CN112280936A - 一种铝锰铁合金炼钢脱氧剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及炼钢技术领域，具体提供一种铝锰铁合金炼钢脱氧剂及其制备方法与应用。所述铝锰铁合金钢脱氧剂按质量比包括铁剂35‑45份、锰元素含量5.5‑6.5份，铝元素含量为40‑60份；所述铝元素全部来源于6系铝合金，所述锰剂包括6系铝合金中的锰剂和外加锰剂，外加锰剂包括碳锰铁、电解锰或高碳锰铁。解决现有技术中采用铝锰系复合脱氧剂制备得到的合金钢极易粉化的问题。

Description

一种铝锰铁合金炼钢脱氧剂及其制备方法与应用
技术领域
本公开涉及炼钢技术领域，具体提供一种铝锰铁合金炼钢脱氧剂及其制备方法与应用。
背景技术
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
在钢铁生产过程中，铁水一般是由铁矿石在高温下与焦碳进行还原反应生产而来，一般铁水中的碳含量为2％以上，铁水通过运输系统进入炼钢工艺流程，炼钢过程中使用氧气对铁水脱碳处理，将钢中的碳与氧气反应降低铁水中的碳含量。由于反应率问题和脱氧要求吹入钢种的氧气不能全部与钢水反应，在钢水中以游离态存在。钢中氧的危害性主要表现在以下三个方面：1.产生夹杂。钢液凝固时，其中多余的氧与钢中其他元素结合生成非金属夹杂物，进而破坏了钢基体的连续性，降低钢的强度与抗冲击韧性、伸长率等各种力学性能和导磁性能、焊接性能等；2.形成气泡。钢液中的氧含量过高，在浇铸过程中会再次与钢中碳反应，产生CO气体，从而会使钢锭(坯)产生气孔、疏松等缺陷，严重时会导致钢锭(坯)报废；3.加剧硫的危害。氧能使硫在钢中的溶解度降低，加剧硫的有害作用，使钢的热脆倾向更加严重。
因此，现有技术在吹氧后针对钢水中氧含量进行精准脱氧。常见的脱氧剂有富锰铝合金、铝块、铝线、铝粒等。现有技术中为提高脱氧剂的脱氧效果，提供了一些复合脱氧剂，最常见的复合脱氧剂为铝锰脱氧剂，然而发明人发现，采用铝锰系复合脱氧剂制备得到的合金钢极易粉化，在干燥条件下粉化周期尚且可控制在1个月内，但在沿海潮湿的区域只能控制在2周内，导致合金钢难以正常使用。
发明内容
针对现有技术中采用铝锰系复合脱氧剂制备得到的合金钢极易粉化的问题。
本公开一个或一些实施方式中，提供一种铝锰铁合金炼钢脱氧剂，按质量比包括铁剂35-45份、锰元素含量5.5-6.5份，铝元素含量为40-60份；所述铝元素全部来源于6系铝合金，所述锰剂包括6系铝合金中的锰剂和外加锰剂，外加锰剂包括碳锰铁、电解锰或高碳锰铁。
本公开一个或一些实施方式中，提供上述铝锰铁合金钢脱氧剂的制备方法，包括如下步骤：在不同炉体中分别冶炼铁水和6系铝合金，在铁水熔清后在铁水中加入锰剂。
本公开一个或一些实施方式中，提供一种铝锰铁合金钢熔炼工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)烘烤钢包，烘烤后，吊装钢包，然后在钢包内加入部分6系铝合金原料作为冷料；
(2)吊装钢包盛接铝水，根据产品配比要求，将剩余铝液加入到钢包中，倒入铝水时，铝液表面浮渣随铝液进入到钢包中；
(3)将带有一定温度的钢水缓慢、均匀的倒入到盛有铝液的钢包中；
(4)搅拌钢液，并在搅拌过程中加入回炉料、落料；
(5)将钢液浇铸到锭模中，待冷却后破碎包装。
本公开一个或一些实施方式中，提供上述铝锰铁合金钢熔炼工艺制得的铁锰钢合金。
上述技术方案中的一个或一些技术方案具有如下优点或有益效果：
