專利名稱：一種超純度工業純鐵的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬冶煉方法，尤其涉及一種工業純鐵的制造方法。
背景技術：
二次硬化鋼是一種含碳的Cr-Ni-Co-Mo系高純凈度鋼種，用于制造飛機起落架、 樑、軸等零部件，該類鋼所用純鐵化學成分要求(wt%)為C彡0.3，Si<0. 05,Mn ^O. 05， S彡0. 001，P彡0. 003，Al ( 0. 005，Ti ( 0. 005 ；該純鐵沒有脫氧元素，在煉鋼的還原階段不能使用含硅、錳、鋁、鈦的脫氧劑，按照現有技術和常規冶煉工藝，無法制造該鋼種。目前國內采用6B9971、6B6983生產原料純鐵和工業純鐵，用于制造電磁元件、軟磁材料，也有用于制造含硅錳硫磷較高的材料。國內一般采用轉爐或轉爐+爐外精煉制造， 有的經AOD或VOD爐制造，但是其純度均不高，特別是硫、磷、鋁含量較高，僅可以用于制造普通的電子元器件和軟磁材料。隨著對二次硬化鋼的研究和對純鐵純度要求的增高，這些純鐵已經不適合作為制造高端二次硬化鋼用的原材料。目前，日本采用電解方法制造高純度工業純鐵，純度可以達到含鐵量為99. 9%，但其價格非常高，不適合作為二次硬化鋼、馬氏體時效鋼、高純度不銹鋼的原材料。

發明內容
本發明的目的在于提供一種超純度工業純鐵的制造方法，該純鐵制造方法生產的純鐵純度高，能夠滿足制造二次硬化鋼、高純度要求的精密合金、高級葉片鋼和不銹鋼的要求。由于二次硬化鋼含有<0.25%碳，碳主要起到強化作用，因此采用本發明所述的技術方案生產的純鐵可以含有0.3%以下的碳；硅、錳、鋁、鈦較易形成非金屬夾雜物， 作為高純度鋼的原料，會使鋼的塑韌性降低；硫、磷也會使鋼的塑韌性降低。因此必須將本發明所述的技術方案生產的純鐵的化學成分控制在0. 3wt%, Si ^ 0. 05wt%, Mn 彡 0. 05wt%, S 彡 0. 001wt%, P 彡 0. 003wt%, Al 彡 0. 005wt%, Ti 彡 0. 005wt%，余量為Fe和其他不可避免的雜質。根據上述發明目的，本發明提供了一種超純度工業純鐵的制造方法，其包括下列步驟(1)將原料進行EAF冶煉使用的渣系為CaCHCaF2,原料成分滿足C 0. 7 1. 0wt%, P 彡 0. 020wt%, S 彡 0. 02wt% ；在EAF冶煉的熔氧期控制溫度為1540 1570 °C，直至C彡0. 08wt %, P^O. 002wt%時完全扒渣，接著補加渣料后吹氧升溫至> 1650°C，完全扒渣，熔氧期內的 ■系配比為 CaO CaF2= (2. 5 3. 5) 1;在EAF冶煉的還原期加入碳粉使C含量為0. 15 0. 25wt%,加入CaO和CaF2造白渣，滿足CaO CaF2 = O. 5 5) (1 1. 5)，當S彡0. 006wt%時完全扒渣后出鋼；(2)LF 冶煉使用的渣系為 CaO+CaF2+CaC2,滿足 CaO CaF2 CaC2 = (2. 5 3.5) (0.5 1.5) (0.3 1.5)，吹氬氣攪拌，當S彡0.0015界1%時出鋼；(3) VD爐真空脫氣；(4)出鋼澆鑄，得到的超純度工業純鐵的成分為C彡0. 3wt%, Si彡0. 05wt%, Mn 彡 0. 05wt%, S 彡 0. 001wt%, P 彡 0. 003wt%, Al 彡 0. 005wt%, Ti 彡 0. 005wt%，余量為Fe和其他不可避免的雜質。發明人經過長期生產實踐和大量的研究分析認為，采用VOD或AOD冶煉是無法制得本發明所述的超純度工業純鐵的。這是因為，VOD或AOD冶煉吹氧雖然可以保證Si、Mn 元素達到超純度工業純鐵的要求，但由于不能用Al元素脫氧，且溫度無法保證，因此無法保證S元素達到超純度工業純鐵的要求。因此，發明人設計了采用本發明所述的方法冶煉超純度工業純鐵。但是采用這種方法進行冶煉也是具有難度的。