專利名稱：鎳鐵中間合金及其熔煉凈化處理方法
技術領域：
本發明涉及一種合金的熔煉及凈化處理方法，特別是涉及了采用中頻感應電爐熔煉鎳鐵中間合金時進行凈化處理的方法。
本發明還涉及了一種采用上述方法熔煉凈化處理后獲得的成分均勻和純凈度較高的鎳鐵中間合金。

背景技術：
鎳鐵中間合金主要應用于含有鎳和鐵的金屬材料在冶煉過程中作為基體合金和添加劑使用，對鎳鐵中間合金要求化學成分均勻、偏析小，無可見非金屬夾雜，氣體含量低，雜質含量必須滿足所冶煉金屬材料的要求。采用廢鎳鐵、廢鎳料、廢鐵料等生產的鎳鐵中間合金，一般采用中頻感應電爐來熔煉生產。
2007年5月30日公開的中國發明專利說明書CN1970807A公開了一種易碎的鎳鐵合金，該說明書還公開了該合金的熔煉工藝，所述熔煉工藝是把各種回收鎳和鎳板與鋼屑一起裝進感應電爐中進行熔化后除去合金液表面的浮渣，再加入錳鐵或硅鐵合金繼續熔化后調整成分并澆注得到鎳鐵合金。該工藝由于沒有對合金液進行精煉凈化處理，致使熔煉出來的合金化學成分不均勻，雜質特別是硫、磷等有害雜質含量較高，合金中的氣體不易排除等，給后續用鎳鐵中間合金作為基體合金或添加劑來生產鎳鐵合金材料造成了很大的障礙，甚至不能用質次的中間合金來生產成分和純凈度均要求較高的鎳鐵合金材料，例如采用該方法冶煉的鎳鐵合金不適用于冶煉精密儀器、彩色電視機或電腦顯示器的影孔板等廣泛使用的低熱膨脹性鎳鐵合金，使其應用范圍受到了限制，不利于廢舊料的回收利用。
2007年5月30日公開的中國發明專利說明書CN1970807A公開了一種電爐冶煉鎳鐵的方法，該方法是使用氧化鎳礦作為原材料，將氧化鎳礦進行破碎篩分后的礦粉與焦粉混合配料進行燒結得到燒結礦塊，再將燒結礦塊與焦炭、石灰、螢石混合后在電爐中進行冶煉得到鎳鐵。采用該方法冶煉的鎳鐵，由于礦石帶來的雜質較多而在冶煉過程中又未采取相應的凈化處理措施，冶煉的鎳鐵同樣存在雜質含量較高的問題；而且采用該方法冶煉的鎳鐵由于純凈度不高，同樣不適用于冶煉上述低熱膨脹性鎳鐵合金，使其應用范圍受到了限制。


發明內容
本發明要解決的第一個技術問題是提供一種在中頻感應爐內利用廢料進行熔煉凈化處理以獲得鎳鐵中間合金的方法，采用該方法制造的鎳鐵中間合金成分均勻、純凈度高。
本發明要解決的第二個技術問題是提供一種采用上述方法熔煉凈化處理后獲得的鎳鐵中間合金，該合金純凈、成分均勻。
為解決上述第一個技術問題，本發明所述鎳鐵中間合金的熔煉凈化處理方法，其技術方案包括以下步驟 把清洗干凈的廢鎳鐵、廢鎳料、廢鐵料組成的廢舊合金料配制成含以下化學成分(重量百分比)含Ni量為10％～18％、含C量≤3.0％、含Si量≤2.0％、含Mn量≤3％、含Cr量<2％、含Cu量<0.5％、含Co量<0.5％、含P量≤0.1％、含S量≤0.1％、余量為Fe； 把上述配制好的合金廢料裝進中頻感應爐的堿性坩堝內，所述坩堝底部鋪有占爐料重量2％～5％的底渣，所述底渣的組成為石灰70％～80％、螢石20％～30％； 送電加熱合金廢料到1500℃以上，合金廢料被熔化并在坩堝底部出現溶池，底渣被熔化后覆蓋在合金液面上； 合金廢料熔化完后，往合金液中加入Si、Mn進行預脫氧，爐前取樣分析Ni、C、Si、Mn、Cr、Cu、Co、S、P的含量； 從上述坩堝底部采用0.1MPa～0.2MPa的壓力通過透氣磚對爐內的合金液進行吹氬攪拌； 除去合金液表面的氧化渣，往合金液面上加入Al2O3-SiO2-CaO造新渣，提升合金液溫度到1550℃～1600℃，向新渣表面加入硅鈣粉和硅鐵粉形成白渣層并覆蓋合金液25～35分鐘進行擴散脫氧，然后再向合金液中加入占合金液重量0.2％～0.5％的塊狀硅鈣脫氧劑進行沉淀脫氧，爐前取樣分析熔清樣的Ni、C、Si、Mn、Cr、Cu、Co、S、P的含量； 采用噴粉裝置在0.1MPa～0.2MPa的壓力作用下把粒度小于0.5mm的CaC2粉劑從插入合金液深度100～120mm的鋼管內向合金液噴粉脫磷； 調整合金液中的化學元素達到規定的化學成分后，調渣、升溫、出爐澆注成合金錠。
