专利名称：一种用高磷锰矿冶炼锰基含钒的MnAlV合金及其方法
技术领域：
本发明涉及一种用高磷锰矿冶炼锰基含钒的MnAlV合金及其制备方法。该合金可用于低温用钢、耐磨钢、重轨钢、输油管、汽车用钢等钢液脱氧与合金化。
背景技术：
在2008年以来全球经济持续疲软和铁矿石价格不断上涨的背景下，我国钢铁行业面临着成本上升与需求减缓等多重压力，为保证我国钢铁行业持续快速发展，国家提出了调整产业结构，淘汰落后产能等措施，钢铁企业因此开始注重低碳、低能耗，高附加值生产，同时我国锰矿品位低，能耗高，在国际市场处处受制于人，急需进行产业革新。近年来我国化工、石油、轨道交通以及汽车制造业的快速发展，用于化工机械，石油管线，轨道钢、汽车锻造部件等领域的钢材需求逐年增加，为我国钢铁企业的发展提供了新的动力。钒可起到细化晶粒、沉淀强化的作用，能改善合金的结晶结构和碳化物形态，使钢材的屈服强度、抗拉强度、耐热性、冷加工性明显提高。为不断优化钒钢冶炼工艺，提高钒钢产能和品质，科技工作者发明了铝钒中间合金，用于钢液的脱氧、去夹杂与合金化。但铝钒中间合金制备过程中出现的铝元素收得率低，合金在储存中容易时效粉化等一系列问题严重制约此类合金的工业实用。近年来公开的发明专利大多只注重于在铝钒中间合金中添加多种合金化元素，如中国专利CN1^9332A与CN101195887公布的铝钒中间合金，都添加了除钒以外的其他合金化元素，钒含量高达40%以上，但这两个专利都是以单一铝作为脱氧元素，这样就大大降低了合金的脱氧效果，同时由于钒亦具有很好的脱氧能力，因此脱氧反应过程中，当铝含量较低时，钢液中未能与铝结合反应的氧原子会消耗钒等合金化元素， 必将造成钒等贵金属的浪费，不利于资源的有效利用。中国专利CN1548562A公布了一种稀土铝锰钒铁合金及其制备方法，其铝含量到达了 50% 60%，同时加入锰元素和稀土元素，锰与钒共同作用可提高钢材的强度，耐磨性，降低钢材低温临界温度，也可提高单一铝元素的脱氧能力，脱氧后的夹杂容易聚集长大，稀土元素的加入也使得合金化效果更加优良；但其主要合金化元素钒含量小于5%，锰含量也低于15%，而锰元素的加入容易导致合金时效粉化的问题也没有得到解决；铝含量高，大量铝锭的加入时未考虑铝锭的恰当尺寸以及入炉时间，将造成铝熔化时间过长，铝熔化后长时间处于高温环境下，造成铝的严重烧损，铝的收得率低。因此，目前急需一种铝含量高，钒含量高且不易粉化的，具有较强钢液脱氧能力、 良好合金化效果的锰基含钒的MnAlV合金。
发明内容
基于现有技术存在的上述不足，本发明目的是提供一种用于钢液脱氧能力强、合金化效果好，钒含量高且不易粉化的一种锰基含钒的MnAlV合金。本发明的另一目的是提供一种利用高磷锰矿冶炼锰基含钒的MnAlV合金的方法。为实现本发明的目的，采取以下技术方案
一种用高磷锰矿冶炼锰基含钒的MnAlV合金，其特征在于，所述合金中各化学成分的质量百分含量为Mn30% 50%，A120% 40%，SilO % 20%，Vl % 10%， P^o. 08%，余量为狗以及其它杂质元素。一种用高磷锰矿冶炼锰基含钒的MnAlV合金的方法，其特征在于，该合金熔炼采取“电炉+感应炉”双联法冶炼技术，具体包括如下步骤步骤(一)制备硅锰合金母液将制备硅锰合金母液的各原料放入电炉中，炉渣碱度0. 5 1. 