專利名稱：一種制備煉鋼脫氧用鈣鋁合金包芯線的方法
技術領域：
本發明涉及鋼鐵冶金技術領域，具體地說是煉鋼領域一種制備煉鋼脫氧用鈣鋁合金包芯線的方法。
背景技術：
鈣鋁合金是一種煉鋼用的復合脫氧劑。但煉鋼過程中使用的鈣鋁復合脫氧劑存在比重輕、燃點低、燒損大、利用率低等問題。因此，人們通常在合金中添加鐵、錳等增加合金比重或將其制成包芯線來提高其利用率。目前煉鋼領域常用的所謂的鈣鋁包芯線，大部分是將金屬鈣粉與鋁粉按一定比例通過機械混合后，直接用鋼帶包裹成的混合態包芯線。在這種包芯線中，鈣粉與鋁粉只是機械混合，并未形成鈣和鋁的合金，因此鋁只起到稀釋鈣的濃度的作用，而并未起到降低鈣的蒸汽壓的作用。如申請號為201220003169. 9的實用新型專利公開了一種“鋁鈣包芯線”。該實用新型涉及一種包芯線，特別是一種鋁鈣包芯線，包括外包層，所述外包層內設置有分隔層；所述分隔層將外包層內部分為兩個填充層，一個填充層內填充鋁，另一個填充層內填充鈣，所述外包層采用低碳鋼。采用上述結構后，可以通過鋁鈣包芯線方便的將鈣和鋁加入到鋼液或者鐵液中，能較大幅度提高合金收得率，降低冶煉成本，縮短冶煉時間，精確控制成分。但該方法生產的包芯線并未形成真正的鋁鈣合金。
除上述直接物理混合方式外，純鈣鋁合金通常只能在礦冶爐、工頻爐等大型有色冶金設備中采用普通的熔兌法進行生產。目前，主要有兩種溶兌生產方法，其中重熔法是將金屬鈣、鋁在熔化爐中熔化，制成鈣鋁合金，澆鑄成鈣鋁合金錠后直接到煉鋼廠使用或再制成鈣鋁包芯線后到煉鋼廠使用。電熱法為用碳化鈣、氧化鋁、鐵等作原料，在礦熱爐中還原冶煉。其原理是碳化鈣中的碳和氧化鋁中的氧互相作用生成鈣鋁合金和一氧化碳，即 3CaC2+2Al203=Ca3Al4+6C0。上述兩種方法均需要大型熔煉設備，生產批量大、資金投入多。 且生產流程較長，在高溫熔煉過程中由于鈣的沸點1492°C，而實際熔煉溫度超高1500°C， 因此鈣的揮發嚴重；同時，由于上述冶煉爐無法實現在惰性氣體保護下熔煉，鈣和鋁氧化嚴重，鈣和鋁尤其是鈣的收得率較低。而由于鋁和鈣的價格均較高，造成該生產方式成本較聞。
申請號為201120390152.9的實用新型專利公開了一種“實心金屬鋁鈣包芯線”。 其權利要求為“其特征在于所述實芯金屬鈣鋁包芯線由內芯和光亮鋼帶包覆層組成，內芯由表面帶有鈍化層的金屬鈣鋁或金屬鈣實心圓形芯線以及薄鋁層組成，所述薄鋁層包裹在表面帶有鈍化層的金屬鈣鋁或金屬鈣實心圓形芯線的外部，最外層是光亮鋼帶包覆層。”該實用新型特征為具有三層結構的鈣鋁包芯線，方法是將鈣鋁包芯線進行鈍化處理，提高了鈣鋁線的抗氧化能力，保證實心金屬鈣鋁包芯線在運輸和倉儲期間不氧化，大幅度提高其存儲時間。但該專利采用的是先制備鈣鋁合金芯線，再用鐵皮包覆制成包芯線的工藝。其加溫擠壓過程會造成鈣鋁合金制備過程中鋁和/或鈣的氧化或揮發損失從而導致鋁和/或鈣的收得率低、鈣鋁包芯線中鋁和/或鈣的成分不穩定等問題。《新型芯線合金的研制》一文分別采用還原法和合成法試制了鈣鋁合金，并通過X光衍射和差熱分析確定了合金的形態。該文只是研究鈣鋁合金的制備問題，而未涉及包芯線的制備和生產。
綜上可以看出，目前的鈣鋁包芯線生產方法主要是直接勾兌混合再包覆鐵皮得到 (即先混后包工藝)或混合后先冶煉成合金再包覆鐵皮得到(即先冶再成型再包覆工藝)。前者無法獲得成分均勻穩定的鈣鋁合金。后者則未對鈣鋁進行密封，無法避免鈣鋁合金在非密封保護氣氛條件下加熱時鈣鋁的氧化和揮發問題。發明內容
本發明的目的是針對煉鋼領域用的包芯線的特性，提供一種先密封后冶煉成型的煉鋼脫氧用純鈣鋁合金包芯線的生產方法，該方法的采用先密封包覆再邊冶煉邊成型的生產工藝，可有效提高鋁和鈣的收得率，降低生產成本。
