CN1876870A - 一种氮化锰硅合金及其冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种氮化锰硅合金及其冶炼方法，它按备取原料、预抽真空、充氮冶炼、恒温保压以及烧结制块等步骤进行，所生产的氮化锰硅合金产品的化学成分按重量百分比计为：Mn55～70％，Si13～20％，N9～15％，C1～2％，余量为Fe及不可避免的杂质，密度为6.1t/m³，可用作冶炼20锰硅低合金钢或HRB400级以上钢筋等钢种的添加剂，它能快速沉入钢水内部并充分地与钢液接触，主元素锰、硅的吸收利用率高达85％以上，增强钢的固熔强化特性，降低生产成本，它可以替代现有添加剂系列原料，简化采购贮备炼钢原料的种类和冶炼工序，便于生产组织和经营管理，降低管理运行成本，具有极大的经济效益和环保效益，有极好的推广使用前景。

Description

一种氮化锰硅合金及其冶炼方法

技术领域：

本发明涉及氮化铁合金及其冶炼技术，属于冶金工程的技术领域，具体地说是一种氮化锰硅合金及其冶炼方法。

背景技术：

我们知道，在冶金生产行业中，在冶炼生产20锰硅等低合金系列钢种时，需要使用含有锰、硅的添加剂原料，就目前来说，冶金生产企业在冶炼生产20锰硅低合金钢时可供选用的添加剂种类繁多，较为常见并经常使用的就有氮化金属硅、氮化硅铁和锰系合金等多种氮化冶金添加剂。无需置疑，多年来，这些传统的添加剂在推进我国冶金事业的高速发展、特别是在冶炼合金钢的生产过程中发挥了积极的作用。但是这些仍在普遍使用的添加剂存在着一个致命的缺陷就是它们的密度较小，例如：氮化金属硅的密度约为2.2t/m³左右，氮化硅铁的密度也仅为3.4t/m³左右，在实际炼钢过程中加入的这些密度较小的添加剂很难沉入熔融的钢水内部，大部分添加剂将会悬浮于钢液表面而熔化、然后被直接氧化燃烧损失浪费掉，致使这些添加剂的主元素锰、硅的有效利用率一直处于仅为40～50％的低吸收率水平，并且所冶炼钢产品的固熔强化特性较差，这不仅严重浪费了宝贵的物质资源，还大大增加了20锰硅等低合金系列钢种的生产管理成本。怎样研制开发出一种密度较高的含锰、硅的氮化合金作为这类钢种的冶炼添加剂，正是目前长期困扰着我国氮化冶金行业而又一直渴望解决的技术性难题，这也正是本发明所要解决的问题。迄今为止，在氮化冶金中已有冶炼氮化金属硅、氮化硅铁、氮化锰铁、氮化铬铁、氮化金属锰的成熟工艺，而氮化硅锰铁合金有文献报道为采用锰硅合金与硅铁共同熔化后，制粉采用专用氮化炉两次氮化的工艺生产，但是该方法工艺流程较长、生产成本高。

发明内容：

本发明的目的是提出一种氮化锰硅合金及其冶炼方法，按照本发明提出的冶炼方法所生产的氮化锰硅合金，它能作为一种适用于冶炼20锰硅低合金系列钢种和HRB400以上级钢筋钢种的新型添加剂，它同现有传统的添加剂相比较具有的显著优点是：它的密度较高，使它能够快速沉入熔融的钢水内部并充分地与钢液密切接触，可将主元素锰、硅的有效利用率提高至85％以上的高吸收率水平，大大增强钢的固熔强化特性，降低20锰硅等低合金系列钢种的生产成本。

所说的氮化锰硅合金，其特征在于：它按重量百分比计的化学成分为：Mn 55～70％，Si 13～20％，N 9～15％，C 1～2％，余量为Fe及不可避免的杂质。冶炼这种氮化锰硅合金的方法是依次按以下步骤进行：

(1)备取原料：将锰硅合金送入破碎机内破碎后，再将其送入球磨机内球磨成粒度为40～400目的锰硅合金粉料，并按如下重量比备取原料供氮化冶炼用：

锰硅合金粉料                       1份，

氮气                       0.10∽0.4份，

上述锰硅合金原料中按重量计含有：Mn60～80％，Si 15～23％，

(2)预抽真空：按真空电阻炉的设计规格计量称取锰硅合金粉料，由送料小车送入真空电阻炉内，严密封闭炉门后，启动真空泵组对真空电阻炉预抽真空，真空电阻炉内的真空度达到500～30Pa时，送电升温至700～1100℃，关闭真空泵组，

(3)充氮冶炼：在控制真空电阻炉内的真空度为500～30Pa、温度为700～1100℃的炉内工况条件下，向真空电阻炉内按20～80m³/h的流量充氮0.5∽5小时后，并在继续保持充入氮气的流量为20～80m³/h、控制真空度为500～30Pa的工况下，继续送电升温至1150～1250℃，促使锰硅合金粉料与充入的氮气进行“固-气态渗氮”冶炼反应，即是说锰硅合金粉料将充分吸收氮气而被逐渐氮化，

