高硅硅锆合金及其生产方法与流程

本发明涉及合金冶炼技术领域，尤其涉及一种高硅硅锆合金及其生产方法。

背景技术：

高硅硅锆合金是利用矿热炉碳热法生产的不同于普通硅锆合金的一种铁合金新产品。作为硅系孕育剂，含硅量高孕育效果好，断面均匀性好，厚薄表面硬度差小。锆是很强的碳化物形成元素，增加奥氏体基底，细化晶粒，从而提高铸铁强度。

现有技术中生产的硅锆合金中硅的含量为70-80%，高硅系列合金中硅含量的提高是该生产工艺的瓶颈技术，如何生产出高硅硅锆合金、并使其中的杂质含量控制到较低是本行业一直存在的问题。

技术实现要素：

有必要提出一种高硅硅锆合金。

还有必要提出一种高硅硅锆合金的生产方法。

一种高硅硅锆合金，所含元素成分和比例为：si：81-95%、zr：1-5%、ca：1-3%、al<1.5%、c<0.3、s<0.05、p<0.02。

一种高硅硅锆合金的生产方法，包括入炉预热步骤，所述混合物料的入炉预热步骤为：

炉体内的电极的半径为r，距离每个电极的外壁一个r的圆周范围为小料区，距离小料区两个r的圆周范围为大料区，大料区至炉体侧壁的范围为冷料区，冷料区、大料区、小料区的温度依次升高，每批次混合物料投入炉体内时，投入的位置为靠近大料区和冷料区交界处。

本发明，通过控制物料进入炉体熔池内的位置和时机，充分利用熔池内各位置的温度，不仅能够避免热量损失浪费，而且对进入的物料先行进行温度较低的预热，从而避免温差过大造成的热量损失和对热场、电极的冲击。

本发明的产品高硅硅锆合金主要用作铸铁熔炼过程中孕育剂。

附图说明

图1为矿热炉炉体的俯视图。

图中：炉体10、电极20、小料区21、大料区22、冷料区23、三角区24、下料管30。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

参见图1，本发明实施例提供了一种高硅硅锆合金，所含元素成分和比例为：si：81-95%、zr：1-5%、ca：1-3%、al<1.5%、c<0.3、s<0.05、p<0.02。

进一步，所含元素成分和比例为：si：81-85%、zr：3-5%、ca：2-3%、al<1.5%、c<0.3、s<0.05、p<0.02。

进一步，所含元素成分和比例为：si：85-90%、zr：2.5-3.5%、ca：2-3%、al<1.5%、c<0.3、s<0.05、p<0.02。

进一步，所含元素成分和比例为：si：90-95%、zr：1-2%、ca：1-2%、al<1%、c<0.2、s<0.04、p<0.02。

本发明还提出一种高硅硅锆合金的生产方法，混合物料的入炉预热步骤为：

炉体10内的电极20的半径为r，距离每个电极20的外壁一个r的圆周范围为小料区21，距离小料区21一个r的圆周范围为大料区22，大料区22至炉体10侧壁的范围为冷料区23，冷料区23、大料区22、小料区21的温度依次升高，每批次混合物料投入炉体10内时，投入的位置为靠近大料区22和冷料区23交界处。

冷料区23、大料区22、小料区21的温度依次约为小于600℃、大于800℃、大于1000℃，而炉体10的熔池深度为2-2.3米，距离熔池液面以下1-2米的位置为温度最高的高温还原区。

由于外界的混合物料为冷料，温度很低，直接投入炉内，不能保证其投入位置，若投入至小料区21，则冷料与小料区21接触，温度差距较大，在物料接触小料区21至与小料区21温度熔合，此过程使得小料区21的很多热量用于对冷料进行先预热、再加热熔融，小料区21这些用于预热的热量因不能对物料进行熔融而被损耗浪费，更严重的冷料与小料区21的温度差距较大，形成冷热冲击，不仅影响热场的均匀性，而且很容易对电极20造成低温冲击，加速电极20的损耗，对电极20或炉体10造成应力损伤，影响电极20或炉体10寿命。

所以，本发明，入炉时，控制冷料落入至大料区22和冷料区23交界处，此处温度约为600-700℃，如此，落入此处可减小冷料与热场的温差，落入此处的冷料利用此处较低的温度进行先行预热，减小物料进入大料区22、小料区21的温差，避免因温差引起的冲击，以为后续向温度较高的大料区22、小料区21、高温还原区做准备。

进一步，还在入炉预热步骤之前设置推料升温还原步骤，所述推料升温还原步骤为：将上一批次已经投入炉内大料区22和冷料区23交界处的混合物料向大料区22、小料内推送，以使此批混合物料依次进入大料区22、小料区21，依次在大料区22、小料区21被二次预热、升温熔融被还原，并为下一批次混合物料入炉腾退空间。

落入至大料区22和冷料区23交界处的物料被一次预热，待小料区21的物料成为合金液态，向下流动而造成料面下陷时，此时，缓慢推动已经在大料区22内经二次预热的物料至小料区21，然后将落入至大料区22和冷料区23交界处的被一次预热后的物料推至大料区22，继续补充加冷料至大料区22和冷料区23，，在大料区22被二次预热后的物料在小料区21经高温熔融，然后在小料区21内向下流动，进入温度最高的高温还原区，进行还原反应，成为合金液态，。

