CN114107843B - 一种高纯净锰13高锰钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高纯净锰13高锰钢的制备方法，包括以下步骤：(1)打结坩埚；(2)设计制造气体扩散器；(3)连接吹氩气系统；(4)准备材料；(5)加料熔炼；(6)调整化学成分；(7)炉内镇静；(8)控温出钢。本发明通过进一步优化工艺，在加料熔炼中进行吹氩气，以及采用炉熔渣剂除杂，均可有效降低氢、氧含量，提高了锰13高锰钢的屈服强度，其中本发明方法制得的锰13高锰钢的氧含量为8.6ppm，氢含量为3.5ppm，屈服强度为426.4MPa，由于屈服强度较高，因此能满足多方面的应用要求。

Description

一种高纯净锰13高锰钢的制备方法
技术领域
本发明属于精炼净化技术领域，具体涉及一种高纯净锰13高锰钢的制备方法。
背景技术
高锰钢是传统的耐磨材料。经过一百多年的发展，形成了锰13、锰18和锰25三个系列。高锰钢广泛用于冶金、矿山、建材、水泥、铁路、电力、石油化工、军工等行业的机械装备构件中。高锰钢铸件的抗磨性能和使用寿命与冶金质量有着十分重要的关系。提高高锰钢铸件的抗磨性，延长使用寿命，对持续生产、减少经济损失、增加经济效益，以及创造耐磨铸件精品和品牌，参与国际市场竞争，具有重大意义。
高锰钢液纯净程度直接影响铸件质量，高锰钢液中氧化物、夹杂物、氢、氧等气体含量的多少直接影响材质性能。
制备高锰钢过程中可以使用吹气除杂，也可以在熔炼过程中向高锰钢水表面覆盖炉熔渣剂除杂，从而降低氧、氢等有害气体，但是现有技术制备高锰钢除杂效果稍差，需进一步优化工艺，以便制备高纯净高锰钢，以提高材质性能。
发明内容
本发明提供一种高纯净锰13高锰钢的制备方法，以解决现有技术制备高锰钢除杂效果稍差的问题。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种高纯净锰13高锰钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在中频炉底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；
(2)根据中频炉容积大小设计制造气体扩散器；
(3)将气体扩散器安装在中频炉底部中心，连接吹氩气系统；
(4)准备材料：按高锰钢水的化学成分要求，称量好熔炼高锰钢水的各种材料，备用；
(5)加料熔炼：将准备好的原材料逐步投入中频炉中熔炼，当炉料熔化形成熔池时，开始打开流量调节器吹注氩气，氩气经过透气砖参与高锰钢水熔炼过程，熔炼过程中向高锰钢水表面覆盖炉熔渣剂，直至炉料熔清，取样分析炉内成分；
(6)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
(7)炉内镇静：中频炉内高锰钢水达到要求温度后停电镇静，继续吹氩气，使高锰钢水均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面炉熔渣剂结合；
(8)控温出钢：控制温度，出钢浇注，制得高纯净锰13高锰钢，采用光谱分析，所述的高纯净锰13高锰钢，按质量百分含量计，包括以下成分：0.92-1.24％的C、0.52-0.76％的Si、11.15-12.92％的Mn、0.23-1.26％的Cr、0.21-0.72％的Cu、0.23-0.36％的Al、0.34-0.78％的Mo、0.01-0.15％的Ni、0.03-0.1％的W、O元素含量≤8.6ppm、H元素含量≤3.5ppm，其它微量元素含量≤0.78％，余量为Fe。
优选地，步骤(1)中所述的中频炉包括炉盖、炉衬、炉壁层、气体扩散器、透气砖、接头，所述炉盖设置于中频炉的顶部，所述炉衬外表面设置有炉壁层，所述中频炉的底部设置有气体扩散器、透气砖、接头，所述透气砖裹着气体扩散器，所述接头设置于气体扩散器的下方。
优选地，步骤(3)中所述的吹氩系统包括进气管、氩气瓶、减压阀和流量调节器，所述进气管与气体扩散器连接，所述接头与进气管衔接并固定于中频炉的底部，所述进气管连接流量调节器，所述流量调节器连接减压阀，所述减压阀连接氩气瓶。