(4)恒温保压：在精确调节充氮流量维持炉内氮气压力为0.5∽0.05Mpa、稳定控制真空电阻炉内温度为1150～1250℃的恒温保压工况条件下继续进行“固—气态渗氮”冶炼反应1∽6小时，能进一步促使锰硅合金粉料进行完全的深度氮化冶炼反应，使锰硅合金粉料能够尽量充分地吸收充入的氮气而被深度氮化，这对提高氮化锰硅合金的密度将起到关键作用，断电降温后即可取出冶炼制得的呈粉状的氮化锰硅合金的成品，它按重量百分比计的化学成分为：Mn 55～70％，Si 13～20％，N 9～15％，C 1～2％，余量为Fe及不可避免的杂质。它可作为一种炼钢添加剂用于冶炼20锰硅等低合金系列钢种，可将主元素锰、硅的吸收率提高至85％以上的水平，增强钢的固熔强化特性。

(5)烧结制块：在恒温保压步骤后还有烧结制块的步骤：在恒温保压步骤中的“固—气态渗氮”冶炼反应1∽6小时后，继续升温至1300～1400℃，进行烧结反应1∽8小时，即可烧结制成块状的氮化锰硅合金的成品，可方便于入库储存、销售运输和使用。

按本发明提出的冶炼方法制得的粉状(或块状)氮化锰硅合金成品的化学成分按重量百分比计为：Mn 55～70％，Si 13～20％，N 9～15％，C 1～2％，余量为Fe及不可避免的杂质。经测定：氮化锰硅合金的密度约为6.1t/m³。它可作为一种新型的炼钢添加剂，特别适用于冶炼20锰硅等低合金系列钢种，它的突出的实质性特点和显著进步在于：由于它的密度大大高于现有普遍使用的氮化硅铁、氮化金属硅和锰系合金等传统的添加剂的密度，在炼钢过程中使用这种具有高密度性能的氮化锰硅合金作炼钢添加剂，它能够快速沉入熔融的钢水内部并充分地与钢液密切接触，使主元素锰、硅的有效吸收利用率提高至85％以上，可大大增强钢的固熔强化特性，能极大地降低20锰硅等低合金系列钢种的生产成本，因此也就彻底解决了现有添加剂由于密度小，大部分添加剂将悬浮于钢液表面直接熔化而被氧化烧损，致使主元素锰、硅的有效吸收利用率一直处于较低水平的技术性难题。

按本发明提出的冶炼方法生产的氮化锰硅合金也可作为一种新型的炼钢添加剂用于冶炼HRB400以上级钢筋钢种产品，也有很好的使用效果。

本发明的优点表现为：

(1)可有效回收利用由于粒度小的锰硅合金回炉料，在整个生产过程中无废渣、废气排放，实现充分利用物质资源、节约能源和减少环境污染的目的；

(2)将氮化锰硅合金产品用作冶炼20锰硅低合金系列钢种的添加剂，能极大地提高了主元素锰、硅的有效吸收利用率，可增强钢的固熔强化特性，能大幅度地降低20锰硅低合金钢的生产成本；

(3)氮化锰硅合金产品作为炼钢添加剂具有高吸收率的优良特性，它可以替代现有传统的多种类的添加剂系列原料，可极大地简化冶金企业采购贮备炼钢原料的种类和冶炼工序，便于生产组织和经营管理，可大大降低管理运行成本，具有极大的经济效益。

(4)生产流程短，生产成本低。

具体实施方式：

实施例一：

一种氮化锰硅合金及其冶炼方法，它依次按以下步骤进行：

(1)备取原料：将锰硅合金送入破碎机内破碎后，送入球磨机内球磨成粒度为300目的锰硅合金粉料，按如下重量比备取原料供氮化冶炼用：

锰硅合金粉料            1份，

氮气                 0.13份，

上述锰硅合金按重量计主要化学成分含有：Mn 75％，Si 16％，C 1.9％，

(2)预抽真空：计量称取1.8t粒度为300目的锰硅合金粉料，由送料小车送入规格为750kVA的真空电阻炉内，严密封闭炉门后，启动真空泵组对真空电阻炉预抽真空，真空电阻炉内的真空度达到450Pa时，送电升温至1050℃，关闭真空泵组，

(3)充氮冶炼：控制炉内的真空度为450Pa、温度为1050℃的工况条件下，向炉内按80m³/h的流量充氮1小时后，并在继续保持80m³/h充氮量、控制真空度为450Pa的工况下，将炉内的温度升至1200℃，进行“固态—气态渗氮”冶炼反应，