這是因為，EAF冶煉的熔氧期能夠將P、Si、Mn元素氧化到其含量滿足超純度工業純鐵的要求，但是一旦進入LF爐，Si、P元素極易被還原，因此必須要保證Si、P元素在EAF冶煉的還原期不能被還原，基于此原因，本技術方案必須在熔氧期嚴格控制磷元素的含量，并且同時保證在磷元素達到控制要求后，100%扒渣，再造新渣還原，防止氧化期渣中大量S^2和P2O5中Si和P被還原。另外，在常規的LF冶煉過程中，多用CaCHCaF2渣系擴散脫氧、脫硫，同時采用鋁、 硅元素沉淀脫氧，但是本技術方案所涉及的超純度工業純鐵在冶煉過程中不能用Al、Si脫氧，如果僅用常規的CaCHCaF2渣系擴散脫氧，只能達到S彡0. 005wt %，是無法使硫達到彡0. 001%的。因此，發明人將該步驟的渣系設計為CaO+CaF2+CaC2。本技術方案中，在EAF冶煉步驟中，需要將P、Si、Mn、Al、Ti元素降到要求范圍內。 具體的化學反應方程式與計算式如下2 [P] +5Fe0+4Ca0s = 4Ca0P205 (s) +5Fe ；AG° = -343000+143. 35T(J/mol)；2 [P] +5Fe0+3Ca0s = 3Ca0P205 (s) +5Fe ；AG° = -338600+142. 05T(J/mol)；[Si]+O2 = SiO2 ；2 [Mn] +O2 = 2Mn0 ；2[Α1]+302 = 2A1203oLF冶煉步驟的主要任務是脫硫，脫硫需先脫氧。具體的化學反應方程式如下[S]+ (CaO) = (CaS)+
；CaC2+[S] = (CaS)+ [C]；CaC2+3 (FeO) = (CaO) +3 (Fe) +2C0 ；3 (FeS) +2 (CaO) + (CaC2) = 3 (CaS) +3 (Fe) +2C0 ；在所述步驟(1)中熔氧期的渣系配比為CaO CaF2 = O. 5 3. 5) 1。優選地，在上述的超純度工業純鐵的制造方法中，所述步驟(1)的出鋼溫度為 T 彡 1600"C。優選地，在上述的超純度工業純鐵的制造方法中，所述步驟O)的出鋼溫度為 T 彡 1650"C。優選地，在上述的超純度工業純鐵的制造方法中，所述步驟(3)中，控制真空度小于66. 71 保持大于20min，抽氣后出鋼。優選地，在上述的超純度工業純鐵的制造方法中，所述步驟的澆鑄溫度為 1590 1610 。采用本發明所述的超純度工業純鐵的制造方法生產的超純度工業純鐵達到了超低雜質元素的水平，殘余元素含量小于0. 097wt%，完全能夠滿足二次硬化鋼、高純度要求的精密合金、高級葉片鋼和不銹鋼的生產需要。
具體實施例方式實施例1-7采用下述步驟制造超純度工業純鐵(具體工藝參數見表1 ；)(1)將原料進行EAF冶煉使用的渣系為CaCHCaF2,原料成分滿足C 0. 7 1. 0wt%, P 彡 0. 020wt%, S 彡 0. 02wt% ；在EAF冶煉的熔氧期控制溫度為1540 1570 °C，直至C彡0. 08wt %, P^O. 002Wt%時完全扒渣，接著補加渣料后吹氧升溫至> 1650°C，完全扒渣，熔氧期渣系配比為 CaO CaF2 = (2. 5 3. 5) 1 ；在EAF冶煉的還原期加入碳粉使C含量為0. 15 0. 25wt %，加入CaO和CaF2造白渣，滿足CaO CaF2 = O. 5 5) (1 1. 5)，當S彡0. 006wt%時完全扒渣后出鋼， 出鋼溫度為T彡16000C ；(2)LF 冶煉使用的渣系為 CaO+CaF2+CaC2,滿足 CaO CaF2 CaC2 = (2. 5 3.5) (0.5 1.5) (0. 3 1.5)，吹氬氣攪拌，當S彡0. 0015wt%時出鋼，出鋼溫度為 T 彡 1650 0C ；(3) VD爐真空脫氣，控制真空度小于66. 7Pa保持大于20min，抽氣后出鋼；(4)出鋼澆鑄，澆鑄溫度為1590 1610°C，得到的超純度工業純鐵的成分為C 彡 0. 3wt Si ^ 0. 05wt %, Mn ^ 0. 05wt S ^ 0. OOlwt P ^ 0. 003wt
Al ^ 0. 005wt%,Ti ^ 0. 005wt%，余量為！^和其他不可避免的雜質。表 1.