优选地，步骤(5)中当炉料熔化形成熔池时，即高锰钢水覆过炉底28.8cm以上时，开始打开流量调节器吹注氩气。
优选地，步骤(5)中氩气经过透气砖参与高锰钢水熔炼过程，过程如下：前7-12min，控制氩气流量为0.96-1.05Nm3/h；第13-18min，控制氩气流量为1.12-1.27Nm3/h；第19-28min，控制氩气流量为1.25-1.49Nm3/h；第29-50min，控制氩气流量为1.28-1.35Nm3/h。
优选地，步骤(5)中在熔炼过程中第29min开始时，向高锰钢水表面覆盖炉熔渣剂，添加量为0.62-0.65kg/吨钢。
优选地，步骤(8)中所述的高纯净锰13高锰钢，按质量百分含量计，包括以下成分：1.08％的C、0.63％的Si、12.08％的Mn、1.15％的Cr、0.58％的Cu、0.28％的Al、0.67％的Mo、0.08％的Ni、0.06％的W、O元素含量为8.6ppm、H元素含量为3.5ppm，其它微量元素含量为0.78％，余量为Fe。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过进一步优化工艺，在加料熔炼中进行吹氩气，以及采用炉熔渣剂除杂，均可有效降低氢、氧含量，提高了锰13高锰钢的屈服强度，其中本发明方法制得的锰13高锰钢的氧含量为8.6ppm，氢含量为3.5ppm，屈服强度为426.4MPa，由于屈服强度较高，因此能满足多方面的应用要求。
附图说明
图1为本发明中频炉及吹氩系统结构示意图。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实施例加以说明，这些实施例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
(一)设计中频炉及吹氩系统
如图1所示，一种中频炉包括炉盖1、炉衬2、炉壁层(坩埚)3、气体扩散器6、透气砖7、接头8，所述炉盖1设置于中频炉的顶部，所述炉衬2外表面设置有炉壁层3，所述中频炉的底部设置有气体扩散器6、透气砖7、接头8，所述透气砖7裹着气体扩散器6，所述接头8设置于气体扩散器6的下方。
吹氩系统包括进气管9、氩气瓶10、减压阀11和流量调节器12，所述进气管9与气体扩散器6连接，所述接头8与进气管9衔接并固定于中频炉的底部，所述进气管9连接流量调节器12，所述流量调节器12连接减压阀11，所述减压阀11连接氩气瓶10。
在中频炉的坩埚内有炉渣4、钢液5。
所述炉壁层3为耐高温的合成材料层。
所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。
所述耐高温的合成材料层厚度为0.8-1.3cm。
所述进气管9为耐压橡胶管。
所述耐压橡胶管的内径为0.4-0.6cm。
本发明设计的中频炉具有以下有益效果：
(1)与现有技术相比，本发明在中频炉底部设置透气砖，通过注入氩气，有助于高锰钢液中的渣、氧化物、氢等杂质迅速上浮，净化充分且有效避免高锰钢液成分氧化和损失。
(2)透气砖与炉衬整体使用，在大气条件下吹氩气，可以减少炉外精炼设备投资，简化中频炉精炼高锰钢的操作过程。
(二)高纯净锰13高锰钢工艺参数、成分的控制
中频炉、吹氩系统的使用方法如下：
打结坩埚——设计制造气体扩散器——连接吹氩气系统——准备材料——加料熔炼——调整化学成分——炉内镇静——控温出钢水。
具体实施方法：
(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在中频炉底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；
(2)根据中频炉容积大小设计制造气体扩散器；
(3)将气体扩散器安装在中频炉底部中心，连接吹氩气系统；
(4)准备材料：按高锰钢水的化学成分要求，称量好熔炼高锰钢水的各种材料，备用；
(5)加料熔炼：将准备好的原材料逐步投入中频炉中熔炼，当炉料熔化形成熔池时，即高锰钢水覆过炉底28.8cm以上时，开始打开流量调节器吹注氩气，氩气经过透气砖参与高锰钢水熔炼过程，过程如下：前7-12min，控制氩气流量为0.96-1.05Nm3/h；第13-18min，控制氩气流量为1.12-1.27Nm3/h；第19-28min，控制氩气流量为1.25-1.49Nm3/h；在第29min开始时，向高锰钢水表面覆盖炉熔渣剂，添加量为0.62-0.65kg/吨钢；第29-50min，控制氩气流量为1.28-1.35Nm3/h；直至炉料熔清，取样分析炉内成分；
