一种可净化钢液的脱氧合金化剂及其制备方法与流程

本发明属于钢铁冶炼领域，特别涉及到一种螺旋搅拌法生产的复合脱氧合金化剂及其制备方法。
背景技术：
：在炼钢过程中，通常首先向钢液中添加脱氧剂，如铝、钙、钛等，然后在根据钢种成分需求添加合金化剂，如锰、铌、钒、钛等。该种方法可导致炼钢时间延长，通常加脱氧剂后需要几分钟再添加合金化剂，这种方法还会导致钢中氧化铝夹杂物超标，由于脱氧过程产生了大量氧化铝夹杂，短时间内氧化铝夹杂不可能彻底上浮至钢液表面被熔渣吸收。氧化铝对浇铸顺行、钢材质量带来很大的危害。为了避免氧化铝带来的危害，一些专利采用无铝或少铝脱氧剂，如专利，一种炼钢用的脱氧剂si-ca-ti-fe合金，作为炼钢脱氧剂(申请号:200510047557.1)，用于要求酸溶铝(als)含量很低的钢种的生产，按重量百分比计，其成分是si：30-55％；ca：2-15％；ti：5-20％；al：0.5-2.5％；c<1.0％；p<0.05％；s<0.05％；fe余量。其用工频炉熔炼合成的产品，该产品用作炼钢脱氧，可大大减少浇注过程中的水口结瘤、断流现象，可以提高连浇率和成品率。另外，钢中氧化铝夹杂物减少，净化钢质，提高钢的质量和使用寿命。但是该类方法生产的合金存在几点不足：1)该种方法生产的合金很难保证合金均匀化，由于铁合金内各合金元素含量较高，采用普通工频炉熔炼很难保证凝固末期不发生偏析现象；2)该方法脱氧结束后仍需要添加其它合金元素，如锰、铌、钒等进行合金化，存在时间浪费的问题。技术实现要素：本发明目的在于提供一种可净化钢液的脱氧合金化剂及其制备方法，利用反应熔池施加螺旋电磁搅拌的方法，将熔化后的铁合金和碳化硅、铝酸钙细粉均匀搅拌，凝固后破碎成一定尺寸的合金块。保证炼钢过程脱氧和合金化同时进行，可以节约脱氧合金化时间，净化钢液作用，提高钢种合金元素控制精度。为了实现钢液洁净化和脱氧合金化同时进行，本发明通过以下技术方案实现，其特征在于：(1)一种可净化钢液的脱氧合金化剂的主要成分为铝、铁、碳化硅、铝酸钙，其余为铌、钒、钛、锰、镍、铬、铜、钼、硅的一种或几种。各种成分重量百分比为：铝30％～50％，碳化硅2％～6％，铝酸钙2％～6％，5％～45％铌、钒、钛、锰、镍、铬、铜、钼、硅的一种或几种，其余为铁。所述脱氧合金化剂的粒度为5～50mm。(2)脱氧合金化剂制作原料采用金属铝、工业纯铁、碳化硅细粉、铝酸钙细粉以及金属铌、钒、钛、锰、镍、铬、铜、钼、硅的一种或几种；所述金属原料纯度要求达到99％以上，磷、硫含量小于0.05％。碳化硅、铝酸钙细粉纯度达到99％以上，细粉粒径均为100～800微米。(3)在感应炉坩埚内按照成品含量将金属铝、工业纯铁熔化，再添加金属铌、钒、钛、锰、镍、铬、铜、钼、硅的一种或几种，同时施加螺旋电磁搅拌，螺旋电磁搅拌电流150～250a，频率2.5～4hz，待添加金属完全熔化后加入碳化硅、铝酸钙细粉，搅拌5～10min后停止感应炉供电，继续螺旋电磁搅拌直至合金凝固。(4)利用破碎机将合金锭破碎成粒度为5～50mm的小块，包装，待用。步骤(3)中，应严格控制金属液温度，保证在添加碳化硅、铝酸钙细粉时，金属液温度小于1400℃，防止细粉熔化。本发明的有益效果：1)该复合脱氧合金化剂保证了炼钢过程脱氧和合金化同时进行，节约了脱氧合金化时间。2)该脱氧合金化剂内部含有均匀分布的碳化硅细粉，脱氧时碳化硅中的碳可以与钢液中的氧反应生成细小的气泡，该气泡可以携带脱氧产生的夹杂物快速上浮至钢液表面被熔渣吸收，起到了净化钢液作用。