專利名稱：用于鋁硅鎮靜鋼脫氧的超低鈦超低碳高硅鋁鐵合金及其制備方法
技術領域：
本發明屬于冶煉技術領域，具體涉及一種適用于鋁硅鎮靜鋼脫氧的超低鈦超低碳高硅鋁鐵合金及其制備方法。
背景技術：
近年來，純凈度已成為提高鋼鐵產品質量的一個重要方向，尤其是電工鋼、軸承鋼、彈簧鋼等鋁硅鎮靜鋼。眾所周知，鋼液中非金屬夾雜物會對鋼材的各種性能、使用壽命和表面質量產生不利影響，因而控制鋼液中非金屬夾雜物的含量已經成為一個重要的研究方向。而鋼液中非金屬夾雜物的產生與脫氧劑有著密切的關系。脫氧劑的脫氧產物和所含雜質是鋼液中非金屬夾雜物的主要來源。 由于Ti與O、N元素具有較強的親和力，煉鋼中三者很容易形成化合物，生成微細夾雜物TiO5^P TiN等。這些微細夾雜物會導致連鑄水口結瘤或結晶器結魚，進而影響鋼的各類性能。因此，對夾雜物含量有特殊要求的鋁硅鎮靜鋼對脫氧劑的含Ti量提出了嚴格的要求，希望小于或等于IOOppm,甚至50ppm。實際冶煉鋁硅鎮靜鋼時，爐前鋼的成份已經合格，但是加入脫氧劑后，碳含量和雜質就上升了，特別是碳含量。主要原因就是一般鋁硅鎮靜鋼在終脫氧前已經過RH爐脫碳處理，碳含量在IOOppm以下，終脫氧劑如果含碳量超過O. 01%，就會對鋼水增碳。所以對終脫氧劑的碳含量也提出了越來越高的要求。同理隨著爐前鋼水質量的提升，其它硫、磷、銅等雜質含量的限定也越來越嚴格。現階段鋼廠對鋁硅鎮靜鋼脫氧大都采用單質鋁和鋁鐵合金。鋁是一種強脫氧劑，但在熔煉脫氧過程中由于鋁密度較小，在鋼水中的浮力較大，不易進入鋼水內部，大部分在鋼液表面氧化燒損，嚴重影響了它的利用率、增加了鋁的消耗，提高了生產成本，浪費了鋁資源，不利于提高鋼廠的經濟效益。而鋁鐵的密度大，易于深入鋼水內部，提高鋁的收得率。因此，鋁鐵是替代純鋁進行脫氧的最佳選擇。由于鋁硅鎮靜鋼液經過RH爐脫氧后，通過加入鋁鐵脫氧劑進行深脫氧(終脫氧)的量已經非常少了，所以脫氧劑的用量也少。而鋁鐵合金中鋁的濃度高，那么加入的鋁鐵量就少，也就不容易在大量鋼水中均布，導致脫氧效果差，鋁利用率低，夾雜物多。所以對鋁鐵中鋁的含量不用很高，而希望鐵的含量盡量提高，來獲得較大的合金密度和較多的合金加入量，使得合金能夠更深入更均勻的被鋼水熔化吸收。鋁的含量也不是越低越好，否則鋁鐵合金加入量劇增，成本增加。根據鋼廠的生產實踐，20%左右的鋁鐵合金無論是密度還是投入量都非常適合鋁硅鎮靜鋼的脫氧需求。由于鋁鐵合金中的鋁的含量在30%以下時，致密度顯著提高，破碎異常困難，而不進行破碎又無法滿足鋼廠的粒級要求。所以市售鐵合金一般鋁含量都大于40%。實驗發現，鋁鐵合金中引入含量4-7%的硅可以顯著提高合金的脆性，使破碎易于進行。而硅作為鋁硅鎮靜鋼的必然存在的元素，并不會污染鋼液，顯然鋁硅鐵合金更適合于鋁硅鎮靜鋼的終脫氧。目前，市售的鋁鐵合金的生產方法主要為重熔法。此類重熔法一般采用中頻或工頻爐熔化鋼水，然后逐步把冷鋁錠投入爐內，熔盡后造渣攪拌除渣出爐。這種方法的缺點是1、鋁燒損率高，一般在2. 5%以上；2、冶煉時間長，爐襯結垢嚴重，合金夾雜物含量高；3、能耗高。鋼水溫度在1500-1600°C之間，鋁的熔點在660°C左右，冷鋁錠進入鐵水只能漂浮在液面熔化，導致鋁的燒損增加。而逐步添加的鋁錠的方式耗時，導致冶煉時間長，鋁鐵氧化嚴重導致爐渣在爐襯上結垢，同時顯著增加合金中的夾雜物。