為解決上述第二個技術問題，本發明所述的采用上述方法熔煉凈化處理后獲得的鎳鐵中間合金可以是下列合金中的任何一種 SD-Ni12鎳鐵中間合金，其特征在于，該合金的化學成分(重量百分比)為含Ni量12％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
SD-Ni13鎳鐵中間合金，其特征在于，該合金的化學成分(重量百分比)為含Ni量13％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
SD-Ni14鎳鐵中間合金，其特征在于，該合金的化學成分(重量百分比)為含Ni量14％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
SD-Ni15鎳鐵中間合金，其特征在于，該合金的化學成分(重量百分比)為含Ni量15％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
SD-Ni16鎳鐵中間合金，其特征在于，該合金的化學成分(重量百分比)為含Ni量16％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
SD-Ni17鎳鐵中間合金，其特征在于，該合金的化學成分(重量百分比)為含Ni量17％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
SD-Ni18鎳鐵中間合金，其特征在于，該合金的化學成分(重量百分比)為含Ni量18％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
與現有技術相比，本發明的有益效果如下 本發明所述鎳鐵中間合金的熔煉凈化處理方法，把廢鎳鐵、廢鎳料、廢鐵料組成的廢舊合金料一起裝進中頻感應爐內進行熔煉，通過造渣脫硫，加脫氧劑脫氧，吹氬攪拌對合金液進行脫氧、脫氣(氫)、脫碳和去除合金液中的有害雜質，還原精煉造新渣脫氧，噴粉脫磷等措施，可以獲得成分均勻和純凈度較高的鎳鐵中間合金，有利于廢舊料的回收利用，節約資源。采用本發明所述方法熔煉凈化處理后獲得的系列鎳鐵中間合金，由于合金純凈、成分均勻，可以滿足各種含鎳鐵的合金材料對鎳鐵中間合金的高質量要求，尤其適用于冶煉精密儀器、彩色電視機或電腦顯示器的影孔板等廣泛使用的低熱膨脹性鎳鐵合金，拓展了該中間合金的應用范圍。



下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。
圖1是用于實施本發明的感應熔煉凈化處理爐的結構簡圖。
圖2是本發明所述鎳鐵中間合金熔煉凈化處理的工藝流程圖。

具體實施例方式 圖1示出了用于實施本發明的感應熔煉凈化處理爐的結構，該爐子主要由中頻爐10和噴粉裝置20組成。
所述中頻爐10主要由坩堝11、爐殼12、感應線圈16和變頻電源17組成。在該中頻爐底壁的中間位置處裝有空心座磚13，該座磚13的頂面與中頻爐10的爐腔底面平齊，該座磚13的底面與中頻爐10底部的爐殼平齊；在座磚13的空心孔內裝有透氣磚14，該透氣磚14的頂面高出中頻爐10的爐腔底面一小段距離，該透氣磚14的底面高出中頻爐10的底部爐殼一小段距離，在該透氣磚14的底部具有一個用于容納氣體的階梯盲孔18；在中頻爐10的底部爐殼12上裝有支架15用于支撐透氣磚14。