1)本公开利用铝比重大的特点，钢水冲击后上浮速度慢，脱氧效果好。且由于多元合金熔点为1200℃，较纯铝660℃融化速度慢，在上浮过程中融化速度慢，提高脱氧效果。本公开将铝液分步加入，并通过实验证实了铝液的分批加入，可以大大延长合金钢的粉化周期。
2)现有技术中熔炼过程中铝锭直接加入到钢水中，铝水在钢水中长时间冶炼，铝元素烧损严重，造成金属浪费成本增加。且现有技术中铝与铁在高温下形成高熔点ALFe化合物，氧化物粘粘在炉壁上，硬度高，熔点高及不容易清理，随着冶炼炉数的增加，电炉有效熔腔越来越小，后期熔炼电耗急剧增加，直到重新筑炉。且氧化物反复加热，侵蚀炉衬严重，容易造成漏钢等事故隐患。综上电炉最大使用炉数200炉左右，造成耐材浪费和电耗成本的增加。
而本公开合理烧制钢包，将高温的金属液体均加入钢包中，钢包在生产过程中吊装至需要的工序，一方面减少了炉体燃烧，另一方面防止铝元素烧损，此外，本公开将铝渣加入，进一步避免了铝元素烧损。
附图说明
构成本公开一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为对比例1生产的合金放置2周后状态图。
图2为对比例1生产的合金放置4周后状态图。
图3为实施例1生产的合金放置6周后状态图。
具体实施方式
下面将对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本公开的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
传统冶炼工艺将锰、铝、铁元素进行混合冶炼。由于富锰铝合金中铁元素、锰元素及铝元素熔点及密度差距大，造成冶炼过程中成分偏析严重，且铝铁锰元素结合不好，在潮湿环境中合金中碳元素及硫元素与空气中的水发生反应既C+H2O→CH4↑，S+H2O→H2S↑。生成CH4、H2S两种气体，合金在两种气体的作用下膨胀，造成粉化，无法沉入钢水底部，无法正常使用，极易造成巨大的经济损失。
现有技术中为避免出现上述的粉化，原料主要使用电解锰片、纯铝及优质废钢为原料进行生产，由于钛元素有细化晶粒结合，对碳和硫元素有极强的亲和性。所以一般要求加入的钛铁量为0.3％。在干燥条件下粉化周期尚且可控制在1个月内，但在沿海潮湿的区域只能控制在2周内，导致合金钢难以正常使用。
针对现有技术中采用铝锰系复合脱氧剂制备得到的合金钢极易粉化的问题。
本公开一个或一些实施方式中，提供一种铝锰铁合金炼钢脱氧剂，按质量比包括铁剂35-45份、锰元素含量5.5-6.5份，铝元素含量为40-60份；所述铝元素全部来源于6系铝合金；所述锰剂包括6系铝合金中的锰剂和外加锰剂，外加锰剂包括碳锰铁、电解锰或高碳锰铁。
优选的，6系铝合金中的锰元素按照100％的收得率进行计算后，取数值即为6系铝合金中的锰剂，按锰剂添加比例减去6系铝合金中的锰剂，即为外加锰剂的质量比。
本公开一个或一些实施方式中，提供上述铝锰铁合金炼钢脱氧剂的制备方法，包括如下步骤：在不同炉体中分别冶炼铁水和6系铝合金，在铁水熔清后在铁水中加入锰剂。
选择6系铝合金的目的在于，6系铝型材广泛应用于易拉罐罐体的生产制作，来料广泛且集中，产品成份稳定其中的锰含量及铁、镁含量较高，由于铝有很好的金属记忆和其中的合金元素对于提高合金硬度和降低有害元素形态有很好的作用，因此选用6063。
优选的，使用中频电炉冶炼铁水；
优选的，使用中频电炉冶炼铝水，电炉内填充化铝专用炉衬。