鋁鐵反應生成的熱量不能充分利用，冶煉時間長，能耗明顯偏高，成本上升。專利94111237. 3《用于鋁鎮靜鋼脫氧的鋁鐵合金及其制備方法》采用中頻無鐵芯感應爐進行廢鋼與鋁錠重熔合成，成份A140-50%，C<0. 05% ,Cu < O. 04%, Si ^2. 0% ,Fe48-58% ;專利03118606. 8《用于煉鋼鋼水終脫氧的鋁鐵合金及制備方法》中采用中頻無鐵芯感應爐進行廢鋼與鋁錠重熔合成，同時進行雜質處理，成份為A140-44%，C < 0.05% ,P< O. 08% , S^O. 05% , Si ^ I. 0% ,Fe 54-59%。專利 200510046795. O《用于煉鋼終脫氧劑的微低碳、低磷、低硫的鋁鐵合金》中也同樣采用電爐進行重熔生產，成份為A160 64%，Si ( I. 5%, P 彡 O. 025%, S 彡 O. 025%, C 彡 O. 03%,鐵余量。專利 200510017089. 3《鋁硅鐵合金制造新工藝》及專利200610051148. 3《一種礦熱爐直接熔煉鋁、硅、鐵合金的生產方法》都采用礦原料生產，均沒有提到產品的成份及雜質。以上專利所述鋁鐵合金或鋁硅鐵合金及其制備方法均無法滿足鋁硅鎮靜鋼對脫氧劑的成分、鈦含量、碳含量及雜質含量的要求。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的在于提供一種脫氧效果好，超低鈦、超低碳、低雜質含量的高硅鋁鐵合金以及制造上述合金的新方法，以解決現有的技術不足。本發明中鋁含量在20-30%、硅含量在45-55%，且雜質低，特別適用于電工鋼、軸承鋼、彈簧鋼等鋁硅鎮靜鋼。為了達到上述目的，本發明的技術方案為
用于鋁硅鎮靜鋼脫氧的超低鈦超低碳高硅鋁鐵合金，它含有鋁、鐵、硅和雜質，其特征在于按重量百分組成(％):鋁20-30 ;硅45-55 ;鐵22-28，雜質為余量。作為本發明的進一步改進所述雜質中包括銅、磷、硫、碳、鈦、錳和氮，按重量百分組成(％):碳〈O. 008 ;磷〈O. 02 ;硫〈O. 02 ;銅〈O. 05 ;鈦〈O. 005 ;錳〈I. O ;氮〈O. 05。制造上述超低鈦超低碳高硅鋁鐵合金的方法，其依次包括
(1)、配料選用鐵、高純度鋁和金屬硅為原料； (2)、熔煉(a)純鐵熔化將高純度鐵熔化，在純鐵液中投入金屬硅脫氧并作為合金添加劑調節含量；
(b)將純鋁放入鋼包爐內進行預熱，控制鋁錠溫度在100-300°C；
(c)將步驟a中處理后的鐵液倒入步驟b中所述鋼包內，并進行攪拌混合熔化；
(d)造渣除渣；
(3)、澆鑄。為了保證產品達到超低鈦、超低碳、低雜質含量的目的，在成本可控的范圍內，嚴格控制原料引入的鈦、碳源及其它雜質含量，在步驟(I)的選料中所述高純度鋁的牌號為A199. 50以上;所說鐵中按重量百分比(％)計算 碳〈O. 2，磷〈O. 04，硫〈O. 04，銅〈O. 04，鈦〈O. 005，錳〈I. 0，氮〈O. 05，余量為鐵；所說金屬硅的牌號為Si-I以上。作為本發明的進一步改進，提高冶煉的效率，步驟(a)中鐵的熔化采用中頻或工頻爐進行。為了進一步降低產品中雜質含量，步驟(a)中所說的造渣除渣是指采用由螢石粉20%與冰晶石30%和工業鹽(NaCl) 50%重量百分比的造渣劑進行造渣，然后將渣撈盡，所述造渣劑具有易形成初渣，溶渣快等特點，降低能耗和生產成本，在提高效益的同時提升了合金品質。本發明的創新之處在于