(6)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
(7)炉内镇静：中频炉内高锰钢水达到要求温度后停电镇静，继续吹氩气，使高锰钢水均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面炉熔渣剂结合；
(8)控温出钢：控制温度，出钢浇注，制得高纯净锰13高锰钢，采用光谱分析，所述的高纯净锰13高锰钢，按质量百分含量计，包括以下成分：0.92-1.24％的C、0.52-0.76％的Si、11.15-12.92％的Mn、0.23-1.26％的Cr、0.21-0.72％的Cu、0.23-0.36％的Al、0.34-0.78％的Mo、0.01-0.15％的Ni、0.03-0.1％的W、O元素含量≤8.6ppm、H元素含量≤3.5ppm，其它微量元素含量≤0.78％，余量为Fe。
步骤(5)中所述炉熔渣剂，以重量份为单位，包括以下原料：石灰粉20-40份、活性白土粉12-23份、蒙脱石粉7-10份、铝酸钙粉15-26份、碳酸钡粉8-13份、氧化钇粉4-6份、萤石粉8-11份、硅灰石粉9-12份、麦饭石粉13-16份；
所述石灰粉的粒度为600-800目；
所述活性白土粉的粒度为800-1000目；
所述蒙脱石粉的粒度为800-1000目；
所述铝酸钙粉的粒度为700-900目；
所述碳酸钡粉的粒度为700-1000目；
所述氧化钇粉的粒度为900-1100目；
所述萤石粉的粒度为800-1000目；
所述硅灰石粉的粒度为800-1000目；
所述麦饭石粉的粒度为700-1000目；
所述炉熔渣剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数，将石灰粉、活性白土粉、蒙脱石粉、铝酸钙粉、碳酸钡粉、氧化钇粉、萤石粉、硅灰石粉、麦饭石粉加入搅拌机，同时加100-160份水，在转速300-500r/min下搅拌1-1.5h，制得均匀浆料；
S2：将步骤S1制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为0.8-1.5cm的颗粒；
S3：将步骤S2制得的颗粒送入烘箱中，在82-93℃下干燥至含水量≤1.2％，制得炉熔渣剂。
本发明炉熔渣剂的技术原理及效果：
石灰粉的CaO组分可以调节炉熔渣剂的碱度，是实现高锰钢水脱硫和减少高锰钢水再氧化污染的重要组元，过高或过低的CaO含量都不能很好地控制炉熔渣剂的碱度。
活性白土主要化学成分是三氧化二铝、二氧化硅、水及少量铁、镁、钙等，有较高吸附性性能，有利于吸附高锰钢水中的氧、氢等杂质，此外活性白土加热至300℃以上便开始失去结晶水，使结构发生变化，因此具有较低的熔点。
蒙脱石是由二层共顶联接的硅氧四面体片夹一层共棱联接的铝(镁)氧(氢氧)八面体片，构成2:1型含结晶水的硅酸盐矿物，是一种良好的热膨胀材料，加热后体积能增加，具有很强的吸附力及阳离子交换性能，有利于吸附高锰钢水中的氧、氢等杂质。
铝酸钙的引入，有利于脱去高锰钢水中的氧等不纯物，降低高锰钢水中的有害元素及杂质的含量，达到吸渣效果。
碳酸钡粉受热分解产生的CaO属于碱性氧化物，能提高炉熔渣剂的碱度，增强炉熔渣剂的脱硫、脱磷等能力，而分解产生的CO2降低了高锰钢水中H的含量。
氧化钇可起净化高锰钢水杂质，特别是降低扩散氢含量的作用。
萤石可降低炉熔渣剂的粘度、熔点和表张力，增加炉熔渣剂的流动性，适量的萤石可以改善炉熔渣剂对高锰钢水吸氢量。
硅灰石含SiO2，而SiO2与萤石中的CaF2反应达到脱氢的效果。
麦饭石的表面吸附能力比较强，具有很好的流变性和催化性能，同时，具有理想的胶体性能和耐热性能，是一种较好的吸附材料，有利于吸附高锰钢水中的氧、氢等杂质。
