CN104805337A

CN104805337A - 一种稀土铝硅钙铁合金及其制备方法

Info

Publication number: CN104805337A
Application number: CN201510254300.7A
Authority: CN
Inventors: 郁健; 曲俊涛; 成国光
Original assignee: Permanent Beneficial Peak Height Novel Material Co Ltd In Baotou; University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: Permanent Beneficial Peak Height Novel Material Co Ltd In Baotou; University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2015-05-18
Filing date: 2015-05-18
Publication date: 2015-07-29

Abstract

一种稀土铝硅钙铁合金及其制备方法，属于炼钢脱氧剂技术领域。所述的稀土铝硅钙铁合金的成分重量百分数为：铝：40～70％，硅：1～4％，稀土：1～10％，钙：5～10％，碳：≤0.2％，硫：≤0.03％，磷：≤0.03％；其它不可避免的杂质元素总量小于1％，余量为铁。利用纯铝锭、稀土、优质硅铁，金属钙和低碳优质废钢通过感应炉两步熔炼工艺制备出符合要求的成品合金。优点在于：不含有Mn元素，可以低Mn钢品种；合金中同时含有Si和Al，在炼钢过程中添加对钢液具有较好复合脱氧作用；较高的Ca含量和一定的RE强化了夹杂物变性和去除效果；在合金制备过程中，当废钢熔化成钢液后，先添加Si合金脱氧，Al收得率明显提高，合金洁净度也有所改善。

Description

一种稀土铝硅钙铁合金及其制备方法

技术领域

本发明属于铁合金技术领域，尤其涉及到一种稀土铝硅钙铁合金及其制备方法。

背景技术

在炼钢过程中，向钢液中添加铝是一种广泛采用的脱氧工艺，但是由于铝的大量加入所生成的氧化铝脱氧产物同样对浇铸顺行、钢材质量带来很大的危害。为了消除氧化铝夹杂物的危害，目前主要采取的办法有：(1)延长精炼搅拌时间，促进夹杂物上浮。但这种方法必然会延长精炼时间，增加生产成本和降低产量。(2)改变钢液精炼渣系来吸附从钢液中上浮到钢液表面的氧化铝夹杂物。这种方法同样存在着精炼时间长，炉渣成分难以得到精确控制等不足。除此以外，就是在添加铝脱氧后,钢液中添加钙元素，也就是通常所说的对钢液进行钙处理，其目的就是使得添加到钢液中的钙与残留在钢中的氧化铝夹杂物相结合形成钙铝复合氧化物，形成如12CaO·7Al₂O₃这种低熔点大颗粒夹杂物，这种夹杂物一方面容易从钢液中上浮去除，另一方面由于其熔点较低，在浇注过程不容易造成水口结瘤，保证浇注顺行。

由于金属钙在炼钢温度下容易气化，因此不容易加入，收得率很低。研究工作者提出了将钙元素制成以块状含钙合金的办法在钢液冶炼过程加入。除了钙能使氧化铝夹杂物变性以外，近年来，国内外对稀土在钢中夹杂物的改性和变质作用十分重视。文献1(Hiroshi Hirata等：Steel Having Finely Dispersed Inclusions,US Patent2006/0157162A1)记载：当钢液中含有一定量的稀土RE元素后，会形成REAlO₃这种低熔点、低硬度的夹杂物，同时提到，当稀土与钙等元素进一步结合可以避免Al₂O₃团簇的形成，生产出高洁净钢(如：轴承钢)。其添加的工艺是：首先进行铝脱氧，然后加入稀土进行夹杂物去除和变性。文献2(渠天盛等：稀土铝铁合金，授权公告号CN100475998C)发明了一种新的稀土铝铁合金，成份为：Al 20～70％，RE 0.5～50％，该合金使用方便、脱氧及去除夹杂物效率高。但在合金中没有添加有益的钙元素，使其在使氧化铝夹杂物变性和去除方面的效果受到影响。