所述噴粉裝置20主要由噴粉罐21、噴粉嘴23、球閥24、供氣源28及鋼管29組成。在噴粉罐21內裝有CaC2粉劑22，在該噴粉罐21的中上部裝有壓力表27和安全閥26；在該噴粉罐21的中下部錐面處通過輸氣管道接有控制閥25，在該噴粉罐21的底部罐口通過球閥24與噴粉嘴23裝接在一起，接在噴粉嘴23左端的輸氣管與接在控制閥25左端的輸氣管匯合后接在供氣源28上，噴粉嘴23的右端噴嘴口通過輸氣管道與鋼管29接在一起，當熔煉合金時，鋼管29可插入到中頻爐10爐膛內的合金液內。
在中頻爐10底部的透氣磚14的底面盲孔18處密封接有輸氣管道并且該輸氣管道接裝在供氣源28上，供氣源28通過控制開關可單獨給噴粉罐21或透氣磚14供氣，也可同時給噴粉罐21和透氣磚14供氣，以方便精煉合金液時各種不同的工藝對供氣的要求。
采用上述爐子熔煉凈化處理本發明所述的鎳鐵中間合金的工藝過程如圖2所示，其操作步驟如下 步驟1合金廢料的配料。把清洗干凈的廢鎳鐵、廢鎳料、廢鐵料組成的廢舊合金料經配制和檢測使其化學成分控制在以下范圍(重量百分比)含Ni量為10％～18％、含C量≤3.0％、含Si量≤2.0％、含Mn量≤3％、含Cr量<2％、含Cu量<0.5％、含Co量<0.5％、含P量≤0.1％、含S量≤0.1％、余量為Fe。
步驟2合金廢料的裝爐。在中頻感應爐的堿性坩堝底部先裝上占爐料重量2％～5％的底渣，底渣的組成為石灰70％～80％、螢石20％～30％，再把上述合金廢料裝進坩堝內，裝料時，先裝廢鎳鐵、廢鎳料再裝廢鐵料。
步驟3合金廢料的熔化。給中頻感應電爐送電加熱合金廢料，當合金廢料被加熱到1500℃以上并經過一段時間后(根據爐料的重量確定)，合金廢料全部被熔化變成合金液。在加熱的過程中，隨著合金廢料的熔化，當坩堝底部出現溶池時，底渣被熔化后覆蓋在合金液面上保護合金元素不被氧化。
熔化期的脫硫反應如下 ①合金液中硫溶入爐渣[FeS]＝＝＝＝(FeS) ②爐渣中(FeS)與(CaO)相互作用，形成不溶于合金液的硫化鈣 (FeS)+(CaO)＝＝＝＝(FeO)+(CaS) ③熔清后將含有CaS的爐渣除去，實現合金液的脫硫。
在熔化期內，合金液中的C、Si、P、Ni、Cr、Cu、Co等元素將被部分間接氧化。
步驟4取樣分析。待合金液液面平靜，無氣泡從合金液內部逸出時，合金廢料被全部熔化，這時往合金液中加入Si、Mn進行預脫氧，并攪動合金液檢查爐底是否溶清，然后取樣進行爐前分析Ni、C、Si、Mn、Cr、Cu、Co、S、P的含量。
步驟5吹氬攪拌。吹氬時打開供氣源28給透氣磚14供氣的控制開關，供氣源28內的氬氣沿輸氣管道進入到透氣磚14的盲孔18內并沿透氣磚14進入到中頻爐10內的合金液內對合金液進行攪拌精煉，吹氬時輸氣管道內的氬氣壓力為0.1MPa～0.2MPa。通過吹氬攪拌可以進一步對合金液起到脫氧、脫氣(氫)、脫碳和去除合金液中的鉛等有害雜質的效果。
步驟6還原精煉。除去熔化期在合金液表面形成的氧化渣，往合金液面上加入Al2O3-SiO2-CaO造新渣，提升合金液溫度50℃～100℃，即合金液溫度達到1550℃～1600℃時使熔煉轉入擴散脫氧階段。
①擴散脫氧向新渣表面加入硅鈣粉和硅鐵粉，迅速降低渣中(FeO)含量，使爐渣呈白色。合金液在白渣層下保持25～35分鐘，合金液含氧量下降達到脫氧目的。
②沉淀脫氧在擴散脫氧之后，向合金液中加入塊狀的硅鈣脫氧劑進行沉淀脫氧，脫氧劑的加入量為合金液重量的0.2％～0.5％。
在精煉期間，進行爐前分析Ni、C、Si、Mn、Cr、Cu、Co、S、P的含量并發出熔清樣的分析結果，根據該結果，冶煉轉入合金化操作。
步驟7噴粉脫磷。噴粉時，打開供氣源28給噴氣罐21供氣的控制開關，供氣源28內的氬氣沿控制閥25的輸氣管道進入噴粉罐21內，沿噴粉嘴23左端的輸氣管道進入到噴粉嘴23內，在0.1MPa～0.2MPa的壓力作用下CaC2粉劑22(粒度小于0.5mm)通過球閥24進入到噴粉嘴23內并沿其右端的輸氣管道通過鋼管29(插入合金液的深度為100～120mm)噴向中頻爐10內的合金液，噴粉時，在爐子上加蓋石棉板(圖中未示出)以防止鋼液噴濺到爐外。
