专利名称：一种碱土稀土复合铁合金及制备方法
技术领域：
本发明属于冶金材料领域，是用于炼钢脱氧及铸造孕育剂。
背景技术：
目前炼钢脱氧剂广泛采用铝和铝基复合脱氧剂，由于铝价格高，烧损大，增加炼钢成本。有些钢种要求钢中酸溶低，铝和铝基复合脱氧剂就不能使用，它的脱氧只能使用硅铁等脱氧能力较差的的铁合金替代。由于它的脱氧能力差，炼钢脱氧时，只好加大投入量，这样不但增加炼钢成本，而且还给钢中代入杂质，影响钢的质量。随着工业技术不断发展，对钢的要求越来越高，研制新型低铝或无铝炼钢脱氧材料十分必要。另外铸造行业的孕育剂都采用镁处理或含镁的复合孕育剂，同样存在生产成本高等问题。
发明内容
本发明目的是针对炼钢用铝脱氧，增加炼钢成本和低酸溶钢脱氧的需要，研制铝小于3.0% (质量百分比以下同)的碱土稀土复合铁合金。它不但脱氧能力相当于铝和铝基复合脱氧剂，还能脱除钢中的硫和磷等杂质，改变钢中夹物形态等，提高钢的质量，降低炼钢成本。也可用于高強度球墨铸铁的孕育处理。减少了铝的使用量，铝是高耗能高污染产品，节招便是节能减排。钡是碱土金属，比合价低，原子量大，它的脱氧能力不及铝(7.7 1)但是钡与硅结合的硅钡铁合金，由于合金比重大，脱氧过程中无效烧损低于铝，有效提高了脱氧利用率。硅钡铁合金与铝脱氧能力比在1. 5 1之间。为提高硅钡铁合金的脱氧能力，研制了碱土稀土复合铁合金，用于炼钢脱氧，替代铝。在碱土稀土复合脱氧剂中主要成分有硅、钡、稀土(混合)，铁等组成的硅钡稀土铁合金。硅钡稀土铁合金中，还可以加入脱氧，脱硫，磷能力强，而又不能直接用于炼钢的钙、镁、锶等碱土元素，使它与硅钡稀土铁共同形成合金，提高碱土稀土复合铁合金的脱氧，脱硫和磷的能力，制成硅钡锶钙稀土铁合金、硅钡镁稀土铁合金、硅钡钙镁铁合金、硅钡锶稀土铁合金等系列复合合金。它们的脱氧能力強于铝和铝基复合合金，同时降低钢中夹杂的含量，脱氧产物排出快，在钢中不会形成因用铝脱氧所产生的高熔点的铝尖晶石，而形成了低熔点的钡硅酸盐。它不但能脱钢的脱氧，还能脱除钢中的硫、磷等，改善钢夹杂物的形态、数量和大小，提高钢的质量等优点。用于铸造孕育处理可提高铸铁強度和塑性及韧性。用于酸溶铝低钢种时，要求合金含铝< 3%，所以在生产碱土稀土系列铁合金的过程中由于原材料和夹杂泥土中含有三氧化二铝。对原材料不作处理，生产系列合金中含铝都大于3%，影响它们的使用效果和应用范围。为了降低合金中的铝含量，在制造这些合金时，所有原材料要精选含铝和三氧化二铝低的，同时对原材料进行水洗去除泥土，降低三氧化二铝含量，保证系列合金中含铝要小于3 %。要把铝降小于0. 5%的高纯系列合金，合金在液状时进行氧化或氯化处理。用于对酸溶铝高的钢种时，合金中可含有铝10%以上。本发明的碱土稀土复合铁合金中含Si20_60%，含Ba3_30%，Rel_30%，余量为铁和不可避免的杂质。用于炼钢脱氧和脱硫的典型成分；Si40-50%，Bal5-20%，Re5-10%余量为Fe。用于铸造球化孕育的典型成分；Si30-40%，Ba5-10%，Rel-5%余量为Fe。在城土稀土复合铁合金中，还可含Ca0-20%，MgO-IO %, SrO-IO %中的一种或两种或三种，根据钢种或铸造产品需要选择。上述碱土稀土复合铁合金均为硅基铁合金。本发明的制备方法有两种。一是重熔法。用硅钡铁合金、混合稀土或稀土硅，废钢作原料。在熔化炉中熔化制成硅钡稀土铁合金。合金中要含有钙制成硅钡钙稀土铁合金，在原料中加金属钙或硅钙合金。合金中含有镁，在原料中加金属镁，制成硅钡镁稀土铁合金。合金中要含钙和镁，在硅钡稀土铁合金中加钙和镁的原料，制成硅钡钙镁稀土铁合金。上述合金根据成分要求，配比各元素的原料。二、碳还原法。用矿热炉或电弧炉冶炼。用碳做还原剂。根据合金成分要求，配比所用的原料，有硅石、重晶石、稀土矿、钢屑等，冶炼成硅钡稀土铁合金。合金中要含有钙，再添加石灰石或电石或生石灰等。合金中要含镁，在原料中添白云石或凌镁石。合金中要有锶，原料中添加天青石等。四、具体实施方法下面通过具体实施例说明本发明。