本發明的目的是這樣實現的它包括如下工藝步驟(1)鈣鋁合金生產原料配料、混勻工藝即將金屬鈣和鋁按任意比例進行混合；(2)鈣鋁合金生產原料裝入模具及其密封工藝即在保護性氣氛保護下，將混合均勻的鈣鋁料置于模具中并進行密封處理；(3)鈣鋁合金包芯線加熱同時擠壓成型工藝即在保護性氣氛保護下，將模具中的混合料進行加熱并隨模具一起壓縮成直徑O. I 到30毫米的線材，隨后冷卻，待合金凝固后即制成用于煉鋼脫氧用的純鈣鋁合金包芯線。
在步驟(I)中鈣鋁合金的原料鋁粉和鈣粉的優選摩爾比為I 9 :1。
在步驟(2)中承裝鈣鋁合金原料的模具為熔點高于金屬鋁、鈣的金屬，其可作為包芯線最終產品的外皮，煉鋼領域用于包芯線生產的純鈣鋁合金包芯線制備時，該模具的最佳材料是管壁厚度為O. 05 6毫米的圓鋼管，該裝料工藝為在裝料過程中向裝料體系內通入不易與金屬鋁和鈣反應的氣體，在此惰性氣體保護條件下將原料裝入到模具中，然后對模具進行擠壓密封。
在步驟(3)中鈣鋁混合料密封裝在模具中后，在保護性氣體保護下，對模具加熱到 100 1490°C之間同時擠壓模具，將其擠壓成直徑為O. I 30毫米的線材。
采用本發明產生的積極效果1.本發明針對煉鋼領域包芯線有鈣鋁合金單位用量小、需特殊成型(定徑、細線)的特性，將鈣鋁合金的生產與制線工藝相結合，采用先密封包覆再邊冶煉邊成型工藝，即將金屬鈣和鋁的熔化冶煉過程置于特殊的密閉模具內部進行，既可使包芯線一次成型，又能最大限度地避免采用熔兌法生產鈣鋁合金時鈣鋁的氧化及鈣的揮發損失問題，因而可大大簡化用于包芯線的純鈣鋁合金的生產流程，并有效降低包芯線生產成本；2.以往鈣鋁包芯線中，芯線只是鈣粉與鋁粉的機械混合物，并未形成鈣和鋁的合金，因此鋁只起到稀釋鈣的濃度的作用，而并未起到降低鈣的蒸汽壓的作用。本發明最終制成的是鈣鋁以互溶形式形成的純合金，成分均勻、穩定。只有形成以這種化合物為主的合金，才能有效降低鈣的蒸汽壓，從而提高鈣的回收率，減少喂線時鋼水噴濺的傾向，大大降低煉鋼成本。
具體實施方式
將金屬鋁和鈣原料按任意比例(優選范圍是鋁粉和鈣粉的摩爾比為I 9 :1)進行混合。原料混合均勻后，在保護性氣氛保護下，將混合料裝入模具中并進行密封處理(該模具為熔點高于金屬鋁、鈣的金屬，其可作為包芯線最終產品的外皮，煉鋼領域用于包芯線生產的純鈣鋁合金包芯線制備時，它的最佳材料是管壁厚度為O. 05 6毫米的圓鋼管)，然后將模具加熱到100 1490°C之間同時擠壓模具，加熱同時對體系通入保護氣體進行保護， 擠壓成直徑為O. I 30毫米的線材。隨后冷卻，待合金凝固后即制成用于煉鋼脫氧用的純鈣鋁合金包芯線。
實施例I :將金屬鋁粉和鈣粉按摩爾百分比為I :1進行混合。原料混合均勻后，在氬氣保護下，將混合料裝入并擠壓密封在一個管壁厚度為O. 05毫米的圓鋼管。然后對密封后的模具在一電阻爐中在100°C條件下進行加熱，加熱同時對體系通入氬氣進行保護，防止鋁和鈣的氧化和揮發損失。在加熱的同時對模具進行擠壓，制成直徑O. I毫米的包芯線材。 該純鈣鋁合金包芯線在A鋼廠100噸鋼包爐中喂線使用后，25爐的生產應用數據結果表明， 平均鈣收得率達到35%。與傳統包芯線相比，獲得了較好的應用效果。
實施例2 :將金屬鋁粉和鈣粉按摩爾百分比為I. 5 :1進行混合。原料混合均勻后， 在氬氣保護下，將混合料裝入并擠壓密封在一個管壁厚度為6毫米的圓鋼管中。然后對密封后的模具在感應爐中在1490°C條件下進行加熱，加熱同時對體系通入氬氣進行保護，防止鋁和鈣的氧化和揮發損失。在加熱的同時對模具進行擠壓，制成直徑30毫米的包芯線材。該純鈣鋁合金包芯線在A鋼廠的150噸鋼包爐中喂線使用后，35爐的生產應用數據結果表明，平均鈣收得率達到27%。與傳統包芯線相比，獲得了較好的應用效果。