噴粉脫磷的分解步驟如下 ①噴入合金液中的CaC2進行高溫(1550℃～1600℃)分解反應 [CaC2]＝＝＝＝{Ca}+2[C] ②鈣蒸氣同合金液中磷化合形成磷化鈣 3{Ca}+2[P]＝＝＝＝[Ca3P2] ③脫磷產物上浮進入爐渣，氧化后生成磷酸鈣 (Ca3P2)+4[O2]＝＝＝＝3(CaO)+(P2O5) 3(CaO)+(P2O5)＝＝＝＝(3CaO·P2O5) ④將含磷酸鈣爐渣從爐內清除，即達到脫磷目的。
步驟8合金成分調整。根據爐前分析結果，精煉期合金液的化學成分中已包括除易氧化組分外的全部合金元素。這些元素含量是否完全進入預定范圍，還要根據溶清樣的分析結果進行判斷，如果有需要調整的元素時，應進行調整，使合金液中全部元素都進入規定范圍。
步驟9出爐。合金液中的全部元素達到規定的化學成分要求后，冶煉轉入調渣、升溫，并出爐澆注成合金錠。
按照上述方法熔煉凈化處理的鎳鐵中間合金，通過控制配料成分和在熔煉凈化處理過程中調整控制化學成分，可以得到如下成分的鎳鐵中間合金 ①產品名稱為SD-Ni12的鎳鐵中間合金，其化學成分含量(重量百分比)為含Ni量12％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
②產品名稱為SD-Ni13的鎳鐵中間合金，其化學成分含量(重量百分比)為含Ni量13％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
③產品名稱為SD-Ni14的鎳鐵中間合金，其化學成分含量(重量百分比)為含Ni量14％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
④產品名稱為SD-Ni15的鎳鐵中間合金，其化學成分含量(重量百分比)為含Ni量15％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
⑤產品名稱為SD-Ni16的鎳鐵中間合金，其化學成分含量(重量百分比)為含Ni量16％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
⑥產品名稱為SD-Ni17的鎳鐵中間合金，其化學成分含量(重量百分比)為含Ni量17％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
⑦產品名稱為SD-Ni18的鎳鐵中間合金，其化學成分含量(重量百分比)為含Ni量18％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
在上述產品名稱中，字母“SD”表示“上大”兩個字的第一個拼音字母的組合。
權利要求
1、一種鎳鐵中間合金的熔煉凈化處理方法，其特征在于，包括以下步驟
把清洗干凈的廢鎳鐵、廢鎳料、廢鐵料組成的廢舊合金料配制成含以下化學成分(重量百分比)含Ni量為10％～18％、含C量≤3.0％、含Si量≤2.0％、含Mn量≤3％、含Cr量<2％、含Cu量<0.5％、含Co量<0.5％、含P量≤0.1％、含S量≤0.1％、余量為Fe；
把上述配制好的合金廢料裝進中頻感應爐的堿性坩堝內，所述坩堝底部鋪有占爐料重量2％～5％的底渣，所述底渣的組成為石灰70％～80％、螢石20％～30％；
送電加熱合金廢料到1500℃以上，合金廢料被熔化并在坩堝底部出現溶池，底渣被熔化后覆蓋在合金液面上；
合金廢料熔化完后，往合金液中加入Si、Mn進行預脫氧，爐前取樣分析Ni、C、Si、Mn、Cr、Cu、Co、S、P的含量；
從上述坩堝底部采用0.1MPa～0.2MPa的壓力通過透氣磚對爐內的合金液進行吹氬攪拌；
