专利名称：用于铝硅镇静钢脱氧的超低钛超低碳高硅铝铁合金及其制备方法
技术领域：
本发明属于冶炼技术领域，具体涉及一种适用于铝硅镇静钢脱氧的超低钛超低碳高硅铝铁合金及其制备方法。
背景技术：
近年来，纯净度已成为提高钢铁产品质量的一个重要方向，尤其是电工钢、轴承钢、弹簧钢等铝硅镇静钢。众所周知，钢液中非金属夹杂物会对钢材的各种性能、使用寿命和表面质量产生不利影响，因而控制钢液中非金属夹杂物的含量已经成为一个重要的研究方向。而钢液中非金属夹杂物的产生与脱氧剂有着密切的关系。脱氧剂的脱氧产物和所含杂质是钢液中非金属夹杂物的主要来源。 由于Ti与O、N元素具有较强的亲和力，炼钢中三者很容易形成化合物，生成微细夹杂物TiO5^P TiN等。这些微细夹杂物会导致连铸水口结瘤或结晶器结鱼，进而影响钢的各类性能。因此，对夹杂物含量有特殊要求的铝硅镇静钢对脱氧剂的含Ti量提出了严格的要求，希望小于或等于IOOppm,甚至50ppm。实际冶炼铝硅镇静钢时，炉前钢的成份已经合格，但是加入脱氧剂后，碳含量和杂质就上升了，特别是碳含量。主要原因就是一般铝硅镇静钢在终脱氧前已经过RH炉脱碳处理，碳含量在IOOppm以下，终脱氧剂如果含碳量超过O. 01%，就会对钢水增碳。所以对终脱氧剂的碳含量也提出了越来越高的要求。同理随着炉前钢水质量的提升，其它硫、磷、铜等杂质含量的限定也越来越严格。现阶段钢厂对铝硅镇静钢脱氧大都采用单质铝和铝铁合金。铝是一种强脱氧剂，但在熔炼脱氧过程中由于铝密度较小，在钢水中的浮力较大，不易进入钢水内部，大部分在钢液表面氧化烧损，严重影响了它的利用率、增加了铝的消耗，提高了生产成本，浪费了铝资源，不利于提高钢厂的经济效益。而铝铁的密度大，易于深入钢水内部，提高铝的收得率。因此，铝铁是替代纯铝进行脱氧的最佳选择。由于铝硅镇静钢液经过RH炉脱氧后，通过加入铝铁脱氧剂进行深脱氧(终脱氧)的量已经非常少了，所以脱氧剂的用量也少。而铝铁合金中铝的浓度高，那么加入的铝铁量就少，也就不容易在大量钢水中均布，导致脱氧效果差，铝利用率低，夹杂物多。所以对铝铁中铝的含量不用很高，而希望铁的含量尽量提高，来获得较大的合金密度和较多的合金加入量，使得合金能够更深入更均匀的被钢水熔化吸收。铝的含量也不是越低越好，否则铝铁合金加入量剧增，成本增加。根据钢厂的生产实践，20%左右的铝铁合金无论是密度还是投入量都非常适合铝硅镇静钢的脱氧需求。由于铝铁合金中的铝的含量在30%以下时，致密度显著提高，破碎异常困难，而不进行破碎又无法满足钢厂的粒级要求。所以市售铁合金一般铝含量都大于40%。实验发现，铝铁合金中引入含量4-7%的硅可以显著提高合金的脆性，使破碎易于进行。而硅作为铝硅镇静钢的必然存在的元素，并不会污染钢液，显然铝硅铁合金更适合于铝硅镇静钢的终脱氧。目前，市售的铝铁合金的生产方法主要为重熔法。此类重熔法一般采用中频或工频炉熔化钢水，然后逐步把冷铝锭投入炉内，熔尽后造渣搅拌除渣出炉。这种方法的缺点是1、铝烧损率高，一般在2. 5%以上；2、冶炼时间长，炉衬结垢严重，合金夹杂物含量高；3、能耗高。钢水温度在1500-1600°C之间，铝的熔点在660°C左右，冷铝锭进入铁水只能漂浮在液面熔化，导致铝的烧损增加。而逐步添加的铝锭的方式耗时，导致冶炼时间长，铝铁氧化严重导致炉渣在炉衬上结垢，同时显著增加合金中的夹杂物。铝铁反应生成的热量不能充分利用，冶炼时间长，能耗明显偏高，成本上升。专利94111237. 3《用于铝镇静钢脱氧的铝铁合金及其制备方法》采用中频无铁芯感应炉进行废钢与铝锭重熔合成，成份A140-50%，C<0. 05% ,Cu < O. 04%, Si ^2. 0% ,Fe48-58% ;专利03118606. 8《用于炼钢钢水终脱氧的铝铁合金及制备方法》中采用中频无铁芯感应炉进行废钢与铝锭重熔合成，同时进行杂质处理，成份为A140-44%，C < 0.05% ,P< O. 08% , S^O. 05% , Si ^ I. 0% ,Fe 54-59%。专利 200510046795. O《用于炼钢终脱氧剂的微低碳、低磷、低硫的铝铁合金》中也同样采用电炉进行重熔生产，成份为A160 64%，Si ( I. 5%, P 彡 O. 025%, S 彡 O. 025%, C 彡 O. 03%,铁余量。专利 200510017089. 3《铝硅铁合金制造新工艺》及专利200610051148. 3《一种矿热炉直接熔炼铝、硅、铁合金的生产方法》都采用矿原料生产，均没有提到产品的成份及杂质。以上专利所述铝铁合金或铝硅铁合金及其制备方法均无法满足铝硅镇静钢对脱氧剂的成分、钛含量、碳含量及杂质含量的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种脱氧效果好，超低钛、超低碳、低杂质含量的高硅铝铁合金以及制造上述合金的新方法，以解决现有的技术不足。本发明中铝含量在20-30%、硅含量在45-55%，且杂质低，特别适用于电工钢、轴承钢、弹簧钢等铝硅镇静钢。为了达到上述目的，本发明的技术方案为
