泡5～6小时；
c.将已经酸浸的碳素铬铁经过过滤后，用水清洗，并干燥；
d.取一部分经上述工艺处理的碳素铬铁置于回转窖中进行不完全焙烧，温度为1000℃；然后分析其焙烧后碳素铬铁中的碳含量；将焙烧后含脱碳所需足够氧量的碳素铬铁粉与另一部分经酸浸处理后的碳素铬铁粉进行混合；
e用粘结剂将经上述工艺处理的碳素铬铁粉粘结压块，并在400℃的温度下烘干6～8小时；
f.将干燥的压块料装入真空电阻炉内，真空度控制在66pa以下，在1200～1450℃的温度条件下进行降碳、脱气处理。
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