除去合金液表面的氧化渣，往合金液面上加入Al2O3-SiO2-CaO造新渣，提升合金液溫度到1550℃～1600℃，向新渣表面加入硅鈣粉和硅鐵粉形成白渣層并覆蓋合金液25～35分鐘進行擴散脫氧，然后再向合金液中加入占合金液重量0.2％～0.5％的塊狀硅鈣脫氧劑進行沉淀脫氧，爐前取樣分析熔清樣的Ni、C、Si、Mn、Cr、Cu、Co、S、P的含量；
采用噴粉裝置在0.1MPa～0.2MPa的壓力作用下把粒度小于0.5mm的CaC2粉劑從插入合金液深度100～120mm的鋼管內向合金液噴粉脫磷；
調整合金液中的化學元素達到規定的化學成分后，調渣、升溫、出爐澆注成合金錠。
2、一種采用權利要求1所述的鎳鐵中間合金的熔煉凈化處理方法制造的SD-Ni12鎳鐵中間合金，其特征在于，該合金的化學成分(重量百分比)為含Ni量12％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
3、一種采用權利要求1所述的鎳鐵中間合金的熔煉凈化處理方法制造的SD-Ni13鎳鐵中間合金，其特征在于，該合金的化學成分(重量百分比)為含Ni量13％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
4、一種采用權利要求1所述的鎳鐵中間合金的熔煉凈化處理方法制造的SD-Ni14鎳鐵中間合金，其特征在于，該合金的化學成分(重量百分比)為含Ni量14％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
5、一種采用權利要求1所述的鎳鐵中間合金的熔煉凈化處理方法制造的SD-Ni15鎳鐵中間合金，其特征在于，該合金的化學成分(重量百分比)為含Ni量15％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
6、一種采用權利要求1所述的鎳鐵中間合金的熔煉凈化處理方法制造的SD-Ni16鎳鐵中間合金，其特征在于，該合金的化學成分(重量百分比)為含Ni量16％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
7、一種采用權利要求1所述的鎳鐵中間合金的熔煉凈化處理方法制造的SD-Ni17鎳鐵中間合金，其特征在于，該合金的化學成分(重量百分比)為含Ni量17％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
8、一種采用權利要求1所述的鎳鐵中間合金的熔煉凈化處理方法制造的SD-Ni18鎳鐵中間合金，其特征在于，該合金的化學成分(重量百分比)為含Ni量18％±0.5％、含C量≤1.5％、含Si量≤1.5％、含Mn量≤2％、含P量<0.02％、含S量<0.02％、含Cr量≤2％、含Cu≤0.2％、含Co量<0.3％，余量為Fe。
全文摘要
本發明公開了一種鎳鐵中間合金的熔煉凈化處理方法，為獲得成分均勻、純凈度高的鎳鐵中間合金，該方法包括以下工藝步驟把經過配料的廢鎳鐵、廢鎳料、廢鐵料組成的廢舊合金料裝爐熔煉，造渣脫硫，加脫氧劑脫氧，吹氬攪拌，還原精煉造新渣脫氧，噴粉脫磷，調整合金成分，出爐澆注。本發明還公開了采用上述方法制造的系列鎳鐵中間合金SD-Ni12、SD-Ni13、SD-Ni14、SD-Ni15、SD-Ni16、SD-Ni17、SD-Ni18，并且所述合金純凈、成分均勻，適用于冶煉含鎳鐵的高質量合金材料。
文檔編號C21C7/064GK101386950SQ20081006894
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月17日 優先權日2008年10月17日
發明者欒東海 申請人:河北上大再生資源科技有限公司