均匀分布的铝酸钙细粉，保证了铝酸钙充分弥散在钢液内部，与钢液充分作用，实现深脱硫。3)同时采用螺旋电磁搅拌技术既可以保证合金充分均匀，又可以保证加入的碳化硅、铝酸钙细粉充分弥散化，提高了钢种合金元素控制精度。4)该脱氧合金化剂与其他脱氧剂加入操作一样，操作简单易行。附图说明图1为本发明螺旋电磁搅拌工作原理图；图2为传统电磁搅拌金属液流动轨迹主视图；图3为图2的俯视图；图4为图2的侧视图；图5为本发明螺旋电磁搅拌金属液流动轨迹主视图；图6为图5的俯视图；图7为图5的侧视图。图中：1螺旋电磁搅拌器，2感应炉内坩埚，3金属液。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。如图1、5、6和7所示，螺旋电磁搅拌可以将不同密度、不同成份的金属熔体，或者金属熔体与固体颗粒混合在一起。由于螺旋电磁搅拌可以推动金属熔体在三维方向上流动，即熔体中不仅有周向的旋转流动，同时还存在垂直方向的流动，因而金属熔体或金属熔体与固体颗粒的混合物的成份会相对均匀，并且混合物的成份分布与密度的相关性大大降低，可以有效降低密度不同带来的成分不均。坩埚2中盛放有金属液3，在螺旋电磁搅拌器1的作用下，金属液3在周向流动的同时还具有上下、内外的流动。如图2、3和4所示，传统电磁搅拌时合金液3主要做环形运动，金属液3的内-外、上-下交换比较少。而采用螺旋电磁搅拌时，金属液3不仅具有周向运动，同时在径向和轴向的流动也被加剧，因而具有很好的搅拌效果，可以有效促进金属液3的同时凝固，降低铸锭中心缺陷，还可以减轻铸坯密度偏析程度。实施例1：脱氧合金化剂制备：(1)脱氧合金化剂重量百分比为，铝含量为35％，碳化硅含量为6％，铝酸钙含量为6％，硅含量为14％，锰含量为27％，其余为铁。(2)脱氧合金化剂制作原料使用金属铝、碳化硅细粉、铝酸钙细粉、金属硅、金属锰、工业纯铁。金属原料纯度达到99.1％，磷、硫含量为0.04％。碳化硅细粉、铝酸钙细粉纯度达到99.2％，碳化硅细粉、铝酸钙细粉粒径为100～300微米。(3)在感应炉的坩埚内按照成品含量将金属铝、工业纯铁熔化，再按照成品含量添加金属硅和金属锰，同时施加螺旋电磁搅拌，螺旋电磁搅拌电流160a，频率3hz，待金属硅、锰完全熔化后，将金属液温度控制在1390℃，按照成品含量加入碳化硅、铝酸钙细粉，搅拌6min后停止感应炉供电，继续螺旋电磁搅拌直至合金凝固。(4)利用破碎机将合金锭破碎成粒度为5～20mm的小块，包装，待用。脱氧合金化剂评价：对制备好的脱氧合金化剂进行化学分析，随机抽检样品，共抽检5个样品，化学成分见表1。可见各样本之间成分波动很小，al、si、mn成分波动都在0.4％以下。此外采用金相显微镜观察合金内部碳化硅细粉、铝酸钙细粉分布情况，证明碳化硅细粉、铝酸钙细粉在合金内部均匀分散，未见团聚现象。说明螺旋电磁搅拌确实可以保证合金成分均匀和碳化硅细粉、铝酸钙细粉充分弥散化。结合附图5-7也可以看出，施加螺旋电磁搅拌后金属液流动轨迹为全方位立体运动，没有死区，可保证搅拌均匀，而附图2-4为普通搅拌，金属液流动轨迹仅局限熔池上部的圆周运动，无法保证搅拌均匀。