CN115011826A - 一种低夹杂物高碳铬铁合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种低夹杂物高碳铬铁合金的制备方法，涉及电冶金技术，将普通高碳铬铁熔化，形成合金液；向所述合金液中加入除杂剂，精炼；除杂结束后向所述合金液中加入硅钙合金，去除所述合金液中的过量氧化铝；将所述合金液上方的浮渣撇去，放出所述合金液，最终得到低夹杂物高碳铬铁合金。本发明向中频炉内直接添加除杂剂除去铁水中夹杂物，实现短流程除杂，本方法利用中频炉自身的电磁搅拌作用，且无需外加气体吹扫设备，本方法除杂流程短，设备简单。
Description
技术领域
本发明涉及电冶金技术，尤其涉及一种低夹杂物高碳铬铁合金的制备方法。
背景技术
铬铁合金的主要成分是铬和铁，含有一定量的碳和少量的硅、钛、磷、硫、氧、氮等其它元素。铬铁合金是钢铁工业中重要的合金添加剂，其作用是提高钢的耐腐蚀性和抗氧化性。铬铁合金作为炼制不锈钢的重要合金辅料，其所含的夹杂物会在炼钢过程中直接进入到钢中。铬铁合金中夹杂物按尺寸可分为超显微夹杂物(小于1μm)、显微夹杂物(1～50μm)和大型夹杂物(大于50μm)。按成分可分为氧化物、硫化物、氮化物和磷化物夹杂物，这些夹杂物不仅会降低钢材产品质量，而且还容易引起炼钢工艺中水口堵塞和连铸过程的漏钢。因此，通过有效控制铬铁合金中夹杂物含量，可以降低下游钢铁产品中非金属夹杂物含量，既可提高钢的机械性能，又能保证炼钢工艺的稳定性。
目前在钢铁及铁合金行业，主要的去除铁水中夹杂物方法有：气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙法、NK-PERM法、电磁净化法、中间包离心分离和结晶器电磁制动法以及渣洗和过滤器技术等。
然而，以上方法主要以气体净化、电磁分离、离心分离、过滤分离等物理方式为主，存在流程较长、设备复杂等问题。
发明内容
本发明实施例提供一种低夹杂物高碳铬铁合金的制备方法，除杂流程短，设备简单。
本发明实施例，提供一种低夹杂物高碳铬铁合金的制备方法，包括：
将普通高碳铬铁熔化，形成合金液；
向所述合金液中加入除杂剂，精炼；
除杂结束后向所述合金液中加入硅钙合金，去除所述合金液中的过量氧化铝；
将所述合金液上方的浮渣撇去，放出所述合金液，最终得到低夹杂物高碳铬铁合金。
可选地，在一种可能实现方式中，将普通高碳铬铁合金熔化，形成合金液，包括：
将普通高碳铬铁合金放入中频炉中熔化，形成合金液。
可选地，在一种可能实现方式中，其中，熔化温度为1600℃～1750℃。
可选地，在一种可能实现方式中，所述除杂剂的组分包括按照质量分数比的以下组分：
Al2O3：15～30％、CaO：22～30％、SiO2：15～25％、菱镁石：10～23％、CaF2：3～8％。
可选地，在一种可能实现方式中，所述Al2O3为工业氧化铝，纯度大于98％。
可选地，在一种可能实现方式中，所述菱镁石中MgCO3大于98％。
可选地，在一种可能实现方式中，所述除杂剂的用量为50～150千克/吨普通高碳铬铁。
可选地，在一种可能实现方式中，向所述合金液中加入除杂剂，精炼，包括：
将除杂剂分批次加入合金液中，并在中频炉内与合金液充分搅拌混合，精炼。
可选地，在一种可能实现方式中，精炼时间控制在10～40分钟。
可选地，在一种可能实现方式中，所述硅钙合金的加入量为3～5千克/吨普通高碳铬铁。
本发明提供的一种低夹杂物高碳铬铁合金的制备方法，向中频炉内直接添加除杂剂除去铁水中夹杂物，实现短流程除杂，本方法利用中频炉自身的电磁搅拌作用，且无需外加气体吹扫设备，本方法除杂流程短，设备简单。
附图说明
图1为本发明实施例用于体现一种低夹杂物高碳铬铁合金的制备方法流程示意图；
图2为精炼前的扫描电镜分析视界范围内夹杂物数量及密度分布的示意图；
图3为精炼后的扫描电镜分析视界范围内夹杂物数量及密度分布的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含A、B和C”、“包含A、B、C”是指A、B、C三者都包含，“包含A、B或C”是指包含A、B、C三者之一，“包含A、B和/或C”是指包含A、B、C三者中任1个或任2个或3个。