0，冶炼温度 1550°C 1650°C，冶炼时间180 240分钟，制得硅锰合金母液；所述制备硅锰合金母液的各原料的质量百分配比为混合锰矿60% -75%，硅石10% 15%，石灰石5% 10%，白云石 5%，焦炭+兰炭7% 15%。所述混合锰矿为高磷锰矿50% 80%，富锰渣 20% 50% ；步骤(二)感应炉脱磷与合金化制备过程A 脱磷将步骤(一)得到的硅锰合金母液除渣后，在感应炉中加入脱磷剂中的废铝屑，待废铝屑完全熔化进入合金液后；加入脱磷剂中的其它组分，与合金母液反应5 10分钟；所述碳化钙、氧化钙和氟化钙的用量为各自量的10% 70% ；B 待步骤A完成后进行除渣，加入脱磷剂中剩余的氧化钙、氟化钙和碳化钙，充分反应5 10分钟后二次除渣；C 待步骤B完成后，依次加入造渣剂和钒铁，熔炼温度为1600°C 1750°C，熔炼时间为10 20分钟；D 待步骤C钒铁完全熔化后，加入纯铝块；E 待步骤D加入的纯铝块充分熔炼时间5 8分钟后，镇静3分钟，扒渣，浇注到铜模或砂模；步骤(二)的原料中，硅锰合金母液45 % 78 %，纯铝块20 % 40 %，钒铁2 % 15% ；脱磷剂为合金母液的3% 10%，所述脱磷剂包括废铝屑、碳化钙、氧化钙和氟化钙；造渣剂用量为原料总质量的3% 10%，所述造渣剂为氧化钙、氧化镁、氧化硅和氟化钙等中的两种或多种；步骤(三)冷却处理将经过步骤(二)制备的合金自然空冷到1300°C，喷水雾快速凝固到550°C 600°C左右，然后自然凝固，得到MnAlV合金。所述高磷锰矿化学成分 ；35%，Si0218% 22%，Ρ/Μη彡0. 007，余量为铁及其它杂质元素；所述富锰渣化学成分1^35 % 46 %，SiO2 20 % 23 %，Fel % 2 %， P0. 014% 0. 020%, SO. 1. 0%，余量为 Cao、MgO、Al2O3 及其他杂质元素；所述燃料焦炭+兰炭中兰炭占燃料中的30% -50% ；所述脱磷剂包括废铝屑，碳化钙，氧化钙，氟化钙，各成分的质量百分配比为废铝屑5% 12%、碳化钙50% 60%、氧化钙20% 25%、氟化钙5% 25% ；所述造渣剂为氧化钙、氧化镁、氧化硅和氟化钙等中的两种或多种，各成分的质量百分配比为氧化钙 40% 70%、氧化镁15% 20%、氧化硅15% 30%、氟化钙5% 30%。所述脱磷剂中的废铝屑需做清洁处理后200°C干燥2小时；所述脱磷剂、造渣剂中的碳化钙，氧化钙，氧化镁，氟化钙粒度< 3mm ；所述钒铁破碎处理至粒度< IOmm ；所述纯铝块根据感应炉容量切割成所需尺寸，不同坩埚容量所对应的铝块尺寸见表1。表1感应炉坩埚容量对应的铝块参考尺寸/mm
权利要求
1.一种用高磷锰矿冶炼的锰基含钒MnAlV合金，其特征在于，所述合金中各化学成分的质量百分含量为Mn30% 50%，A120% 40%，Sil0% 20%， 10%， P^o. 08%，余量为狗以及其它杂质元素。