本发明的炉熔渣剂在石灰粉、活性白土粉、蒙脱石粉、铝酸钙粉、碳酸钡粉、氧化钇粉、萤石粉、硅灰石粉、麦饭石粉的相互配合，协同作用下，降低了高锰钢水中O和H的含量，大大提高高锰钢水的质量，有利于制得高纯净高锰钢。由于本发明制备的炉熔渣剂具有低熔点、高活性的特点，每吨钢水中的添加量仅为0.62-0.65kg，具有比现有技术添加炉熔渣剂量少等优点，可降低成本。
下面通过更具体的实施例加以说明。
(一)炉熔渣剂的研究开发
实施例1
一种炉熔渣剂，以重量份为单位，包括以下原料：石灰粉32份、活性白土粉18份、蒙脱石粉9份、铝酸钙粉20份、碳酸钡粉12份、氧化钇粉5份、萤石粉10份、硅灰石粉11份、麦饭石粉15份；
所述石灰粉的粒度为700目；
所述活性白土粉的粒度为900目；
所述蒙脱石粉的粒度为900目；
所述铝酸钙粉的粒度为800目；
所述碳酸钡粉的粒度为800目；
所述氧化钇粉的粒度为1000目；
所述萤石粉的粒度为900目；
所述硅灰石粉的粒度为1000目；
所述麦饭石粉的粒度为900目；
所述炉熔渣剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数，将石灰粉、活性白土粉、蒙脱石粉、铝酸钙粉、碳酸钡粉、氧化钇粉、萤石粉、硅灰石粉、麦饭石粉加入搅拌机，同时加140份水，在转速400r/min下搅拌1.3h，制得均匀浆料；
S2：将步骤S1制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1.2cm的颗粒；
S3：将步骤S2制得的颗粒送入烘箱中，在90℃下干燥至含水量为1％，制得炉熔渣剂。
产品经物理检测：熔点为1316℃。
将实施例1制得的炉熔渣剂进行炼锰13高锰钢实际使用。用量为0.62kg/吨钢。经观测：产品辅展性好，能真接与残渣发生反应降低残渣熔点和粘度，测温枪能轻易透过渣层快速测量高锰钢水温度；同时使用该炉熔渣剂后，比原钢炉单纯覆盖保温剂，平均每炉钢的温降少4.6℃；改善了渣流动性，减少了扒渣环节，清除了炉壁挂渣。可见实施例1制得的炉熔渣剂熔点低，活性高。
实施例2
一种炉熔渣剂，以重量份为单位，包括以下原料：石灰粉22份、活性白土粉13份、蒙脱石粉7份、铝酸钙粉16份、碳酸钡粉9份、氧化钇粉4份、萤石粉8份、硅灰石粉10份、麦饭石粉13份；
所述石灰粉的粒度为600目；
所述活性白土粉的粒度为900目；
所述蒙脱石粉的粒度为800目；
所述铝酸钙粉的粒度为800目；
所述碳酸钡粉的粒度为700目；
所述氧化钇粉的粒度为900目；
所述萤石粉的粒度为800目；
所述硅灰石粉的粒度为900目；
所述麦饭石粉的粒度为800目；
所述炉熔渣剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数，将石灰粉、活性白土粉、蒙脱石粉、铝酸钙粉、碳酸钡粉、氧化钇粉、萤石粉、硅灰石粉、麦饭石粉加入搅拌机，同时加120份水，在转速300r/min下搅拌1.5h，制得均匀浆料；
S2：将步骤S1制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1cm的颗粒；
S3：将步骤S2制得的颗粒送入烘箱中，在85℃下干燥至含水量为1.2％，制得炉熔渣剂。
产品经物理检测：熔点为1352℃。
将实施例2制得的炉熔渣剂进行炼锰13高锰钢实际使用。用量为0.65kg/吨钢。经观测：产品辅展性好，能真接与残渣发生反应降低残渣熔点和粘度，测温枪能轻易透过渣层快速测量高锰钢水温度；同时使用该炉熔渣剂后，比原钢炉单纯覆盖保温剂，平均每炉钢的温降少5.1℃；改善了渣流动性，减少了扒渣环节，清除了炉壁挂渣。可见实施例2制得的炉熔渣剂熔点低，活性高。
实施例3
一种炉熔渣剂，以重量份为单位，包括以下原料：石灰粉38份、活性白土粉20份、蒙脱石粉9份、铝酸钙粉25份、碳酸钡粉12份、氧化钇粉6份、萤石粉10份、硅灰石粉12份、麦饭石粉15份；
所述石灰粉的粒度为800目；
所述活性白土粉的粒度为1000目；
所述蒙脱石粉的粒度为900目；
所述铝酸钙粉的粒度为900目；
所述碳酸钡粉的粒度为1000目；
所述氧化钇粉的粒度为1000目；
所述萤石粉的粒度为1000目；
所述硅灰石粉的粒度为1000目；
所述麦饭石粉的粒度为900目；
