一种低碳低熔点硅氮合金生产方法

文档序号:9703262
一种低碳低熔点硅氮合金生产方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及到一种硅氮合金的生产方法,属于铁合金生产领域。
技术背景
[0002]冶金技术的发展,不少钢需要加氮以提高钢的性能,如钢筋、非调质钢等,氮在钢中因固溶和以碳氮化物析出,可以细化晶粒、提高强度,降低成本,当前钢筋最流行的工艺就是向钢中加入氮化物,通常加入的是钒氮合金,但钒氮合金氮含量较低,钒的沉淀析出有限。取向硅钢中,加入氮化硅铁、氮化硅锰等以增氮,目的是增加抑制剂A1N的弥散析出,提尚晶粒生长取向,提尚磁性。
[0003]通常氮化物都是高熔点物质,加入到钢包后难以熔化和吸收,操作不当还会适得其反,造成夹杂,另外对于低碳钢种,加入的合金不能对钢液增碳,所以氮化合金的中碳含量必须低,但低碳合金原料成本较高,如何用高碳合金低成本生产低碳氮化物,是亟待解决的难题。
[0004]氮化合金中,不能存在可能污染钢水的夹杂成分,加入相对廉价的融体组元,必须考虑组分及氮化后遗留,氮化工艺中如何消除有害元素,保留有益元素至关重要。