文献3(谢应凯：用于炼钢稀土铝基复合合金，公开号CN101092657A)提出了一种采用稀土、钙和铝铁等多元素相复合的新办法。稀土含量1～30％，并可以添加1～5％的钙等元素。文献4(渠天盛等：一种稀土铝钙铁合金，公开号CN101519747A)也提出了一种稀土铝钙合金，其成分为：Al 30～60％，Ca 1～10％，RE 1～20％。最近，文献5(陈向明等：稀土铝锰钙铁合金及其生产方法，授权公告号CN102181606B)进一步在上述复合合金的基础上添加适量的锰，形成Al 40～70％，Mn5～20％，RE 1～10％，Ca 1～3％的新型稀土复合合金，并在实际生产中得到了较好的应用。但由于该合金含有5～20％的Mn元素，因此，对一些钢中Mn含量有严格限制的高质量特殊钢来讲(如：取向硅钢)就无法使用，然而，一旦这种复合合金中取消了Mn含量，所生产的合金产品容易粉化，保质期较短，对合金生产、销售和使用周期就会带来不利影响；除此以外，在合金生产过程中，由于高温熔化钢液过程中容易造成钢中氧含量较高，降低了铝的收得率，所生成的大量氧化铝夹杂物容易残留在合金中，后期炼钢过程中添加后对钢材造成污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土铝硅钙铁合金及其制备方法，解决了大量氧化铝夹杂物合金中的残留及后期炼钢过程中添加后对钢材造成污染问题。

本发明的稀土铝硅钙铁合金分为：40～70wt％Al，1～4wt％Si，1～10wt％稀土，5～10wt％钙。杂质元素碳小于0.2wt％，硫小于0.03％，磷小于0.03％。其它不可避免的杂质元素总量小于1％，余量为铁。所述的稀土为含有镧、铈元素的其中单一组元或双元素组合，也包含以镧、铈元素为主的其它混合稀土，但镧和铈的总含量应占总稀土含量的90％以上。

本发明稀土铝钙铁合金的制备方法：利用纯铝锭、稀土、优质硅铁，金属钙和低碳优质废钢通过感应炉两步熔炼工艺制备出符合要求的成品合金。

原料成分：低碳优质废钢()

铝锭：99.7～99.9重量％Al，稀土：95～99重量％RE，金属钙：98～99重量％Ca，硅铁：75～80重量％Si，0.5～1.0重量％C，余量Fe；低碳优质废钢为Fe含量≥98.5％，C≤0.2％，其它为杂质元素。

工艺流程：选料—配料—装料—熔化—清渣—浇铸—破碎—检验—称重—成品入库。

具体工艺步骤如下：

(1)第一步：铝锭60～75％：稀土5～20％：金属钙10～20％。将铝锭在带有氩气保护气氛的感应炉熔化，熔化结束，添加钙和稀土合金，冶炼温度控制在950～1050℃，均匀混合4～10min，然后浇铸成稀土铝钙中间合金，其形状为梯形块，上表面为30mm×30mm，下底面为60mm×60mm，高为40mm。

(2)第二步：废钢30～60％：硅铁5～10％：铝锭30～65％。选用低碳优质废钢(Fe含量≥98.5％，其它为杂质元素)，在中频炉内熔化，熔化完毕，添加硅铁(Si含量为75～80％)脱氧和合金化，在此基础上加入铝锭，并控制温度在1200～1300℃，铝锭熔化后加入上述第一步所得到的稀土铝钙中间合金，成分均匀混合4～10min，合金出炉温度控制在1050～1150℃。浇铸成合金块，空气中自然冷却制成合金成品，其形状为梯形块，上表面为30mm×30mm，下底面为60mm×60mm，高为40mm。。

本发明的优点是：

(1)不含有Mn元素，可以适用低Mn钢品种；

(2)合金中同时含有Si和Al，在炼钢过程中添加对钢液具有较好复合脱氧作用；

(3)较高的Ca含量和一定含量的RE强化了夹杂物变性和去除效果；

(4)合金中Si含量相对较低，不会对钢液Si成分有较大影响；

(5)在合金制备过程中，当废钢熔化成钢液后，先添加Si合金脱氧，然后加入Al可以使得Al收得率明显提高，合金洁净度也有所改善。

具体实施方式

实施例1：

(1)铝锭75％：稀土20％：金属钙5％。将铝锭在带有氩气保护气氛的感应炉熔化，熔化结束，添加钙和稀土(稀土中主要成分为镧)，冶炼温度控制在1000℃，均匀混合10min，然后浇铸成稀土铝钙中间合金。