I、硅钡稀土铁合金原料配比硅钡铁(Si45、Ba25)95份，金属稀土5份。将上述原料投入中频电炉熔，45分钟炉温达1250度左右，原料全部合金化，清渣出炉铸型。合金成分Si40%、Ba23%,Re5%、Fe30%、杂质 C 0. 2%, S 0. 02%,P 0.02%。2、铝硅钡镁稀土铁合金。配料比硅钡铁合金40份，稀土硅铁(Re28% ) 10份，金属镁3份，废钢47份，在中频炉中熔化，45分钟后炉温1300度左右时，原料全部熔化，清渣出炉铸型。合金成分Si18%,BalO%,Re3%,Mg3%,Fe65%,C 0.5%,S 0.02%,P 0. 02%o3、铝硅钡钙稀土铁合金。配料比硅钡铁合金60份、稀土硅铁10份、硅钙(Si45%、Ca28% ) 10份、废钢20份、工艺设备同实施例I。合金成分Si36%、Bal5%、Re4，Ca2. 5%余量为铁和其他杂质。4、硅钡稀土钙镁铁合金配料比娃钡铁合金80份、稀土 5份,金属|丐10份、金属镁5份。合金成分Si35%、Ba20%、Re5%、Ca9%、Mg4%余量为Fe和其他杂质。以上列举几种碱土稀土复合铁合金重熔法制备实例。根据合金成分要求，调整配料比，即可生产出所需要的各种合格的碱土稀土复合铁合金。合金中含铝加金属鋁。碳还原法制硅钡稀土系列铁合金，用碳还原法在电弧炉或矿热炉中冶炼。5，矿热炉生产硅钡钙稀土铁合金实施例。批料配比稀土精矿(Re030 %、Si027 % 等)8Kg、硅石(Si0299 % ) 75Kg、重晶石(BaS480 % ) 30Kg,石灰石(CaC0350 % ) IOKg,钢屑5Kg，焦炭(固定碳82 %、粒度5-10mm)70Kg,将上述原料水洗无泥土后,烘干搅拌均勻投矿热炉中，生产工艺同娃铁。2. 5小时出炉一次，连续生产。吨耗电10000KW. h左右，合金成分Si42-45%、Ba20-23 %,Re5-7%, Ca5_7%余量为Fe和不可避免杂质。矿热炉生产的合金成分因偏析，在正负2%范围之间。合金中要含铝，原料中增加铝矾土(Ai2O3)156、硅钡稀土钙锶铁合金。
在实施例5的批料中增加天青石(SrS480 % ) IOKg,焦炭增加3Kg。合金成分Si40-45 %、Ba20-23 %、Re5_7 %、Ca2_3 %、Sr2_3 %余量为 Fe 和不可避免的杂质。某钢厂生产U-Cu重轨钢，原吨钢加入硅铁5Kg脱氧。而用本发明实施3硅钡钙稀土铁合金脱氧，吨钢加入3Kg，不但脱氧效果好，吨钢降生产成本近2元。某铸管厂生产球墨铸铁管，用实施例2的产品作球化孕育剂，吨铸铁加2公斤，不但产品合格而且降低了生产成本。总之，本发明的碱土稀土复合铁合金，用于炼钢脱氧，特别是用于酸溶铝低的钢脱 氧，不但脱氧效果好，而且还能降低生产成本。用于铸造的孕育处理也获得优良效果。
权利要求
1.一种碱土稀土复合铁合金及制备方法，其特征在于，它含有以下质量百分比组成元素，Si20-60%，Ba3-30%，Rel-30%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种碱土稀土复合铁合金及制备方法，如权利要求I中所述的碱土稀土复合铁合金，还含有以下质量百分比的Ca0-20%、MgO-IO%、SrO-IO%中的一种或两种或三种。
3.—种碱土稀土复合铁合金及制备方法，如权利要求I和2中所述的碱土稀土复合铁合金，其制备方法为重熔法或碳还原法。
全文摘要
本发明是一种碱土稀土复合铁合金及制备方法。其特征是，它含有Si20-60％，Ba3-30％，Re1-30％，Fe和不可避免的杂质。碱土稀土复合合金中还可含有Ca0-20％、Mg0-10％、Sr0-10％中的一种或两种或三种。它用于炼钢，不但脱氧能力强，还能脱硫和磷，提高钢的质量，降低炼钢成本。还可作为球墨铸铁的孕育剂。其制备方法可用金属重熔法或碳还原法。
文档编号C22C33/00GK102618775SQ20111003004
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者谢应旭 申请人:谢应旭