2.一种用高磷锰矿冶炼权利要求1所述的锰基含钒MnAlV合金的方法，其特征在于，所述合金熔炼采取“电炉+感应炉”双联法冶炼技术，具体包括如下步骤步骤(一)制备硅锰合金母液；将制备硅锰合金母液的各原料放入电炉中，炉渣碱度0. 5 1. 0，冶炼温度1550°C 1650°C，冶炼时间180 240分钟，制得硅锰合金母液；所述制备硅锰合金母液的各原料的质量百分配比为混合锰矿6 0 % - 7 5 %，硅石 10% 15%，石灰石5% 10%，白云石 5%，焦炭+兰炭7% 15% ；所述混合锰矿为高磷锰矿50% 80%，富锰渣20% 50% ；步骤(二)感应炉脱磷与合金化；制备过程:A 脱磷将步骤(一)得到的硅锰合金母液除渣后，在感应炉中加入脱磷剂中的废铝屑，待废铝屑完全熔化进入合金液后，加入脱磷剂中的氧化钙、氟化钙和碳化钙，与合金母液反应5 10分钟；所述氧化钙、氟化钙和碳化钙的用量为各自量的10% 70% ；B 待步骤A完成后进行除渣，加入脱磷剂中剩余的氧化钙、氟化钙和碳化钙，充分反应 5-10分钟后二次除渣；C 待步骤B完成后，依次加入造渣剂和钒铁，熔炼温度为1600°C 1750°C，熔炼时间为 10 20分钟；D 待步骤C钒铁完全熔化后，加入纯铝块；E 待步骤D加入的纯铝块充分熔炼时间5 8分钟后，镇静3分钟，扒渣，浇注到铜模或砂模；步骤(二)的原料中，硅锰合金母液45 % 78 %，纯铝块20 % 40 %，钒铁2 % 15% ；脱磷剂为合金母液的3% 10%，所述脱磷剂包括废铝屑、氧化钙、氟化钙和碳化钙；造渣剂用量为原料总质量的3% 10%，所述造渣剂为氧化钙、氧化镁、氧化硅和氟化钙等中的两种或多种；步骤(三)冷却处理将经过步骤(二)制备的合金自然空冷到1300°C，喷水雾快速凝固到550°C 600°C， 然后自然凝固，得到MnAlV合金。
3.如权利要求2所述的冶炼锰基含钒MnAlV合金的方法，其特征在于，所述锰矿为高磷锰矿，其化学成分为Tfc16 % ；35 %，Si0218 % 22 %，Ρ/Μη彡0. 007，余量为铁及其它杂质元素；所述富锰渣化学成分 46%， 23%，Fel% 2%，P0. 014% 0. 020%, SO. 1.0%，余量为Cao、Mg0、A1203及其他杂质元素。
4.如权利要求2所述的冶炼锰基含钒MnAlV合金的方法，其特征在于，所述脱磷剂中各成分的质量配比为废铝屑5 % 12 %、碳化钙50 % 60 %、氧化钙20 % 25 %、氟化钙 5% 25%;所述造渣剂中各成分的质量配比为氧化钙40% 70%、氧化镁15% 20%、氧化硅15% 30%、氟化钙5% 30%。
全文摘要
本发明涉及一种用高磷锰矿冶炼锰基含钒的MnAlV合金及其方法。所述MnAlV合金中各化学成分的质量百分含量为Mn30％～50％，Al20％～40％，Si10％～20％，V1％～10％，P≤0.08％，余量为Fe以及其它杂质元素。所述合金冶炼所需的主要原料包括高磷锰矿、富锰渣、焦炭、兰炭、硅石、钒铁、纯铝，以及相应的脱磷剂和造渣剂；冶炼的过程为先根据设计的合金成分要求，按单位重量的合金所需原料称取各种原料量；再按照硅锰合金母液熔炼、脱磷与合金化、浇铸冷却的工艺顺序进行合金熔炼。本发明方法冶炼的合金铝含量高、钒含量高，磷含量低；可在各种气候条件下存储，结构稳定不粉化；能改善合金的结晶结构和碳化物形态，提高钢材的屈服强度、抗拉强度、耐热性、冷加工性的性能。
文档编号C22C30/00GK102230115SQ20111016785
公开日2011年11月2日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者朱子宗, 沈勇玲, 谢泽伟 申请人:重庆大学