實施例1234567EAF熔氧末期的溫度(°C)1570154015401540155015601540EAF熔氧期渣系配比(CaO: CaF2)3. 2 13 18 33 13 12. 8 13. 5 1EAF還原期渣系配比(CaO CaF2)2. 5 12.3: 13. 5 13 15 1. 57 33 權利要求
1.一種超純度工業純鐵的制造方法，其特征在于，包括下列步驟(1)將原料進行EAF冶煉使用的渣系為CaCHCaF2,原料成分滿足C0. 7 1. Owt %， P 彡 0. 020wt%, S 彡 0. 02wt% ；在EAF冶煉的熔氧期控制溫度為1540 1570°C，直至C彡0. 08wt%,P^ 0. 002wt% 時完全扒渣，接著補加渣料后吹氧升溫至> 1650°C，完全扒渣；在EAF冶煉的還原期加入碳粉使C含量為0. 15 0. 25wt%，加入CaO和CaF2造白渣，滿足CaO CaF2 = O. 5 5) (1 1. 5)，當S彡0. 006wt%時完全扒渣后出鋼；(2)LF 冶煉使用的渣系為 CaO+CaF2+CaC2，滿足 CaO CaF2 CaC2 = O. 5 3.5) (0.5 1.5) (0.3 1.5)，吹氬氣攪拌，當S彡0.0015界1%時出鋼；(3)VD爐真空脫氣；(4)出鋼澆鑄，得到的超純度工業純鐵的成分為C彡0.3wt%, Si彡0. 05wt%, Mn 彡 0. 05wt%, S 彡 0. 001wt%, P 彡 0. 003wt%, Al 彡 0. 005wt%, Ti 彡 0. 005wt%，余量為Fe和其他不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的超純度工業純鐵的制造方法，其特征在于，所述步驟(1)的出鋼溫度為T彡1600°C。
3.如權利要求1所述的超純度工業純鐵的制造方法，其特征在于，所述步驟(2)的出鋼溫度為T彡1650°C。
4.如權利要求1所述的超純度工業純鐵的制造方法，其特征在于，所述步驟(3)中，控制真空度小于66. 7Pa保持大于20min，抽氣后出鋼。
5.如權利要求1所述的超純度工業純鐵的制造方法，其特征在于，所述步驟(4)的澆鑄溫度為1590 1610°C。
6.如權利要求1所述的超純度工業純鐵的制造方法，其特征在于，所述步驟(1)中熔氧期的渣系配比為CaO CaF2= (2. 5 3. 5) 1。
全文摘要
本發明公開了一種超純度工業純鐵的制造方法，其步驟包括(1)將原料進行EAF冶煉；(2)LF冶煉；(3)VD爐真空脫氣；(4)出鋼澆鑄。該制造方法通過EAF冶煉熔氧期步驟中在Si、P達標后進行完全扒渣以及在LF冶煉步驟中采用CaO+CaF2+CaC2渣系進行脫硫，將各雜質元素含量控制在技術要求范圍之內，從而使得采用本發明所述的技術方案制得的超純度工業純鐵達到超低雜質元素的水平，完全能夠滿足二次硬化鋼、高純度要求的精密合金、高級葉片鋼和不銹鋼的生產需要。
文檔編號C22C38/14GK102382925SQ20111037498
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月22日 優先權日2011年11月22日
發明者張景海, 張淑平, 田玉新, 羅輝, 趙肅武, 郭軍霞 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司