用于铝硅镇静钢脱氧的超低钛超低碳高硅铝铁合金，它含有铝、铁、硅和杂质，其特征在于按重量百分组成(％):铝20-30 ;硅45-55 ;铁22-28，杂质为余量。作为本发明的进一步改进所述杂质中包括铜、磷、硫、碳、钛、锰和氮，按重量百分组成(％):碳〈O. 008 ;磷〈O. 02 ;硫〈O. 02 ;铜〈O. 05 ;钛〈O. 005 ;锰〈I. O ;氮〈O. 05。制造上述超低钛超低碳高硅铝铁合金的方法，其依次包括
(1)、配料选用铁、高纯度铝和金属硅为原料； (2)、熔炼(a)纯铁熔化将高纯度铁熔化，在纯铁液中投入金属硅脱氧并作为合金添加剂调节含量；
(b)将纯铝放入钢包炉内进行预热，控制铝锭温度在100-300°C；
(c)将步骤a中处理后的铁液倒入步骤b中所述钢包内，并进行搅拌混合熔化；
(d)造渣除渣；
(3)、浇铸。为了保证产品达到超低钛、超低碳、低杂质含量的目的，在成本可控的范围内，严格控制原料引入的钛、碳源及其它杂质含量，在步骤(I)的选料中所述高纯度铝的牌号为A199. 50以上;所说铁中按重量百分比(％)计算 碳〈O. 2，磷〈O. 04，硫〈O. 04，铜〈O. 04，钛〈O. 005，锰〈I. 0，氮〈O. 05，余量为铁；所说金属硅的牌号为Si-I以上。作为本发明的进一步改进，提高冶炼的效率，步骤(a)中铁的熔化采用中频或工频炉进行。为了进一步降低产品中杂质含量，步骤(a)中所说的造渣除渣是指采用由萤石粉20%与冰晶石30%和工业盐(NaCl) 50%重量百分比的造渣剂进行造渣，然后将渣捞尽，所述造渣剂具有易形成初渣，溶渣快等特点，降低能耗和生产成本，在提高效益的同时提升了合金品质。本发明的创新之处在于
I、为铝硅镇静钢的深度终脱氧提供了一种密度适中、铝含量低的高硅铁合金脱氧剂。在低铝铁合金中引入硅，解决了低铝铁合金破碎难题。本发明的铝铁硅合金突破了传统铝`铁合金中铝含量40%的下限，达到2(Γ30%的范围，提高了脱氧剂的密度，降低了铝的含量。密度大使脱氧剂能够深入钢水，彻底吸收，提高铝的利用率。铝含量低减少了铝的上浮，力口快了铝的吸收，提高了脱氧速度，避免高浓度铝脱氧剂加入量少，分布不均的缺点。2、本发明中采用了全新的熔炼方法将铁液浇入预烘铝锭的钢包内混合熔化。一方面大量纯铁水短时间内冲刷固态铝锭，迅速混合熔化，避免了高温铝锭或者铝液长时间暴露在空气中的氧化烧损，大大降低了铝的烧损少，铝的收得率可达99. 5%以上，另一方面由于在熔炼过程中，铁水切断了铝锭与空气的接触，而且起初铝锭温度控制在100-300°C，预烘不会产生氧化，大大降低了铝锭表面的氧化程度，明显减少了氧化杂物的含量，且整个过程铝铁熔解放出的热量刚好平衡铝锭熔化吸收的热量，充分利用了铁铝的反应热，能耗明显下降。本发明炉外混合的工艺简化了生产过程，避免了炉内高温铝铁合金氧化烧损导致炉衬结渣严重的现象。炉外混合生产铝铁硅合金的方法，提高了熔铁用中频炉或者工频炉的利用率和使用寿命，同时稳定了合金的铝含量。3、本发明特别针对铝硅镇静钢的终脱氧，提出高硅铝铁合金杂质成分符合超低钛超低碳的要求。用来生产电工钢、轴承钢、弹簧钢等高等级钢种的铝硅镇静钢对钛的含量、碳的含量、杂质和非金属夹杂物水平提出了较高的要求。此类钢经过RH炉工艺后，钢水的含碳、含钛、杂质和非金属夹杂物水品都达到了相当纯净的程度，而终脱氧剂的纯净度也必须与之相适应，否则钢水就会被污染。本发明通过严格优选铝硅铁合金的生产原料，从而保证获得超低钛、超低碳、低杂质、低夹杂的纯净脱氧剂。说明书附图
图I为本发明的生产流程图。
具体实施例方式实施例1，如图所示
工艺条件采用2t中频无芯感应加热炉，功率500kw，标准容量1500kg ；50kw的天然气加热罩一个；1. 5t的预烘钢包一只。(I)配料
259kg 废钢(C:0. 15%, P:0. 035%, S:0. 022%, Cu:0. 031%，Ti :O. 0050%，锰0. 4%，氮