【发明内容】

[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种以相对廉价的合金或添加剂,生产低碳低熔点的硅氮合金,用于炼钢生产稳定的钢液增氮。一种低碳低熔点硅氮合金生产方法,其特征在于硅氮合金成分含量为,Si35?50%,N20?30%,FelO?20%,Mn2?10%,Ca3?8%,制备时将高碳硅铁配加少量氧化剂以脱碳,加入适量融合剂以降低熔点,并置于氮气气氛下加热氮化,获得碳含量小于0.5%,熔点低于1500°C的硅氮合金。
[0006]合金基体可以是各类成分的硅铁,也可以是硅铁与硅锰合金、硅钙合金、硅铝钡钙的混合合金,或者配入其他可氮化元素的合金,如钒铁、钛铁,铬铁以及金属铝粉、稀土合金。
[0007]氧化剂为铁皮、铁矿石、锰矿石,融合剂为萤石、石灰、膨润土。
[0008]硅铁粉与其余各原料总和的配比范围是:5:1?10:1,实际比例依据原料种类和产品需求确定。氮化后成分与配比有关,其中氧化剂的配比依据硅铁含碳量计算确定,以化学当量的95?120%配入,混料中氧化硅铁粉比例减少,产品中氮和硅的含量会相应减少,合金的熔点也会相应的变化。
[0009]本发明的生产方法,其工业生产炉为间歇式梭式窑,也可以是其他密闭或完全氮气氛窑炉、自蔓延式反应釜。
[0010]间歇式梭式窑生产步骤是:
[0011]①将普通的75硅铁(如含碳2.0%)、铁皮、萤石分别破碎成粉末,50?200目(350?70微米),
[0012]②配比混料,根据硅铁中碳含量配加铁皮粉末,以C+Fe0= Fe+C0反应为基准,按FeO过量10%计算,C:FeO = 1:7;加入脱水干燥的萤石或石灰粉末5?10%。
[0013]③将充分混合的原料放入密闭的氮化炉内,炉内先预抽真空,充氮置换气氛为完全氮气氛,
[0014]④逐步加热,分别在700?1300°C每200°C不同温度保持一段时间,在1200?1300°C氮化5?20小时,最高温度控制不要超过1400°C,
[0015]⑤气氛压力保持在0.01?0.04Mpa,氮化结束后,氮气保护至600°C以下出炉。
[0016]有别于氮化硅铁的是,氮化硅铁只是纯硅铁氮化,本发明在氮化硅铁的同时,还降低了合金中原有的碳含量以及氮化后的合金熔点,因此用于炼钢增氮时,不会造成钢液增碳,并因为熔点低,有利于提高增氮效果。
【具体实施方式】
[0017]实例1:将含C2.05%,Si75.2%的硅铁粉与铁皮、萤石、石灰充分混合,混合比例:7:1:1: 1,置于管式炉内充氮加热至800°C保温2小时,1000°C保温4小时,最后加热至1300°C氮化6小时得到灰白低碳低熔点硅氮合金,结构致密,成分均匀,测得合金软化点为1375°C。成分为S1:45% ,N:25.4% ,C:0.53% ,Ca:4.3%0
[0018]实例2:将Cl.56%,Si74.86%的硅铁粉与矿石、萤石、石灰成分混合,混合比例:7:1:1:1,置于8M3氮化炉中,先预抽真空至-0.03Mpa,充氮后再抽真空,如此循环4次,以氮置换空气,后充氮0.04Mpa下加热至800°C保温1小时,后继续缓慢升温,因高温下大批量的硅粉氮化是放热反应,减压或充氩控制反应速度和炉膛温度,温度自升温到1300°C后保持18小时,得到的低碳低熔点硅氮合金成分为Si48.2%,C0.45%,N26.3%,Ca3.6%o测得硅氮合金软化温度为:1390°C。
[0019]实例3:将Cl.56 %,Si 74.86 % 的硅铁粉与硅钙合金粉(Ca28.67%,Si58.75%)、矿石、萤石混合,混合比例:6.5:1.5:1:1,置于8M3氮化炉中,先预抽真空至-0.03Mpa,充氮后再抽真空,如此循环5次,以氮置换空气,后充氮0.04Mpa下加热至800°C保温2小时,后继续缓慢升温,当反应放热剧烈时,减压或充氩控制反应速度和炉膛温度,温度自升温到1300°C后保持18小时,得到的低碳低熔点硅氮合金成分为Si46.35%,C0.37%,N25.85%,Ca5.8%0测得硅氮合金软化温度为:1412°C。
【主权项】
1.一种低碳低熔点硅氮合金生产方法,其特征在于硅氮合金成分含量为0.5%,Si35?50%,N20?30%,FelO?20%,Mn2?10%,Ca3?8%,制备时将高碳硅铁配加少量氧化剂以脱碳,加入适量融合剂以降低熔点,并置于氮气气氛下加热氮化,获得碳含量小于0.5%,熔点低于1500°C的硅氮合金。2.根据权利要求1所述一种低碳低熔点硅氮合金生产方法,其特征在于,合金基体为各类成分的硅铁,或者是硅铁与硅锰合金、硅钙合金、硅铝钡钙的混合合金,或者配入其他可氮化元素的合金,包括钒铁、钛铁,铬铁以及金属铝粉、稀土合金。3.根据权利要求1所述一种低碳低熔点硅氮合金生产方法,其特征在于,氧化剂为铁皮、铁矿石、锰矿石,融合剂为萤石、石灰、膨润土。4.根据权利要求1所述一种低碳低熔点硅氮合金生产方法,其特征在于,硅铁粉与其余各原料总和的配比范围是:5:1?10:1,实际比例依据原料种类和产品需求确定;氮化后成分与配比有关,其中氧化剂的配比依据硅铁含碳量计算确定,以化学当量的95?120%配入,混料中氧化娃铁粉比例减少,产品中氮和娃的含量会相应减少,合金的恪点也会相应的变化。5.根据权利要求1所述一种低碳低熔点硅氮合金生产方法,其特征在于,其工业生产炉为间歇式梭式窑、真空炉或其他完全氮气氛炉,自蔓延反应釜;对于间歇式梭式窑,必须先抽真空,再充氮换气,氮气氛下加热。6.根据权利要求1-5之一所述一种低碳低熔点硅氮合金生产方法,其特征在于,采用间歇式梭式窑具体生产步骤如下: ①将普通的75硅铁、铁皮、萤石分别破碎成350?70微米的粉末, ②配比混料,根据硅铁中碳含量配加铁皮粉末,以C+FeO= Fe+CO反应为基准,按FeO过量10%计算,C:FeO = 1:7;加入脱水干燥的萤石或石灰粉末5?10% ; ③将充分混合的原料放入密闭的氮化炉内,炉内先预抽真空,充氮置换气氛为完全氮气氛, ④逐步加热,分别在700?1300°C每200°C不同温度保持一段时间,在1200?1300°C氮化5?20小时,最高温度控制不要超过1400°C, ⑤气氛压力保持在0.01?0.04Mpa,氮化结束后,氮气保护至600°C以下出炉。
【专利摘要】一种硅氮合金的生产方法,属于铁合金生产领域。其特征在于硅氮合金成分含量为C≤0.5%,Si35~50%,N20~30%,Fe10~20%,Mn2~10%,Ca3~8%,制备时将高碳硅铁配加少量氧化剂以脱碳,加入适量融合剂以降低熔点,并置于氮气气氛下加热氮化,获得碳含量小于0.5%,熔点低于1500℃的硅氮合金。本发明在氮化硅铁的同时,还降低了合金中原有的碳含量以及氮化后的合金熔点,因此用于炼钢增氮时,不会造成钢液增碳,且有利于提高增氮效果。
【IPC分类】C22C1/10, C22C28/00, C21C7/00
【公开号】CN105463230
【申请号】CN201510845421
【发明人】王安仁, 郑志方, 杨树峰
【申请人】北京科技大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月26日
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