应当理解，在本发明中，“与A对应的B”、“与A相对应的B”、“A与B相对应”或者“B与A相对应”，表示B与A相关联，根据A可以确定B。根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其他信息确定B。A与B的匹配，是A与B的相似度大于或等于预设的阈值。
取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
实施例
首先，对本方案的应用场景进行阐述，通过OM、SEM观测，结合EDS元素分析及XRD物相分析，确定普通高碳铬铁合金中夹杂物的组成成分为：
氧化物夹杂：以SiO2，MgO、A l2O3、Cr2O3、CaO、TiO2为主，单一组分的氧化物夹杂尺寸较小，一般不超过20～30μm；但部分氧化物夹杂呈现复合硅酸盐相或SiO2-Al2O3-MgO三元氧化物夹杂，此类夹杂物尺寸较大，部分超过40μm。氧化物的存在往往会对钢的连铸生产及钢的机加性能、钢的延展性和疲劳性能造成不利影响。
硫化物夹杂：铬铁合金中的硫化物主要以MnS和FeS及CaS形式存在，这些硫化物进入钢铁后往往会成为腐蚀发生的源头并使钢材出现“热脆”现象。
氮化物夹杂：铬铁合金中N元素的可能存在形式为Ti N，当它随铬铁合金加入钢水内部时，会在凝固时形成具有规则外形且硬而脆的夹杂物，其棱角极易划伤钢的基体成为裂纹源，对轴承钢的疲劳寿命造成极大影响。
磷化物夹杂：铬铁中的磷元素多以磷化物或固溶体的形式析出在结晶边界上，造成晶粒间强度提高从而产生脆性，若向钢水中带入过多的磷化物则容易使钢发生“冷脆”现象。
为了提高产品质量，本方案提高一种低夹杂物高碳铬铁合金的制备方法，参见图1，包括步骤S101-S104，具体如下：
S101，将普通高碳铬铁熔化，形成合金液。
可以理解的是，本方案的第一步先将普通高碳铬铁熔化为合金液，然后进行后续处理。
在实际应用中，将普通高碳铬铁熔化为熔融合金，可以是将普通高碳铬铁加入中频炉中，控制温度为1600-1750℃熔化为熔融合金，例如，1600℃、1650℃或1750℃。可以理解的是，本发明的设备选择上，选用中频感应炉作为高碳铬铁炉外精炼设备，使用中频炉作为炉外精炼设备，最大优势在于依靠感应线圈使放入的高碳铬铁合金基体发热，拥有较高的加热速率。另外在交变电场的作用下，熔化的合金液会产生强烈的电磁搅拌现象，有利于非金属夹杂物的去除。最后，中频炉结构简单，易于维修和保养。。
S102，向所述合金液中加入除杂剂，精炼。
可以理解的是，采用中频炉作为主体设备，依靠添加除杂剂来完成铬铁合金中各类夹杂物的去除工作。
在一些实施例中，除杂剂的组分包括按照质量分数比的以下组分：
Al2O3：15～30％、CaO：22～30％、SiO2：15～25％、菱镁石：10～23％、CaF2：3～8％。。
示例性的，除杂剂的组分可以包括按照质量分数比的以下组分：Al2O3：26％、CaO：26％、SiO2：20％、菱镁石：20％、CaF2：8％。
另一示例性的，除杂剂的组分可以包括按照质量分数比的以下组分：Al 2O3：30％、CaO：25％、SiO2：20％、菱镁石：20％、CaF2：5％；
又一示例性的，除杂剂的组分可以包括按照质量分数比的以下组分：Al2O3：30％、CaO：20％、SiO2：25％、菱镁石：22％、CaF2：3％
需要说明的是，控制除杂剂入炉造渣后，炉渣的二元碱度R＝1.2～1.7。除杂剂用量可以是50～150千克/吨普通高碳铬铁。除杂剂中氧化铝主要用于改善高温下炉渣的表面张力，使炉渣在与合金液混合搅拌时易于起泡，增大渣-金接触面积，有利于夹杂物快速入渣，从而起到净化熔体的作用，氧化铝可以选用工业氧化铝(纯度＞98％)。除杂剂中菱镁石加入铬铁合金液后发生分解反应，生成的二氧化碳有利于携带夹杂物入渣，生成的氧化镁既可提高合金液的碱度，又有助于保护炉衬，菱镁石可以选用高品位菱镁矿(MgCO3＞98％)。
另外，在实际应用中，可以将除杂剂分批次加入铁水(合金液)中，并在中频炉内与铁水充分搅拌混合，精炼时间控制在10～40分钟，例如可以是10分钟、30分钟和40分钟。
S103，除杂结束后向所述合金液中加入硅钙合金，去除所述合金液中的过量氧化铝。