O.03%)
524 kg金属硅(Si:99. 3%, C:0. 01%, Ρ:0· 010%, S:0. 010%, Ti:0. 0015%)259kg 铝锭(Al 99. 7%)
(2)熔炼
1)259 kg铝锭加入天然气加热钢包内，升温至150°C。2)废钢加入底部装有透气砖的中频炉熔化，熔尽后上部覆盖渣CaO :16kg，A1203 3. 6kg，Si02:1. 5kg，CaF2 :8. 4kg，打开底部的氩气阀，向炉内吹氩气，同时从上部向炉内吹氧气，氩气通入使铁液充分搅拌，随炉温的升高，铁液内的钛、碳充分氧化，捞尽铁液表面的渣，得到碳0. 008%，钛:0. 001%纯净的铁液。
3)把524kg金属硅加入钢液中进行脱氧，还原氧化铁，同时合金化。4)把铁硅合金液浇入盛有加热好的铝锭钢包内，充分搅拌。5)加渣料。把O. 5kg萤石粉与O. 75 kg冰晶和I. 25kg工业食盐(NaCl)的混合造渣剂，进行造渣。捞尽处理后的炉渣。(3)浇铸。其工艺条件为采用合金铸铁模，铝硅铁合金液注入模具内自然冷却后精整破碎。按照本实施例的配料及其熔炼方法所得的铝铁合金，其重量百分含量为铝25. 01%,硅50. 11%,铁24. 8%,铜0. 003%,磷0. 006%,硫0. 001%,碳0. 004%,钛
O.0012%，锰0. 5%，氮0. 023。
权利要求
1.一种用于铝硅镇静钢脱氧的超低钛超低碳高硅铝铁合金，它含有铝、铁、硅和杂质，其特征在于按重量百分组成(％):铝20-30 ;硅45-55 ;铁22-28，杂质为余量。
2.根据权利要求I所述的超低钛超低碳高硅铝铁合金，其特征在于所述杂质中包括铜、磷、硫、碳、钛、锰和氮，按重量百分组成(％):碳〈O. 008 ;磷〈0· 02 ;硫〈0· 02 ;铜〈0· 05 ;钛〈O. 005 M〈I. O ;氮〈O. 05。
3.一种制备如权利要求I或2所述超低钛超低碳高硅铝铁合金的方法，其依次包括 (1)、配料选用铁、高纯度铝和金属硅为原料； (2)、熔炼 Ca)纯铁熔化将铁熔化，在纯铁液中投入金属硅脱氧并作为合金添加剂调节含量； (b)将纯铝放入钢包炉内进行预热，控制铝锭温度在100-300°C； (c)将步骤a中处理后的铁液倒入步骤b中所述钢包内，并进行搅拌混合熔化； (d)造渣除渣； (3)、浇铸。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述高纯度铝的牌号为A199. 50 以上。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤(I)中所说铁中按重量百分比(%)计算碳〈O. 2，磷〈O. 04，硫〈O. 04，铜〈O. 04，钛〈O. 005，锰〈I. 0，氮〈O. 05，余量为铁。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤(I)中所说金属硅的牌号为Si-I以上。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤(a)中铁的熔化采用中频或工频炉进行。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤(d冲所说的造渣除渣是指采用由萤石粉20%与冰晶石30%和工业盐(NaCl) 50%重量百分比的造渣剂进行造渣，然后将渣捞尽。
全文摘要
本发明属于冶炼技术领域，具体涉及一种适用于铝硅镇静钢脱氧的超低钛超低碳高硅铝铁合金及其制备方法，合金中含有铝、铁、硅和杂质，其特征在于按重量百分组成(%)铝20-30；硅45-55；铁22-28，杂质为余量。所述杂质中包括铜、磷、硫、碳、钛、锰和氮，按重量百分组成(%)碳<0.008；磷<0.02；硫<0.02；铜<0.05；钛<0.005；锰<1.0；氮<0.05。本发明的制备方法包括配料、熔炼、浇铸。本发明具有超低钛、超低碳、低杂质含量等特点，尤其适用于铝硅镇静钢对脱氧剂超低钛超低碳的要求。
文档编号C22C30/00GK102839292SQ20121034603
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年7月30日
发明者梅泽锋, 夏宏梁, 朱翔鹰, 章汉云 申请人:江苏江南铁合金有限公司