(2)废钢30％：硅铁5％：铝锭65％。优质板材废钢在中频炉内熔化，熔化完毕后，添加硅铁(Si含量为75％)脱氧和合金化，然后加入铝锭，并控制温度在1250℃。待铝锭熔毕，加入上述第一步所得到的稀土铝钙中间合金，成分均匀混合10min，合金出炉温度控制在1100℃。浇铸成合金块，空气中自然冷却制成合金成品。

制得的稀土铝硅钙铁合金的化学成分：(均为重量百分数)

余量为Fe及杂质元素。

实施例2：

(1)铝锭70％：稀土15％：金属钙15％。将铝锭在带有氩气保护气氛的感应炉熔化，熔化结束，添加钙和稀土合金，冶炼温度控制在1000℃，均匀混合10min，然后浇铸成稀土铝钙中间合金，粒度大小为60mm×60mm×40mm。

(2)废钢50％：硅铁10％：铝锭40％。优质板材废钢在中频炉内熔化，熔化完毕后，添加硅铁(Si含量为75％)脱氧和合金化，然后加入铝锭，并控制温度在1250℃。待铝锭熔毕，加入上述第一步所得到的稀土铝钙中间合金，成分均匀混合10min，合金出炉温度控制在1100℃。浇铸成60mm×60mm×40mm的合金块，空气中自然冷却制成合金成品。

制得的稀土铝硅钙铁合金的化学成分：(均为重量百分数)

余量为Fe及杂质元素。

Claims

1.一种稀土铝硅钙铁合金，其特征在于，稀土铝硅钙铁合金分为：40～70wt％Al，1～4wt％Si，1～10wt％稀土，5～10wt％钙；杂质元素碳小于0.2wt％，硫小于0.03％，磷小于0.03％；其它不可避免的杂质元素总量小于1％，余量为铁。

2.根据权利要求1所述的稀土铝硅钙铁合金，其特征在于，所述的稀土为含有铈、镧元素的其中单一组元或双元素组合，也包含以镧、铈元素为主的其它混合稀土，但镧和铈的总含量应占总稀土含量的90％以上。

3.根据权利要求1所述的稀土铝硅钙铁合金，其特征在于，所述的其他杂质元素是指在合金冶炼过程中混入的锰、铅、铜、钒元素。

4.一种权利要求1～3任何一项所述的稀土铝硅钙铁合金的制备方法，利用纯铝锭、稀土、硅铁、金属钙和低碳优质废钢通过感应炉两步熔炼工艺制备出符合要求的成品合金；

工艺流程：选料—配料—装料—熔化—清渣—浇铸—破碎—检验—称重—成品入库；其特征在于，工艺步骤及控制的技术参数如下：

(1)铝锭60～75％：稀土5～20％：金属钙10～20％。将铝锭在带有氩气保护气氛的感应炉熔化，熔化结束，添加钙和稀土合金，冶炼温度控制在950～1050℃，均匀混合4～10min，然后浇铸成稀土铝钙中间合金，其形状为梯形块，上表面为30mm×30mm，下底面为60mm×60mm，高为40mm；

(2)废钢30～60％：硅铁5～10％：铝锭30～65％；选用低碳优质废钢，在中频炉内熔化，熔化完毕，添加硅铁，脱氧和合金化，在此基础上加入铝锭，并控制温度在1200～1300℃，铝锭熔化后加入步骤(1)所得到的稀土铝钙中间合金，成分均匀混合4～10min，合金出炉温度控制在1050～1150℃；浇铸成合金块，空气中自然冷却制成合金成品，其形状为梯形块，上表面为30mm×30mm，下底面为60mm×60mm，高为40mm。

5.根据权利要求4所述的稀土铝硅钙铁合金的制备方法，其特征在于，铝锭：99.7～99.9重量％Al，稀土：95～99重量％RE，金属钙：98～99重量％Ca，硅铁：75～80重量％Si，0.5～1.0重量％C，余量Fe；低碳优质废钢为Fe含量≥98.5％，其它为杂质元素。