优选的，6系铝合金进行熔炼时，在冷炉启动过程中加入一根或几根铁棒和铝碎屑进行起熔，当炉内铝水达到炉体的三分之一高度时，将铁棒提出，加入铝废料压块后正常熔化。由于铝的低电阻，，可以将铝的熔化时间降低三分之一，电耗降低100度/吨。
本公开一个或一些实施方式中，提供一种铝锰铁合金炼钢脱氧剂工艺，包括如下步骤：
(1)烘烤钢包，烘烤后，吊装钢包，然后在钢包内加入生产一炉钢所需的铝水量的20％作为冷料。
(2)吊装钢包盛接铝水，根据产品配比要求，将剩余铝液加入到钢包中，倒入铝水时，铝渣随铝液进入到钢包中；
步骤(2)中加入的铝液的重量与步骤(1)中加入冷料的重量一起作为加入铝的总量。
(3)将带有一定温度的钢水缓慢、均匀的倒入到盛有铝液的钢包中，
钢水加入到钢包过程中铝渣会被高温钢水点燃，即发生铝热反应。人员应保持才安全距离范围内,钢水加入量达到后将钢包吊离。期间不需要处理，人员远离，铝渣的燃烧不仅能确保下部的铝液不被过度氧化，关键在于能够提供金属热提高合金钢液温度，将冷料充分熔化。此时钢液的温度为1400-1450℃。
(4)搅拌钢液，并在搅拌过程中加入回炉料、落料，
加入回炉料、落料的作用，一是充分利用回炉料，二是降低钢包中钢液的温度达到浇铸温度，三是清理下的钢包壁上粘结的合金和成品在包装过程中粒度不合格的筛下物。
步骤(4)是处理筛下物最好的途径，较原来工艺有极大的优势，如筛下物入炉，由于电磁搅拌的作用，筛下物熔化速度慢，且比重很轻，在空气中极易氧化。烧损率大约为35％左右。由于使用此方法，加入的筛下物直接被高温的铝渣包围，防止氧化，铝燃烧的高温核心温度可到达2000摄氏度，熔化速度极快，可以确保95％以上的收得率。另外，回炉料与前期加入冷料联合将燃烧的铝熄灭，铝渣的保护作用消失，综合温度达到工艺要求的温度，通过此过程的处理可以到达开浇温度。
(5)将钢液浇铸到锭模中，待冷却后破碎包装。
优选的，步骤(1)中，在钢包内加入生产一炉铝锰铁合金钢所需的铝水量的20％作为冷料。
优选的，步骤(1)中，所述钢包衬选用黏土即可，在使用前烘烤12小时。确保低温烘烤，防止开裂。每次使用后要清理钢包，将钢包中的合金集中收集清理后作为回炉料降温使用。
优选的，步骤(2)中，铝水的温度为650-700℃，
优选的，步骤(2)中，倒入铝水时，将铝渣搅拌，
优选的，步骤(3)中，钢水温度为1630-1650℃，
优选的，步骤(3)中，钢水加入重量为铝液重量的0.4-0.8，进一步优选为0.6。
优选的，步骤(4)中，使用螺旋搅拌器进行搅拌钢液，
优选的，步骤(5)中，浇注温度在1250度以上，此时是铝铁液相线的最低温度，确保铝和铁熔化在一起，
优选的，步骤(5)中，开浇温度稳定1250℃到1280℃之间，避免温度过高将模具过渡烧损。
本公开一个或一些实施方式中，提供上述铝锰铁合金钢熔炼工艺制得的铁锰钢合金。
实施例1
本实施例提供一种铝锰铁合金炼钢脱氧剂的制备方法，包括如下步骤：
1：使用中频电电炉冶炼铁水，在铁水熔清后按照要求加入锰剂。锰剂包括中碳锰铁、电解锰等，可根据炼钢工艺要求配加部分高碳锰铁。铝合金中的锰元素按照100％的收得率进行计算，一般情况下可降4.5％的锰剂加入量。
2：使用另一台中频电炉使用化铝专用炉衬对6系铝型废料进行熔炼，选择6系铝合金的目的在于，6系铝型材广泛应用于易拉罐罐体的生产制作，来料广泛且集中，产品成份稳定其中的锰含量及铁、镁含量较高，由于铝有很好的金属记忆和其中的合金元素对于提高合金硬度和降低有害元素形态有很好的作用，因此选用6063。由于铝的低电阻，在冷炉启动过程中需要加入一根或几根铁棒和铝碎屑进行起熔，当炉内铝水达到炉体的三分之一高度时，将铁棒提出，加入铝废料压块后正常熔化，可以将铝的熔化时间降低三分之一，电耗降低100度/吨。