所述炉熔渣剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数，将石灰粉、活性白土粉、蒙脱石粉、铝酸钙粉、碳酸钡粉、氧化钇粉、萤石粉、硅灰石粉、麦饭石粉加入搅拌机，同时加150份水，在转速500r/min下搅拌1h，制得均匀浆料；
S2：将步骤S1制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1.4cm的颗粒；
S3：将步骤S2制得的颗粒送入烘箱中，在90℃下干燥至含水量为1.1％，制得炉熔渣剂。
产品经物理检测：熔点为1335℃。
将实施例3制得的炉熔渣剂进行炼锰13高锰钢实际使用。用量为0.64kg/吨钢。经观测：产品辅展性好，能真接与残渣发生反应降低残渣熔点和粘度，测温枪能轻易透过渣层快速测量高锰钢水温度；同时使用该炉熔渣剂后，比原钢炉单纯覆盖保温剂，平均每炉钢的温降少4.8℃；改善了渣流动性，减少了扒渣环节，清除了炉壁挂渣。可见实施例3制得的炉熔渣剂熔点低，活性高。
实施例4
一种炉熔渣剂，以重量份为单位，包括以下原料：石灰粉28份、活性白土粉16份、蒙脱石粉8份、铝酸钙粉18份、碳酸钡粉9份、氧化钇粉5份、萤石粉9份、硅灰石粉10份、麦饭石粉14份；
所述石灰粉的粒度为800目；
所述活性白土粉的粒度为800目；
所述蒙脱石粉的粒度为800目；
所述铝酸钙粉的粒度为900目；
所述碳酸钡粉的粒度为1000目；
所述氧化钇粉的粒度为1000目；
所述萤石粉的粒度为900目；
所述硅灰石粉的粒度为900目；
所述麦饭石粉的粒度为800目；
所述炉熔渣剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数，将石灰粉、活性白土粉、蒙脱石粉、铝酸钙粉、碳酸钡粉、氧化钇粉、萤石粉、硅灰石粉、麦饭石粉加入搅拌机，同时加120份水，在转速400r/min下搅拌1.3h，制得均匀浆料；
S2：将步骤S1制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1cm的颗粒；
S3：将步骤S2制得的颗粒送入烘箱中，在88℃下干燥至含水量为1.1％，制得炉熔渣剂。
产品经物理检测：熔点为1324℃。
将实施例1制得的炉熔渣剂进行炼锰13高锰钢实际使用。用量为0.63kg/吨钢。经观测：产品辅展性好，能真接与残渣发生反应降低残渣熔点和粘度，测温枪能轻易透过渣层快速测量高锰钢水温度；同时使用该炉熔渣剂后，比原钢炉单纯覆盖保温剂，平均每炉钢的温降少4.7℃；改善了渣流动性，减少了扒渣环节，清除了炉壁挂渣。可见实施例4制得的炉熔渣剂熔点低，活性高。
(二)设计中频炉、吹氩系统和制备高纯净锰13高锰钢参数、成分的研究
实施例5
如图1所示，一种中频炉包括炉盖1、炉衬2、炉壁层(坩埚)3、气体扩散器6、透气砖7、接头8，所述炉盖1设置于中频炉的顶部，所述炉衬2外表面设置有炉壁层3，所述中频炉的底部设置有气体扩散器6、透气砖7、接头8，所述透气砖7裹着气体扩散器6，所述接头8设置于气体扩散器6的下方。
吹氩系统包括进气管9、氩气瓶10、减压阀11和流量调节器12，所述进气管9与气体扩散器6连接，所述接头8与进气管9衔接并固定于中频炉的底部，所述进气管9连接流量调节器12，所述流量调节器12连接减压阀11，所述减压阀11连接氩气瓶10。
在中频炉的坩埚内有炉渣4、钢液5。
所述炉壁层3为耐高温的合成材料层。
所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。
所述耐高温的合成材料层厚度为1cm。
所述进气管9为耐压橡胶管。
所述耐压橡胶管的内径为0.5cm。
中频炉、吹氩系统的使用方法如下：
(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在中频炉底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；
(2)根据中频炉容积大小设计制造气体扩散器；
(3)将气体扩散器安装在中频炉底部中心，连接吹氩气系统；
(4)准备材料：按高锰钢水的化学成分要求，称量好熔炼高锰钢水的各种材料，备用；