I、為鋁硅鎮靜鋼的深度終脫氧提供了一種密度適中、鋁含量低的高硅鐵合金脫氧劑。在低鋁鐵合金中引入硅，解決了低鋁鐵合金破碎難題。本發明的鋁鐵硅合金突破了傳統鋁`鐵合金中鋁含量40%的下限，達到2(Γ30%的范圍，提高了脫氧劑的密度，降低了鋁的含量。密度大使脫氧劑能夠深入鋼水，徹底吸收，提高鋁的利用率。鋁含量低減少了鋁的上浮，力口快了鋁的吸收，提高了脫氧速度，避免高濃度鋁脫氧劑加入量少，分布不均的缺點。2、本發明中采用了全新的熔煉方法將鐵液澆入預烘鋁錠的鋼包內混合熔化。一方面大量純鐵水短時間內沖刷固態鋁錠，迅速混合熔化，避免了高溫鋁錠或者鋁液長時間暴露在空氣中的氧化燒損，大大降低了鋁的燒損少，鋁的收得率可達99. 5%以上，另一方面由于在熔煉過程中，鐵水切斷了鋁錠與空氣的接觸，而且起初鋁錠溫度控制在100-300°C，預烘不會產生氧化，大大降低了鋁錠表面的氧化程度，明顯減少了氧化雜物的含量，且整個過程鋁鐵熔解放出的熱量剛好平衡鋁錠熔化吸收的熱量，充分利用了鐵鋁的反應熱，能耗明顯下降。本發明爐外混合的工藝簡化了生產過程，避免了爐內高溫鋁鐵合金氧化燒損導致爐襯結渣嚴重的現象。爐外混合生產鋁鐵硅合金的方法，提高了熔鐵用中頻爐或者工頻爐的利用率和使用壽命，同時穩定了合金的鋁含量。3、本發明特別針對鋁硅鎮靜鋼的終脫氧，提出高硅鋁鐵合金雜質成分符合超低鈦超低碳的要求。用來生產電工鋼、軸承鋼、彈簧鋼等高等級鋼種的鋁硅鎮靜鋼對鈦的含量、碳的含量、雜質和非金屬夾雜物水平提出了較高的要求。此類鋼經過RH爐工藝后，鋼水的含碳、含鈦、雜質和非金屬夾雜物水品都達到了相當純凈的程度，而終脫氧劑的純凈度也必須與之相適應，否則鋼水就會被污染。本發明通過嚴格優選鋁硅鐵合金的生產原料，從而保證獲得超低鈦、超低碳、低雜質、低夾雜的純凈脫氧劑。說明書附圖
圖I為本發明的生產流程圖。
具體實施例方式實施例1，如圖所示
工藝條件采用2t中頻無芯感應加熱爐，功率500kw，標準容量1500kg ；50kw的天然氣加熱罩一個；1. 5t的預烘鋼包一只。(I)配料
259kg 廢鋼(C:0. 15%, P:0. 035%, S:0. 022%, Cu:0. 031%，Ti :O. 0050%，錳0. 4%，氮
O.03%)
524 kg金屬硅(Si:99. 3%, C:0. 01%, Ρ:0· 010%, S:0. 010%, Ti:0. 0015%)259kg 鋁錠(Al 99. 7%)
(2)熔煉
1)259 kg鋁錠加入天然氣加熱鋼包內，升溫至150°C。2)廢鋼加入底部裝有透氣磚的中頻爐熔化，熔盡后上部覆蓋渣CaO :16kg，A1203 3. 6kg，Si02:1. 5kg，CaF2 :8. 4kg，打開底部的氬氣閥，向爐內吹氬氣，同時從上部向爐內吹氧氣，氬氣通入使鐵液充分攪拌，隨爐溫的升高，鐵液內的鈦、碳充分氧化，撈盡鐵液表面的渣，得到碳0. 008%，鈦:0. 001%純凈的鐵液。
3)把524kg金屬硅加入鋼液中進行脫氧，還原氧化鐵，同時合金化。4)把鐵硅合金液澆入盛有加熱好的鋁錠鋼包內，充分攪拌。5)加渣料。把O. 5kg螢石粉與O. 75 kg冰晶和I. 25kg工業食鹽(NaCl)的混合造渣劑，進行造渣。撈盡處理后的爐渣。(3)澆鑄。其工藝條件為采用合金鑄鐵模，鋁硅鐵合金液注入模具內自然冷卻后精整破碎。按照本實施例的配料及其熔煉方法所得的鋁鐵合金，其重量百分含量為鋁25. 01%,硅50. 11%,鐵24. 8%,銅0. 003%,磷0. 006%,硫0. 001%,碳0. 004%,鈦