实施例2
本实施例提供一种铝锰铁合金炼钢熔炼工艺，包括如下步骤：
(1)烘烤钢包，烘烤后，吊装钢包，然后在钢包内加入部分铝水作为冷料；在钢包内加入生产一炉铝锰铁合金钢所需的铝水量的20％作为冷料；所述钢包衬选用黏土，在使用前烘烤12小时。
(2)吊装钢包盛接铝水，铝水的温度为680℃，根据产品配比要求，将剩余铝液加入到钢包中，倒入铝水时，将铝渣搅拌，铝渣随铝液进入到钢包中；
(3)将1640℃钢水缓慢、均匀的倒入到盛有铝液的钢包中，加入量为铝液重量的0.6；
(4)使用螺旋搅拌器搅拌钢液，并在搅拌过程中加入回炉料、落料；
(5)将钢液浇铸到锭模中，待冷却后破碎包装，浇注温度在1250度以上，开浇温度稳定1250℃到1280℃之间。
本实施例所述的工艺生产的合金，较传统工艺，硬度、致密性有较大程度的提高。实验室条件下空气湿度85度，温度35度存放可超过3个月，6个月粉化的量占总量不超过20％。模拟海洋潮湿气候，使用海水雾化进行存放可以超过1个月。如图3所示，本实施例生产的合金放置6周的金属状态良好，表面及内部致密性一致，比重高。
实施例2
本实施例提供一种铝锰铁合金炼钢熔炼工艺，包括如下步骤：
(1)烘烤钢包，烘烤后，吊装钢包，然后在钢包内加入部分6系铝作为冷料；在钢包内加入生产一炉铝锰铁合金钢所需的铝水量的20％作为冷料；所述钢包衬选用黏土，在使用前烘烤12小时。
(2)吊装钢包盛接铝水，铝水的温度为650℃，根据产品配比要求，将剩余铝液加入到钢包中，倒入铝水时，将铝渣搅拌，铝渣随铝液进入到钢包中；
(3)将1630℃钢水缓慢、均匀的倒入到盛有铝液的钢包中，加入量为铝液重量的0.4；
(4)使用螺旋搅拌器搅拌钢液，并在搅拌过程中加入回炉料、落料；
(5)将钢液浇铸到锭模中，待冷却后破碎包装，浇注温度在1250度以上，开浇温度稳定1250℃到1280℃之间。
本实施例所述的合金，较传统工艺，硬度、致密性有较大程度的提高。实验室条件下空气湿度85度，温度35度存放可超过3个月，6个月粉化的量占总量不超过20％。模拟海洋潮湿气候，使用海水雾化进行存放可以超过1个月。
实施例3
本实施例提供一种铝锰铁合金炼钢熔炼工艺，包括如下步骤：
(1)烘烤钢包，烘烤后，吊装钢包，然后在钢包内加入6系铝作为冷料；在钢包内加入生产一炉铝锰铁合金钢所需的铝水量的20％作为冷料；所述钢包衬选用黏土，在使用前烘烤12小时。
(2)吊装钢包盛接铝水，铝水的温度为700℃，根据产品配比要求，将剩余铝液加入到钢包中，倒入铝水时，将铝渣搅拌，铝渣随铝液进入到钢包中；
(3)将1650℃钢水缓慢、均匀的倒入到盛有铝液的钢包中，加入量为铝液重量的0.8；
(4)使用螺旋搅拌器搅拌钢液，并在搅拌过程中加入回炉料、落料；
(5)将钢液浇铸到锭模中，待冷却后破碎包装，浇注温度在1250度以上，开浇温度稳定1250℃到1280℃之间。
本实施例所述的合金，较传统工艺，硬度、致密性有较大程度的提高。实验室条件下空气湿度85度，温度35度存放可超过3个月，6个月粉化的量占总量不超过20％。模拟海洋潮湿气候，使用海水雾化进行存放可以超过1个月。
对比例1
本实施例提供一种铝锰铁合金炼钢熔炼工艺，与实施例1区别在于，将铝液、钢水混合后倒入钢包中。