實施例3 :將金屬鋁粉和鈣粉按摩爾百分比為2 :1進行混合。原料混合均勻后，在氬氣保護下，將混合料裝入并擠壓密封在一個管壁厚度為5毫米的圓鋼管中。然后對密封后的模具在感應線圈中在500 V條件下進行加熱，加熱同時對體系通入氬氣進行保護，防止鋁和鈣的氧化和揮發損失。在加熱的同時對模具進行擠壓，制成直徑10毫米的包芯線材。 該純鈣鋁合金包芯線在B鋼廠的200噸鋼包爐中喂線使用后，15爐的生產應用數據結果表明，平均鈣收得率達到42%。與傳統包芯線相比，獲得了較好的應用效果。
實施例4 :將金屬鋁粉和鈣粉按摩爾百分比為10 1進行混合。原料混合均勻后， 在氬氣保護下，將混合料裝入并擠壓密封在一個管壁厚度為I. 2毫米的圓鋼管中。然后對密封后的模具在碳管爐中在800度條件下進行加熱，加熱同時對體系通入氬氣進行保護， 防止鋁和鈣的氧化和揮發損失。在加熱的同時對模具進行擠壓，制成直徑13毫米的包芯線材。該純鈣鋁合金包芯線在A鋼廠的80噸鋼包爐中喂線使用后，52爐的生產應用數據結果表明，平均鈣收得率達到21%。與傳統包芯線相比，獲得了較好的應用效果。
需要指出的是，上面的實施例并沒有涵蓋本發明的全部內容。
權利要求
1.一種制備煉鋼脫氧用鈣鋁合金包芯線的方法，其特征是它包括如下步驟(1)鈣鋁合金生產原料配料、混勻工藝即將金屬鈣和鋁按任意比例進行混合；(2)鈣鋁合金生產原料裝入模具及其密封工藝即在保護性氣氛保護下，將混合均勻的鈣鋁料置于模具中并進行密封處理；(3)鈣鋁合金包芯線加熱同時擠壓成型工藝即在保護性氣氛保護下，將模具中的混合料進行加熱并隨模具一起壓縮成直徑O. I 到30毫米的線材，隨后冷卻，待合金凝固后即制成用于煉鋼脫氧用的純鈣鋁合金包芯線。
2.根據權利要求I所述的制備煉鋼脫氧用鈣鋁合金包芯線的方法，其特征是在步驟 (O中鈣鋁合金的原料鋁粉和鈣粉的優選摩爾比為I 9 :1。
3.根據權利要求I所述的制備煉鋼脫氧用鈣鋁合金包芯線的方法，其特征是在步驟(2)中承裝鈣鋁合金原料的模具為熔點高于金屬鋁、鈣的金屬，其可作為包芯線最終產品的外皮，煉鋼領域用于包芯線生產的純鈣鋁合金包芯線制備時，該模具的最佳材料是管壁厚度為O. 05 6毫米的圓鋼管，該裝料工藝為在裝料過程中向裝料體系內通入不易與金屬鋁和鈣反應的氣體，在此惰性氣體保護條件下將原料裝入到模具中，然后對模具進行擠壓密封。
4.根據權利要求I所述的制備煉鋼脫氧用鈣鋁合金包芯線的方法，其特征是在步驟(3)中鈣鋁混合料密封裝在模具中后，在保護性氣氛保護下，對模具加熱到100 1490°C之間同時擠壓模具，將其擠壓成直徑為O. I 30毫米的線材。
全文摘要
一種制備煉鋼脫氧用鈣鋁合金包芯線的方法，具體工藝為將金屬鋁和鈣按任意比例進行混合，在保護性氣氛保護下，將混合均勻的鈣鋁料置于模具中并進行密封處理，然后將模具中的混合料進行加熱并隨模具一起壓縮成直徑0.1到30毫米的線材，隨后冷卻，待合金凝固后即制成用于煉鋼脫氧用的純鈣鋁合金包芯線。本發明最終制成的是鈣和鋁形成的純鈣鋁包芯線。該方法的優點是有效簡化生產流程，降低生產過程鈣和鋁的損失，提高制造過程鈣和鋁的收得率，降低生產成本。同時，煉鋼過程加入這種鈣鋁化合物構成的合金，能有效降低鈣的蒸汽壓，從而提高了煉鋼脫氧過程中鈣的回收率，減少喂線時鋼水噴濺的傾向，大大降低煉鋼成本。
文檔編號C21C7/06GK102978339SQ20121047607
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月22日 優先權日2012年11月22日
發明者侯丹, 裴彥雪, 張慧書 申請人:侯丹, 裴彥雪, 張慧書