专利名称：一种铝镁钙合金及其在控制不锈钢夹杂物中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种合金，特别是涉及铝镁钙合金及其在控制不锈钢夹杂物中的应用。
背景技术：
430不锈钢是铁素体不锈钢的基本钢种，具有优良的深冲性能，有很强的耐腐蚀性和耐氧化性，产品外观光亮度好。其主要用途包括家电部件表面、餐具、建筑内装饰用、洗涤槽、洗衣机内桶等。在430不锈钢的炼钢过程中，一般采用硅脱氧工艺，也有采取硅和少量铝脱氧的工艺。430不锈钢铸坯中的夹杂物以钙铝硅酸盐复合夹杂物为主，还有少量的锰铝硅酸盐复合夹杂物。其中包括5102、六1203、〇&0、] 110、]\%0、0203、1102等。采用Si、Al脱氧的430不锈钢，钢中大部分为SiO2夹杂、粗大的以及簇状Al2O3夹杂等，尺寸在5-10 μ m左右，极少部分夹杂物尺寸甚至超过30 μ m。炼钢温度下，镁(Mg)、钙(Ca)不仅与氧、硫具有极好的亲和力，而且还具有极强的对夹杂物形态、组成、尺寸的控制能力。对于铝脱氧钢，镁处理在进一步降低钢中溶解氧以及硫含量的同时，可以将钢中的Al2O3夹杂变为高熔点的MgO · Al2O3,由于其在钢水中以固态存在，没有聚合长大的过程，因此，其氧化物夹杂的尺寸非常细小，弥散分布于钢水中。钢中存在的MgO ·Α1203夹杂尺寸可以控制在5 μ m以内，对钢的力学性能影响不大。而钙也可以达到降低钢中溶解氧以及硫含量、使钢中夹杂物变性成为复合夹杂物的目的，同样对不锈钢中夹杂物的控制和钢性能改善有利。通过铝镁钙合金对430不锈钢进行脱氧和夹杂物变性处理，使得钢中夹杂物达到无害化的目的，是提高不锈钢质量、改善不锈钢的耐点腐蚀性能和机械性能等的有效途径。
发明内容
本发明针对430不锈钢脱氧工艺，开发了一种铝镁钙合金，对430不锈钢进行脱氧、脱硫和夹杂物变性处理，降低不锈钢中自由氧、硫含量，使得不锈钢中夹杂物尺寸明显降低，达到夹杂物无害化的目的，能有效提高不锈钢质量、改善不锈钢的性能。在不锈钢的冶炼过程中，主要采用Si作为脱氧剂对钢水进行脱氧处理，有些不锈钢也采用Al作为脱氧剂，其主要反应为[Si]+2 [O] = (SiO2)(I)2 [Al]+3 [O] = (Al2O3)(2)6 [Al]+2 [Si]+13 [O] = (3A1203 · 2Si02) (3)由于不锈钢冶炼过程中耐火材料以及辅助材料含有部分MgO，MgO被脱氧剂Al还原生成溶解于钢液中的[Mg]，也会发生如下反应[Mg] +[O] = (MgO)(4)[Mg]+2 [Al]+4 [O] = (MgO · Al2O3)(5)
2 [Mg]+ [Si]+4 [O] = (2Mg0 · SiO2)(6)2 [Mg] +4 [Al]+5 [Si]+18 [O] = (2Mg0 · 2A1203 · 5Si02) (7)钢水脱氧后形成SiO2, Al2O3' MgO、MgO · Al203、2Mg0 · SiO2^Al2O3 · 2Si02 等产物， 是钢中夹杂物的主要来源。其形貌、尺寸、组成等对钢的质量和性能会产生影响。特别是尺寸较大的夹杂物对钢质量的影响更为显著。炼钢温度下，镁(Mg)、钙(Ca)不仅与氧、硫具有极好的亲和力，而且还具有很强的对夹杂物形态与尺寸的控制能力。对于硅、铝脱氧的不锈钢，采用镁、钙处理在进一步降低钢中溶解氧、硫含量的同时，可以将钢中的Al2O3夹杂变为高熔点的MgO · Al2O3夹杂物以及 mCaO · nSi02、mCa0 · ηΑ1203复合夹杂物等，减少固态夹杂物的聚合长大，使得低熔点的液态夹杂物易于上浮去除。钙、铝、硅与钢中自由氧的反应如反应(6)、(7)所示，而钙和铝、硅与钢中自由氧的反应如下m[Ca] +η [Si] + (m+2n) [O] = (mCaO · nSi02)(8)m[Ca] +2n [Al] + (m+3n)