如图1所示，本实施例制得的合金常温下放置2周后状态，已经开始蓬松，出现颗粒状形态；如图2所示，本实施例制得的合金放置4周后，合金粉化，已无实际使用价值。
从实施例1及对比例1的对比可以看出，铝液的分步加入，可以避免合金的粉化，尤其在潮湿气候下，可以延长合金钢的保存时间。
对比例2
本实施例提供一种铝锰铁合金炼钢熔炼工艺，与实施例1区别在于，步骤(2)中，倒入铝水时，不加入铝渣。经测试，熔炼得到的钢力学性能较差，主要体现在抗压强度、韧性较差。
以上所揭露的仅为本公开的优选实施例而已，当然不能以此来限定本公开之权利范围，因此依本公开申请专利范围所作的等同变化，仍属本公开所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种铝锰铁合金炼钢脱氧剂，其特征在于，按质量比包括铁剂35-45份、锰元素含量5.5-6.5份，铝元素含量为40-60份；所述铝元素全部来源于6系铝合金，所述锰剂包括6系铝合金中的锰剂和外加锰剂，外加锰剂包括碳锰铁、电解锰或高碳锰铁。
2.如权利要求1所述的铝锰铁合金炼钢脱氧剂，其特征在于，6系铝合金中的锰元素按照100％的收得率进行计算后，取数值即为6系铝合金中的锰剂，按锰剂添加比例减去6系铝合金中的锰剂，即为外加锰剂的质量比。
3.一种权利要求1或2所述的铝锰铁合金炼钢脱氧剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在不同炉体中分别冶炼铁水和6系铝合金，在铁水熔清后在铁水中加入锰剂。
4.如权利要求3所述的铝锰铁合金炼钢脱氧剂的制备方法，其特征在于，使用中频电炉冶炼铁水；
优选的，使用中频电炉冶炼铝水，电炉内填充化铝专用炉衬。
5.如权利要求3所述的铝锰铁合金炼钢脱氧剂的制备方法，其特征在于，6系铝合金进行熔炼时，在冷炉启动过程中加入一根或几根铁棒和铝碎屑进行起熔，当炉内铝水达到炉体的三分之一高度时，将铁棒提出，加入铝废料压块后正常熔化。
6.一种铝锰铁合金炼钢熔炼工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)烘烤钢包，烘烤后，吊装钢包，然后在钢包内加入部分铝水作为冷料；
(2)吊装钢包盛接铝水，根据产品配比要求，将剩余铝液加入到钢包中，倒入铝水时，铝渣随铝液进入到钢包中；
(3)将带有一定温度的钢水缓慢、均匀的倒入到盛有铝液的钢包中；
(4)搅拌钢液，并在搅拌过程中加入回炉料、落料；
(5)将钢液浇铸到锭模中，待冷却后破碎包装。
7.如权利要求6所述的铝锰铁合金炼钢熔炼工艺，其特征在于，步骤(1)中，在钢包内加入生产一炉铝锰铁合金钢所需的铝水量的20％作为冷料；
优选的，步骤(1)中，所述钢包衬选用黏土，在使用前烘烤12小时。
8.如权利要求6所述的铝锰铁合金炼钢熔炼工艺，其特征在于，步骤(2)中，铝水的温度为650-700℃，
优选的，步骤(2)中，倒入铝水时，将铝渣搅拌，
优选的，步骤(3)中，钢水温度为1630-1650℃，
优选的，步骤(3)中，钢水加入重量为铝液重量的0.4-0.8，进一步优选为0.6。
9.如权利要求6所述的铝锰铁合金炼钢熔炼工艺，其特征在于，步骤(4)中，使用螺旋搅拌器进行搅拌钢液，
优选的，步骤(5)中，浇注温度在1250度以上，
优选的，步骤(5)中，开浇温度稳定1250℃到1280℃之间。
10.权利要求6-9任一项所述的铝锰铁合金炼钢熔炼工艺制得的铁锰钢合金。
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