(5)加料熔炼：将准备好的原材料逐步投入中频炉中熔炼，当炉料熔化形成熔池时，即高锰钢水覆过炉底28.8cm时，开始打开流量调节器吹注氩气，氩气经过透气砖参与高锰钢水熔炼过程，过程如下：前7-12min，控制氩气流量为0.96-1.05Nm3/h；第13-18min，控制氩气流量为1.12-1.27Nm3/h；第19-28min，控制氩气流量为1.25-1.49Nm3/h；在第29min开始时，向高锰钢水表面覆盖炉熔渣剂，添加量为0.62kg/吨钢；第29-50min，控制氩气流量为1.28-1.35Nm3/h；直至炉料熔清，取样分析炉内成分；
(6)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
(7)炉内镇静：中频炉内高锰钢水达到要求温度后停电镇静，继续吹氩气，使高锰钢水均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面炉熔渣剂结合；
(8)控温出钢：控制温度，出钢浇注，制得高纯净锰13高锰钢，采用光谱分析，所述的高纯净锰13高锰钢，按质量百分含量计，包括以下成分：1.08％的C、0.63％的Si、12.08％的Mn、1.15％的Cr、0.58％的Cu、0.28％的Al、0.67％的Mo、0.08％的Ni、0.06％的W、O元素含量为8.6ppm、H元素含量为3.5ppm，其它微量元素含量为0.78％，余量为Fe。
步骤(5)中所述的炉熔渣剂，以重量份为单位，包括以下原料：石灰粉32份、活性白土粉18份、蒙脱石粉9份、铝酸钙粉20份、碳酸钡粉12份、氧化钇粉5份、萤石粉10份、硅灰石粉11份、麦饭石粉15份；
所述石灰粉的粒度为700目；
所述活性白土粉的粒度为900目；
所述蒙脱石粉的粒度为900目；
所述铝酸钙粉的粒度为800目；
所述碳酸钡粉的粒度为800目；
所述氧化钇粉的粒度为1000目；
所述萤石粉的粒度为900目；
所述硅灰石粉的粒度为1000目；
所述麦饭石粉的粒度为900目；
所述炉熔渣剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数，将石灰粉、活性白土粉、蒙脱石粉、铝酸钙粉、碳酸钡粉、氧化钇粉、萤石粉、硅灰石粉、麦饭石粉加入搅拌机，同时加140份水，在转速400r/min下搅拌1.3h，制得均匀浆料；
S2：将步骤S1制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1.2cm的颗粒；
S3：将步骤S2制得的颗粒送入烘箱中，在90℃下干燥至含水量为1％，制得炉熔渣剂。
对比例1
与实施例5的制备锰13高锰钢方法基本相同，唯有不同的是制备炉熔渣剂的原料中缺少活性白土粉、铝酸钙粉、萤石粉、硅灰石粉、麦饭石粉。
对比例2
与实施例5的制备锰13高锰钢方法基本相同，唯有不同的是制备炉熔渣剂的原料中缺少活性白土粉。
对比例3
与实施例5的制备锰13高锰钢方法基本相同，唯有不同的是制备炉熔渣剂的原料中缺少铝酸钙粉。
对比例4
与实施例5的制备锰13高锰钢方法基本相同，唯有不同的是制备炉熔渣剂的原料中缺少萤石粉。
对比例5
与实施例5的制备锰13高锰钢方法基本相同，唯有不同的是制备炉熔渣剂的原料中缺少硅灰石粉。
对比例6
与实施例5的制备锰13高锰钢方法基本相同，唯有不同的是制备炉熔渣剂的原料中缺少麦饭石粉。
对比例7
与实施例5的制备锰13高锰钢方法基本相同，唯有不同的是步骤(5)加料熔炼中不加炉熔渣剂除杂。
对比例8
与实施例5的制备锰13高锰钢方法基本相同，唯有不同的是步骤(5)加料熔炼中不进行吹氩气除杂。
对实施例5、对比例1-8制备的锰13高锰钢的屈服强度及氧、氢含量进行检测，其中屈服强度采用GB/T5680-2010的相关规定检测；氧、氢含量采用光谱分析检测，检测结果如下表所示：
Figure BDA0003299719260000181
Figure BDA0003299719260000191
注：“-”表示不检查’。
由上表可知：(1)由实施例5和对比例7、8的数据可知，本发明加料熔炼中进行吹氩气，以及采用炉熔渣剂除杂，均可有效降低氢、氧含量，提高了锰13高锰钢的屈服强度，其中实施例5的工艺制得的锰13高锰钢的氧含量为8.6ppm，氢含量为3.5ppm，屈服强度为426.4MPa，由于屈服强度较高，因此能满足多方面的应用要求。