= (mCaO · nAl203) (9)钢中镁、钙与硫的反应如下[Mg] + [S] = (MgS)(10)[Ca] + [S] = (CaS)(11)因此，通过铝镁钙合金对430类不锈钢进行脱氧、脱硫和夹杂物变性处理，可以使钢中形成的氧化物夹杂的总量降低、钢中的硫含量降低，钢中夹杂物形成复合夹杂物，且尺寸细小并弥散分布于钢水中，达到提高钢质量和改善钢性能的目的。为了实现上述目的，本发明的铝镁钙合金的重量百分比化学组成为Al 60. 0-80. 0%, Mg :8. 0-18. 0%, Ca 10. 0-20. 0%，其余为任选的Fe和制备过程中不可避免带入的少量杂质如Si、C等元素。优选地，本发明的铝镁钙合金的粒度为5_30mm。优选地，上述铝镁钙合金中不含铁。本发明的铝镁钙合金中可以含有铁，但铁含量越低越好。有利地，控制铁含量在 25%以下，更优选在20%以下。在用硅、铝等对430类不锈钢脱氧后，加入铝镁钙合金对钢水进行深脱氧、脱硫和夹杂物变性处理。加入量为O. 5-1. 2kg/t，可以达到很好的效果。该铝镁钙合金的粒度范围为5-30_，对其形状没有特别限制，可以是球状、圆柱状或者颗粒状均可满足要求。本发明的铝镁钙合金中的铝主要起对430类不锈钢钢水深脱氧的目的，进一步降低钢水中的自由氧，其含量控制在60-80 %。过高的铝含量则形成过多的Al2O3夹杂物，对钢的性能不利；过低的铝含量则达不到对钢水深脱氧的目的。铝镁钙合金中的镁主要起对钢水进一步深脱氧、脱硫，因为Mg与钢中硫的结合力更强，容易对钢水进一步脱硫。Mg对钢水脱氧会形成细小的MgO · Al2O3夹杂物，该夹杂物难以聚集长大，适当尺寸的MgO · Al2O3尖晶石为基的复合夹杂物对提高钢质量、改善钢的性能有利。铝镁钙合金中的镁含量控制在 8-18%。过高的镁含量则形成过多的MgO -Al2O3夹杂物，致使该夹杂物部分聚集，危害钢的性能；过低的镁含量则达不到对钢水脱硫和钢中夹杂物变性的目的，使得钢中的硫含量偏高、钢中Al2O3夹杂物偏多。铝镁钙合金中的钙主要起对钢水进一步深脱氧、脱硫并形成低熔点的mCaO · nSi02、mCaO · ηΑ1203等复合夹杂物，该类夹杂物在液态下易于聚集上浮而去除。铝镁钙合金中的钙含量控制在10-20%。过高的钙含量会使钙的作用效率降低，在高温下由于钙具有高的蒸汽压使得钙容易挥发掉，达不到对钢中夹杂物变性的效果，且易于形成铝酸钙点状夹杂物，危害钢的性能；过低的钙含量会影响钢水的脱硫效果，也难以达到对钢中夹杂物变性的目的。合金的制备主要通过铝热法在真空下还原Ca0、Mg0形成合金中的Ca、Mg组成，再在制备的钙镁合金中通过金属铝或铝铁(含Al 50%以上，其余为Fe和少量Si、C等杂质) 配入本发明要求的Al含量，熔化后形成本发明所需要的铝钙镁合金。由于Al、Ca、Mg三种合金能够完全互熔，形成的铝钙镁合金成分均匀，能满足本发明对不锈钢夹杂物控制的要求。铝热法还原CaO、MgO形成Ca、Mg的反应如下Al+CaO = [Ca]+Al2O3(12)Al+MgO = [Mg]+Al2O3(13)根据本发明的优选方式，采用粒度彡O. 25mm的CaCO3和MgCO3粉剂，其中CaCO3和 MgCO3在高温下分解产生CaO和MgO，其反应分别为CaCO3 = Ca0+C02, MgCO3 = Mg0+C02。根据需要选择两者的比例，混合均匀后再向混合物中加入CaCO3和MgCO3粉剂总重量一半左右的粒度< O. 25mm的金属Al粉,混合均勻后加入石墨i甘祸中，放入能达到500Pa下真空度的真空感应炉中，升温至1000°C左右，可以制造Ca和Mg含量满足本发明要求的钙镁合金，然后用制备好的钙镁合金和金属Al以一定比例混合，真空下熔化后冷却即可成为所需要的铝镁钙合金，接着破碎成5-30mm的粒度尺寸。根据本发明的更优选方式，采用O. 1-0. 25mm的CaCO3和MgCO3粉剂。不同Al、Mg、Ca含量的铝镁钙合金可以通过此方法获得，只需要调整其中的CaCO3 和MgCO3的比例以及钙镁合金和金属Al混合的比例，就可以得到不同组成的铝镁钙合金。采用本发明的铝镁钙合金对不锈钢，特别是430类不锈钢进行脱氧、脱硫和夹杂物变性处理，可以对钢水进行深脱氧、深脱硫，使钢中的硫含量降低，使钢中形成的氧化物夹杂的总量降低，且形成复合夹杂，其尺寸细小并弥散分布于钢水中，提高钢的洁净度，达到提高钢质量和改善钢性能的目的。该技术对环境无不良影响。