O.0012%，錳0. 5%，氮0. 023。
權利要求
1.一種用于鋁硅鎮靜鋼脫氧的超低鈦超低碳高硅鋁鐵合金，它含有鋁、鐵、硅和雜質，其特征在于按重量百分組成(％):鋁20-30 ;硅45-55 ;鐵22-28，雜質為余量。
2.根據權利要求I所述的超低鈦超低碳高硅鋁鐵合金，其特征在于所述雜質中包括銅、磷、硫、碳、鈦、錳和氮，按重量百分組成(％):碳〈O. 008 ;磷〈0· 02 ;硫〈0· 02 ;銅〈0· 05 ;鈦〈O. 005 M〈I. O ;氮〈O. 05。
3.一種制備如權利要求I或2所述超低鈦超低碳高硅鋁鐵合金的方法，其依次包括 (1)、配料選用鐵、高純度鋁和金屬硅為原料； (2)、熔煉 Ca)純鐵熔化將鐵熔化，在純鐵液中投入金屬硅脫氧并作為合金添加劑調節含量； (b)將純鋁放入鋼包爐內進行預熱，控制鋁錠溫度在100-300°C； (c)將步驟a中處理后的鐵液倒入步驟b中所述鋼包內，并進行攪拌混合熔化； (d)造渣除渣； (3)、澆鑄。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述高純度鋁的牌號為A199. 50 以上。
5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟(I)中所說鐵中按重量百分比(%)計算碳〈O. 2，磷〈O. 04，硫〈O. 04，銅〈O. 04，鈦〈O. 005，錳〈I. 0，氮〈O. 05，余量為鐵。
6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟(I)中所說金屬硅的牌號為Si-I以上。
7.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟(a)中鐵的熔化采用中頻或工頻爐進行。
8.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟(d沖所說的造渣除渣是指采用由螢石粉20%與冰晶石30%和工業鹽(NaCl) 50%重量百分比的造渣劑進行造渣，然后將渣撈盡。
全文摘要
本發明屬于冶煉技術領域，具體涉及一種適用于鋁硅鎮靜鋼脫氧的超低鈦超低碳高硅鋁鐵合金及其制備方法，合金中含有鋁、鐵、硅和雜質，其特征在于按重量百分組成(%)鋁20-30；硅45-55；鐵22-28，雜質為余量。所述雜質中包括銅、磷、硫、碳、鈦、錳和氮，按重量百分組成(%)碳<0.008；磷<0.02；硫<0.02；銅<0.05；鈦<0.005；錳<1.0；氮<0.05。本發明的制備方法包括配料、熔煉、澆鑄。本發明具有超低鈦、超低碳、低雜質含量等特點，尤其適用于鋁硅鎮靜鋼對脫氧劑超低鈦超低碳的要求。
文檔編號C22C30/00GK102839292SQ20121034603
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年7月30日
發明者梅澤鋒, 夏宏梁, 朱翔鷹, 章漢云 申請人:江蘇江南鐵合金有限公司