(4)恒温保压：控制炉内温度为1200℃、炉内氮气压力为0.5Mpa的条件下继续冶炼1小时，断电降温后即可取出冶炼合格的呈粉状的氮化锰硅合金的成品，它按重量百分比计的主要化学成分为：Mn68％，Si 14％，N 11％，C 1.7％，余量为Fe及不可避免的杂质。测定氮化锰硅合金的密度为6.1t/m³。它可作为一种炼钢添加剂用于冶炼20锰硅等低合金系列钢种，能将主元素锰、硅的吸收率提高至85％以上的水平，增强钢的固熔强化特性，降低了20锰硅等低合金系列钢种的生产成本。

实施例二：

一种氮化锰硅合金及其冶炼方法，它依次按以下步骤进行：

(1)备取原料：将锰硅合金置于球磨机内，球磨成粒度为100目的锰硅合金粉料，并按如下重量比备取原料供氮化冶炼用：

锰硅合金粉料       1份，

氮气               0.2份，

上述锰硅合金中按重量计主要含有：Mn 65％，Si 22％，C 1.2％。

(2)预抽真空：计量称取1.8t粒度为100目的锰硅合金粉料，由送料小车送入规格为750kVA的真空电阻炉内，封闭炉门后预抽真空电阻炉内的真空度达到30Pa时，送电升温至750℃，关闭真空泵组，

(3)充氮冶炼：控制真空电阻炉内的真空度为30Pa、温度为750℃的条件下，向真空电阻炉内按20m³/h的流量充氮5小时后，并在继续保持20m³/h充氮量、控制真空度为30Pa的工况下，将真空电阻炉内的温度升至1150℃进行“固态—气态渗氮”冶炼反应，

(4)恒温保压：在稳定控制真空电阻炉内温度为1150℃、并精确调节充氮量维持炉内氮气压力为0.05Mpa的条件下继续冶炼6小时，进行完全的“固态—气态渗氮”的深度氮化冶炼反应，

(5)烧结制块：在恒温保压步骤中的深度氮化冶炼反应后，继续升温至1400℃，进行烧结4小时，即可烧结制成块状的氮化锰硅合金产品，可方便于入库存贮和销售运输。该块状氮化锰硅合金产品按重量百分比计的化学成分主要为：Mn 56％，Si 18％，N14％，C 1％，余量为Fe及不可避免的杂质。

实施例三：

一种氮化锰硅合金及其冶炼方法，它依次按以下步骤进行：

(1)备取原料：将锰硅合金送入破碎机内破碎后，送入球磨机内球磨成粒度为400目的锰硅合金粉料，

(2)预抽真空：计量称取1.8t粒度为400目的锰硅合金粉料，由送料小车送入规格为750kVA的真空电阻炉内，严密封闭炉门后，预抽真空电阻炉内的真空度达到250Pa时，送电升温至900℃，

(3)充氮冶炼：控制炉内的真空度为250Pa、温度为900℃，向炉内按50m³/h的流量充氮3小时后，并在继续保持50m³/h的充氮量、控制真空度为250Pa的工况下，将炉内的温度升至1000℃，进行“固态—气态渗氮”冶炼反应，

(4)恒温保压：控制炉内温度为1000℃、炉内氮气压力为0.3Mpa的条件下继续冶炼4小时，断电降温后即可取出冶炼合格的呈粉状的氮化锰硅合金的成品，它按重量百分比计的主要化学成分为：Mn62％，Si 16％，N 12％，C 1.4％，余量为Fe及不可避免的杂质。测定氮化锰硅合金的密度为6.1t/m³。它可作为一种冶炼HRB400以上级钢筋钢种产品的炼钢添加剂。

Claims (3)

1.一种氮化锰硅合金，其特征在于：它按重量百分比计的化学成分为：Mn 55～70％，Si 13～20％，N 9～15％，C 1～2％，余量为铁及不可避免的杂质。

2.一种生产权利要求1所述的氮化锰硅合金的冶炼方法，其特征在于它依次按以下步骤进行：

(1)备取原料：将锰硅合金破碎、球磨成粒度为40～400目的锰硅合金粉料，

(2)预抽真空：将锰硅合金粉料送入真空电阻炉内，封闭炉门，对真空电阻炉预抽真空至500～30Pa，送电升温至700～1100℃，

(3)充氮冶炼：控制真空电阻炉内的真空度为500～30Pa、温度为700～1100℃工况条件下，向真空电阻炉内充氮0.5∽5小时后，送电升温至1150～1250℃，充入氮气的流量为20～80m³/h，锰硅合金粉料与氮气进行“固-气态渗氮”反应被氮化，

(4)恒温保压：调节充氮流量维持炉内氮气压力为0.5∽0.05Mpa、控制炉内温度为1150～1250℃，继续进行“固-气态渗氮”冶炼反应1∽6小时，锰硅合金粉料充分吸收氮气而被深度氮化，即可制得粉状的氮化锰硅合金的成品。

3.根据权利要求2所述的氮化锰硅合金的冶炼方法，其特征在于在恒温保压步骤后还有烧结制块的步骤：在恒温保压步骤中的“固-气态渗氮”冶炼反应1∽6小时后，继续升温至1300～1400℃，进行烧结反应1∽8小时，制成块状的氮化锰硅合金的成品。