可以理解的是，除杂结束后向铬铁合金液中加入一部分硅钙合金，完成对铁水中过量氧化铝的去除工作。
其中，硅钙合金的加入量为3～5千克/吨普通高碳铬铁，例如是3千克/吨、4千克/吨或5千克/吨。
S104，将所述合金液上方的浮渣撇去，放出所述合金液，最终得到低夹杂物高碳铬铁合金。
可以理解的是，铬铁合金液出炉前，将熔体上方的浮渣撇去，放出铁水，最终得到高品质的低夹杂物铬铁合金产品。
为了体现本发明的效果，以下进行对比：
以下为试验比对结果：
精炼前铬铁中杂质成分含量：(附加每种元素参考范围，供对比例参考)，未列为余量TFe。
精炼后铬铁中杂质成分含量：(附加每种元素参考范围，供对比例参考)，未列为余量TFe。
夹杂物含量测定：
测定方式：
通过扫描电镜分析视界范围内夹杂物数量及密度分布，所得去除率结果为综合统计结果。
参见图2，为精炼前的扫描电镜分析视界范围内夹杂物数量及密度分布的示意图，30个视界中非金属夹杂物总量2261个，平均值为75.4，数量密度为0.00967个/μm2。
参见图3，为精炼后的扫描电镜分析视界范围内夹杂物数量及密度分布的示意图，精炼前30个视界中非金属夹杂物总量1179个，平均值为39.3，数量密度为0.00504个/μm2，非金属夹杂物平均去除率为47.88％。
另外，需要说明的是，传统的铁水除杂方法主要使用转炉+精炼炉设备，外加气体吹扫或电磁净化等组合手段。本发明提出了一种短流程的铬铁合金除杂方法，采用中频炉作为主体设备，依靠添加除杂剂来完成铬铁合金中各类夹杂物的去除工作；利用中频炉工作时的电磁搅拌作用，代替了传统除杂环节中气体搅拌喷吹或电磁净化工艺。加入的除杂剂熔化后，在剧烈的电磁搅拌作用下与熔体中各类细小颗粒夹的杂物相互碰撞、合并、聚集并黏附成为大颗粒的夹杂物团块或低熔点液态产物，从而有利于夹杂物的捕捉和上浮去除。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种低夹杂物高碳铬铁合金的制备方法，其特征在于，包括：
将普通高碳铬铁熔化，形成合金液；
向所述合金液中加入除杂剂，精炼；
除杂结束后向所述合金液中加入硅钙合金，去除所述合金液中的过量氧化铝；
将所述合金液上方的浮渣撇去，放出所述合金液，最终得到低夹杂物高碳铬铁合金。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将普通高碳铬铁合金熔化，形成合金液，包括：
将普通高碳铬铁合金放入中频炉中熔化，形成合金液。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，熔化温度为1600℃～1750℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述除杂剂的组分包括按照质量分数比的以下组分：
Al2O3：15～30％、CaO：22～30％、SiO2：15～25％、菱镁石：10～23％、CaF2：3～8％。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述Al2O3为工业氧化铝，纯度大于98％。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述菱镁石为高品位菱镁矿，所述菱镁石中MgCO3大于98％。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述除杂剂的用量为50～150千克/吨普通高碳铬铁。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，向所述合金液中加入除杂剂，精炼，包括：
将除杂剂分批次加入合金液中，并在中频炉内与合金液充分搅拌混合，精炼。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，精炼时间控制在10～40分钟。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅钙合金的加入量为3～5千克/吨普通高碳铬铁。
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