本发明实现了对入料的物料进行温度由低到高的一次预热、二次预热、升温熔化、高温还原。

进一步，炉体10内的电极20为三根，三根电极20之间采用三角形连接，所述三根电极20之间形成的区域为三角区24，三角区24的温度高于小料区21的温度，在三角区24上方设置单独的下料管30，以为三角区24单独供料或依据炉况变化附加部分炉料。

由于三角区24有三个电极20包围形成，温度高于小料区21的温度，而且此三角区24区域面积较小，造成此处物料熔化速度快，形成合金液速度快，也就向下方的高温还原区流动的速度也快，液面下陷速度快，造成此三角区24的液面低于小料区21或其他区域液面，而此三角区24正是温度较高的区域，液面下陷后，此处积蓄的热量是很多的，如果不及时补料，造成此处热量不能充分用于熔化物料，从而造成富集浪费，更严重的是，此处的高温与外侧的小料区21的温差会对电极20造成温差烧损，所以，为此三角区24单独设置下料管30，以为此处及时补充物料，将此处的热量充分用于熔化物料，不仅热量不会浪费，也能对计划向大料区22和冷料区23交界处投入的物料进行分担，从而缩短物料入炉时间，降低物料熔化单耗，降低成本。

进一步，所述下料管30内物料的下落方式为少量、多次、间断式。

少量为单次下料的量不大于10kg，多次为单次下料的次数不少于3次，间断式为相邻两次下料时间间隔为不小于5min。

进一步，还包括设置于入炉预热之前的配料步骤，所述配料的步骤为：按照各原料所占质量比重为硅石2600kg：导电及还原材料1700kg：锆英石85kg：石灰石70kg的比例配料，其中，硅石中二氧化硅含量为98%以上，锆英石中氧化锆含量不低于65%，石灰石中碳酸钙含量不低于95%。

进一步，所述导电及还原材料为比例为1:1-3:5的兰炭和烟煤混合物料。

其中，兰炭的固定炭较高，发热量比烟煤高，化学活性也较强，利于还原，所述烟煤挥发份高，含有焦油等粘结物质，有利于物料在炉内粘结焖烧，减少热量损失，例如炉体10内部熔池温度的升高。

进一步，所述配料步骤的操作为：将硅石破碎为90-140mm的大块状，导电及还原材料为8-18mm的小粒料，先将硅石放置于混料仓内，再将导电及还原材料铺洒于硅石表面，并将硅石和导电及还原材料搅拌混合，以使导电及还原材料包裹于硅石表面。

导电及还原材料包裹于硅石表面形成导电层，在硅石入炉内，电极20通电，炉内硅石等材料构成电阻，为了使电极20与炉内大块硅石受热充分并熔化，包裹于硅石表面的导电及还原材料能够降低物料的电阻，形成导电通路，使得电极20的电流能够与物料形成通路，进而促进物料发热熔化；

由于导电及还原材料的粒度相对于硅石较小，与硅石或其他原料同时混合时，小颗粒的物料容易沉落在底部，导致导电及还原材料不能均匀包裹与硅石表面，也就造成硅石表面的电阻不均匀或电阻较大，所以，本方案采用先将硅石与导电及还原材料混合之后在与其他物料混合的方式，解决了上述问题。

本方案通过控制导电及还原材料的配料比例来控制炉内物料的电阻不能太小，并通过将导电及还原材料包裹于硅石表面来控制物料的电阻不能太大，从而使得物料的熔化速度处于可控状态。

硅石被破碎为较大的块状，而其余原料为较小的粉料，如此大块粉末搭配使用，再加上导电及还原材料在大块硅石表面包裹，不仅能够控制物料的电阻合适，更为重要的是，大块粉末搭配使用，在满足炉体10内电阻合适的同时，物料的颗粒度和密度并非紧密密实，因为紧密密实的物料在炉体10内受热时很容易形成糊状层，糊状层很容易将熔池表面封堵，阻碍生成的一氧化碳的排出，如此，导致含碳物质不能及时排出，造成合金液内碳含量较高，多余的碳会与硅反应生成比重较重的碳化硅等半熔物，作为下层渣层沉于合金液底部，进而除去。

而现有技术中，往往存在上述问题，由于物料颗粒大小混合不合适，存在糊状层，遮挡一氧化碳排出，造成碳含量高，生成碳化硅，导致硅锆合金中杂质含量高。

进一步，还包括设置于推料升温还原之后的出炉、造渣、浇铸步骤，出炉步骤为在炉体10底部设置炉眼，将高温还原后的合金液沿着炉眼排出至铁水包内，造渣步骤为将造渣剂随流洒在沿着炉眼排出的合金液表面上，同时向合金液底部吹氧，从而在铁水包内形成漂浮于表面的上层渣层和沉降与铁水包底部的下层渣层，采用扒渣耙对上层渣层进行拔除，所述浇铸步骤为将拔除上层渣层的铁水包内的合金液向模具内浇铸，浇铸至铁水包底部的下层渣层露出时，停止浇铸，并将铁水包底部的下层渣层清除，避免渣层进入模具内。

造渣剂的成分包括白云石粉、石英砂、萤石粉，上层渣层为比重较轻的硅酸钙等，下层渣层为碳化硅半熔物等高熔点物质。

高温还原时，原材料内的氧化硅和氧化锆被还原生成硅单质和锆单质，还原后的氧元素与碳元素反应生成一氧化碳被排出，从而降低了碳与硅反应生成碳化硅的几率，也降低了合金液中杂质的含量，从而提高硅的含量。

本发明实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。