(2)由实施例5和对比例1的屈服强度数据，可以计算得出活性白土粉、铝酸钙粉、萤石粉、硅灰石粉、麦饭石粉一起使用时产生的屈服强度的效果值＝426.4-280.7＝145.7(MPa)；由实施例5和对比例2的屈服强度数据，可以计算得出活性白土粉单独使用时产生的屈服强度的效果值＝426.4-401.6＝24.8(MPa)；由实施例5和对比例3的屈服强度数据，可以计算得出铝酸钙粉单独使用时产生的屈服强度的效果值＝426.4-409.5＝16.9(MPa)；由实施例5和对比例4的屈服强度数据，可以计算得出萤石粉单独使用时产生的屈服强度的效果值＝426.4-397.1＝29.3(MPa)；由实施例5和对比例5的屈服强度数据，可以计算得出硅灰石粉单独使用时产生的屈服强度的效果值＝426.4-405.8＝20.6(MPa)；由实施例5和对比例6的屈服强度数据，可以计算得出麦饭石粉单独使用时产生的屈服强度的效果值＝426.4-403.2＝23.2(MPa)；结合以上数据可以计算得出活性白土粉、铝酸钙粉、萤石粉、硅灰石粉、麦饭石粉分别单独使用时叠加产生的屈服强度的效果值＝24.8+16.9+29.3+20.6+23.2＝114.8(MPa)，综上，可以计算得出活性白土粉、铝酸钙粉、萤石粉、硅灰石粉、麦饭石粉一起使用时产生的屈服强度的效果值比活性白土粉、铝酸钙粉、萤石粉、硅灰石粉、麦饭石粉分别单独使用时叠加产生的屈服强度的效果值提高的百分数＝(145.7-114.8)÷114.8×100％＝26.9％＞10％，该值大于10％，说明了活性白土粉、铝酸钙粉、萤石粉、硅灰石粉、麦饭石粉在制备锰13高锰钢中起到了协同作用，协同提高了屈服强度。
这是因为：
活性白土主要化学成分是三氧化二铝、二氧化硅、水及少量铁、镁、钙等，有较高吸附性性能，有利于吸附高锰钢水中的氧、氢等杂质。
铝酸钙的引入，有利于脱去高锰钢水中的氧等不纯物，降低高锰钢水中的有害元素及杂质的含量，达到吸渣效果。
萤石可降低炉熔渣剂的粘度、熔点和表张力，增加炉熔渣剂的流动性，适量的萤石可以改善炉熔渣剂科对锰13高锰钢吸氢量。
硅灰石含SiO2，而SiO2与萤石中的CaF2反应达到脱氢的效果。
麦饭石的表面吸附能力比较强，具有很好的流变性和催化性能，同时，具有理想的胶体性能和耐热性能，是一种较好的吸附材料，有利于吸附钢水中的氧、氢等不纯物。
故本发明在活性白土粉、铝酸钙粉、萤石粉、硅灰石粉、麦饭石粉相互配合下，有效降低了氢、氧含量，协同提高了锰13高锰钢的屈服强度。
本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例和附图仅是用来描述特定实施方式。
尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。

Claims (7)

1.一种高纯净锰13高锰钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）打结坩埚：将透气砖按要求安装在中频炉底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；
（2）根据中频炉容积大小设计制造气体扩散器；
（3）将气体扩散器安装在中频炉底部中心，连接吹氩气系统；
（4）准备材料：按高锰钢水的化学成分要求，称量好熔炼高锰钢水的各种材料，备用；
（5）加料熔炼：将准备好的原材料逐步投入中频炉中熔炼，当炉料熔化形成熔池时，开始打开流量调节器吹注氩气，氩气经过透气砖参与高锰钢水熔炼过程，熔炼过程中向高锰钢水表面覆盖炉熔渣剂，直至炉料熔清，取样分析炉内成分；
步骤（5）中所述炉熔渣剂，以重量份为单位，包括以下原料：石灰粉20-40份、活性白土粉12-23份、蒙脱石粉7-10份、铝酸钙粉15-26份、碳酸钡粉8-13份、氧化钇粉4-6份、萤石粉8-11份、硅灰石粉9-12份、麦饭石粉13-16份；
所述石灰粉的粒度为600-800目；
所述活性白土粉的粒度为800-1000目；
所述蒙脱石粉的粒度为800-1000目；