具体实施例方式以下通过实施例对本发明的铝镁钙合金进行较为详细的说明。制备例I :合金的制备采用粒度O. 1-0. 25mm的CaCO3和MgCO3粉剂，其中CaCO3和MgCO3 (高温下分解产生CaO和MgO,其反应分别为CaCO3 = Ca0+C02, MgCO3 = Mg(HCO2)的比例为I 1，混合均匀后再向混合物中加入CaCO3和MgCO3粉剂总重量一半O. 1-0. 25mm的金属Al粉，混合均匀后加入石墨坩埚中，放入能达到500Pa以下真空度的真空感应炉中，升温至1000°C左右，可以制造Ca和Mg含量各占50%的钙镁合金，然后用制备好的钙镁合金和金属Al混合，比例为I : 4，真空下熔化后冷却即可成为所需要的铝镁钙合金，其Al、Mg、Ca含量分别为80%、 10%、10%，破碎成需要的粒度尺寸，能够满足本发明对不锈钢夹杂物控制的需要。不同Al、Mg、Ca含量的铝镁钙合金可以通过此方法获得，只需要调整其中的CaCO3 和MgCO3的比例以及钙镁合金和金属Al混合的比例，就可以得到不同组成的铝镁钙合金。实施例1-4
分别采用四种组成的铝镁钙合金对430类不锈钢进行脱氧、脱硫和夹杂物变性处理，其组成及使用效果如表I所示。表I本发明实施例的组成及控制夹杂效果
权利要求
1.一种用于控制不锈钢中夹杂物的铝镁钙合金，其按重量百分比计的含量为A1 60. 0-80. 0%,Mg 8. 0-18. 0%, Ca 10. 0-20. 0%，其余为任选的铁及不可避免的杂质。
2.一种用于控制不锈钢中夹杂物的铝镁钙合金，其按重量百分比计的含量为A1 60. 0-80. 0%,Mg 8. 0-18. 0%, Ca :10. 0-20. 0%，其余为不可避免的杂质。
3.如权利要求I或2所述的用于控制不锈钢中夹杂物的铝镁钙合金，其特征在于，所述的铝镁钙合金的粒度为5-30mm。
4.如权利要求1-3任一所述的用于控制不锈钢中夹杂物的铝镁钙合金，其特征在于， 所述的铝镁钙合金为球状、圆柱状或者颗粒状。
5.如权利要求1-4任一所述的用于控制不锈钢中夹杂物的铝镁钙合金，其特征在于， 所述铝镁钙合金含铁时，铁含量为25%以下。
6.如权利要求5所述的用于控制不锈钢中夹杂物的铝镁钙合金，其特征在于，铁含量为20%以下。
7.如权利要求1-6任一所述的铝镁钙合金在控制不锈钢夹杂物中的应用。
8.如权利要求7所述的铝镁钙合金在控制不锈钢夹杂物中的应用，其特征在于，所述铝镁钙合金在钢中的加入量为O. 5-1. 2kg/t。
9.如权利要求7或8所述的铝镁钙合金在控制不锈钢夹杂物中的应用，其特征在于，所述不锈钢是430不锈钢。
10.如权利要求7-9任一所述的铝镁钙合金在控制不锈钢夹杂物中的应用，其特征在于，在用硅和/或铝对不锈钢脱氧后，加入所述铝镁钙合金对钢水进行深脱氧、脱硫和夹杂物变性处理。
全文摘要
一种铝镁钙合金及其在控制不锈钢夹杂物中的应用。本发明涉及一种用于控制不锈钢中夹杂物的铝镁钙合金，其按重量百分比计的含量为Al60.0-80.0％，Mg8.0-18.0％，Ca10.0-20.0％，其余为任选的铁及不可避免的杂质。在用硅、铝对不锈钢脱氧后，加入所述铝镁钙合金对钢水进行深脱氧、脱硫和夹杂物变性处理。采用本发明的铝镁钙合金对不锈钢，特别是430类不锈钢进行脱氧、脱硫和夹杂物变性处理，可以对钢水进行深脱氧、深脱硫，使钢中的硫含量降低，使钢中形成的氧化物夹杂的总量降低，且形成复合夹杂，其尺寸细小并弥散分布于钢水中，提高钢的洁净度，达到提高钢质量和改善钢性能的目的。该技术对环境无不良影响。
文档编号C21C7/06GK102605143SQ20111002725
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月25日 优先权日2011年1月25日
发明者池和冰, 胡汉涛, 陈兆平, 黄宗泽 申请人:宝山钢铁股份有限公司