所述铝酸钙粉的粒度为700-900目；
所述碳酸钡粉的粒度为700-1000目；
所述氧化钇粉的粒度为900-1100目；
所述萤石粉的粒度为800-1000目；
所述硅灰石粉的粒度为800-1000目；
所述麦饭石粉的粒度为700-1000目；
所述炉熔渣剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数，将石灰粉、活性白土粉、蒙脱石粉、铝酸钙粉、碳酸钡粉、氧化钇粉、萤石粉、硅灰石粉、麦饭石粉加入搅拌机，同时加100-160份水，在转速300-500r/min下搅拌1-1.5h，制得均匀浆料；
S2：将步骤S1制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为0.8-1.5cm的颗粒；
S3：将步骤S2制得的颗粒送入烘箱中，在82-93℃下干燥至含水量≤1.2%，制得炉熔渣剂；
（6）调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
（7）炉内镇静：中频炉内高锰钢水达到要求温度后停电镇静，继续吹氩气，使高锰钢水均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面炉熔渣剂结合；
（8）控温出钢：控制温度，出钢浇注，制得高纯净锰13高锰钢，采用光谱分析，所述的高纯净锰13高锰钢，按质量百分含量计，包括以下成分：0.92-1.24%的C、0.52-0.76%的Si、11.15-12.92%的Mn、0.23-1.26%的Cr、0.21-0.72%的Cu、0.23-0.36%的Al、0.34-0.78%的Mo、0.01-0.15%的Ni、0.03-0.1%的W、O元素含量≤8.6ppm、H元素含量≤3.5ppm，其它微量元素含量≤0.78%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的高纯净锰13高锰钢的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的中频炉包括炉盖、炉衬、炉壁层、气体扩散器、透气砖、接头，所述炉盖设置于中频炉的顶部，所述炉衬外表面设置有炉壁层，所述中频炉的底部设置有气体扩散器、透气砖、接头，所述透气砖裹着气体扩散器，所述接头设置于气体扩散器的下方。
3.根据权利要求2所述的高纯净锰13高锰钢的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的吹氩气系统包括进气管、氩气瓶、减压阀和流量调节器，所述进气管与气体扩散器连接，所述接头与进气管衔接并固定于中频炉的底部，所述进气管连接流量调节器，所述流量调节器连接减压阀，所述减压阀连接氩气瓶。
4.根据权利要求1所述的高纯净锰13高锰钢的制备方法，其特征在于，步骤（5）中当炉料熔化形成熔池时，即高锰钢水覆过炉底28.8cm以上时，开始打开流量调节器吹注氩气。
5.根据权利要求1所述的高纯净锰13高锰钢的制备方法，其特征在于，步骤（5）中氩气经过透气砖参与高锰钢水熔炼过程，过程如下：前7-12min，控制氩气流量为0.96-1.05Nm3/h；第13-18min，控制氩气流量为1.12-1.27Nm3/h；第19-28min，控制氩气流量为1.25-1.49Nm3/h；第29-50min，控制氩气流量为1.28-1.35Nm3/h。
6.根据权利要求1所述的高纯净锰13高锰钢的制备方法，其特征在于，步骤（5）中在熔炼过程中第29min开始时，向高锰钢水表面覆盖炉熔渣剂，添加量为0.62-0.65kg/吨钢。
7.根据权利要求1所述的高纯净锰13高锰钢的制备方法，其特征在于，步骤（8）中所述的高纯净锰13高锰钢，按质量百分含量计，包括以下成分：1.08%的C、0.63%的Si、12.08%的Mn、1.15%的Cr、0.58%的Cu、0.28%的Al、0.67%的Mo、0.08%的Ni、0.06%的W、O元素含量为8.6ppm、H元素含量为3.5ppm，其它微量元素含量为0.78%，余量为Fe。
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