表1脱氧合金化剂组分重量百分比组分alsimn样本135.114.127.1样本235.014.226.8样本334.913.927.0样本435.114.027.1样本534.814.227.0脱氧合金化剂使用：钢液目标化学成分各元素重量百分比为：c＝0.07％、si＝0.18％、mn＝0.30％、s<0.020％、p<0.020％，其余为fe和少量杂质元素；感应炉出钢量为500公斤，脱氧合金化剂加入量为4.75kg，加入前后成分变化情况见表2。可见炼钢结束后，一次性加入脱氧合金化剂，就可以实现脱氧，并同时进行合金化，无需后续补加合金，就可以实现钢水成分达到目标要求。此外由于铝酸钙与钢液充分作用，钢液硫含量由0.021％降至0.014％。脱硫效率达到33％。表2钢液成分变化情况(wt％)组分csimnps加合金化剂前0.070.010.050.0150.021加合金化剂后0.070.180.310.0140.014实施例2：脱氧合金化剂制备：(1)脱氧合金化剂重量百分比为，铝含量为36％，碳化硅含量为3％，铝酸钙含量为5％，硅含量为3.2％，锰含量为30％，钛含量为0.36％，铌含量为0.62％，其余为铁。(2)脱氧合金化剂制作原料使用金属铝、碳化硅细粉、铝酸钙细粉、金属硅、金属锰、金属钛、金属铌、工业纯铁。金属原料纯度达到99.2％，磷、硫含量为0.03％。碳化硅细粉、铝酸钙细粉纯度达到99.1％，碳化硅细粉、铝酸钙细粉粒径为300-500微米。(3)在感应炉的坩埚内按照成品含量将金属铝、工业纯铁熔化，再按照成品含量添加金属硅、金属锰、金属钛、金属铌，同时施加螺旋电磁搅拌，螺旋电磁搅拌电流200a，频率3.8hz，待金属硅、锰、钛、铌完全熔化后，将金属液温度控制在1380℃，按照成品含量加入碳化硅、铝酸钙细粉，搅拌8min后停止感应炉供电，继续螺旋电磁搅拌直至合金凝固。(4)利用破碎机将合金锭破碎成粒度为5～50mm的小块，包装，待用。脱氧合金化剂评价：对制备好的脱氧合金化剂进行化学分析，随机抽检样品，共抽检5个样品，化学成分见表3。可见各样本之间成分波动很小，al含量波动在0.4％以下；si含量波动在0.2％以下；mn含量波动在0.4％以下；ti含量波动在0.03％以下；nb含量波动在0.02％以下。此外采用金相显微镜观察合金内部碳化硅细粉、铝酸钙细粉分布情况，证明碳化硅细粉、铝酸钙细粉在合金内部均匀分散，未见团聚现象。说明螺旋电磁搅拌确实可以保证合金成分均匀和碳化硅细粉、铝酸钙细粉充分弥散化。结合附图5-7也可以看出，施加螺旋电磁搅拌后金属液流动轨迹为全方位立体运动，没有死区，可保证搅拌均匀，而附图2-4为普通搅拌，金属液流动轨迹仅局限熔池上部的圆周运动，无法保证搅拌均匀。表3脱氧合金化剂组分重量百分比组分alsimntinb样本136.23.230.10.350.62样本236.03.130.20.360.61样本335.93.229.90.350.62样本436.13.129.90.360.62样本535.93.230.10.370.62脱氧合金化剂使用：钢液目标化学成分各元素重量百分比为：c＝0.08％、si＝0.21％、mn＝1.21％、s<0.008％、p<0.020％、ti＝0.015％、nb＝0.025％，其余为fe和少量杂质元素；转炉出钢量为100吨，脱氧合金化剂加入量为3.9吨，加入前后成分变化情况见表4。可见炼钢结束后，一次性加入脱氧合金化剂，就可以实现脱氧，并同时进行合金化，无需后续补加合金，就可以实现钢水成分达到目标要求。此外由于铝酸钙与钢液充分作用，钢液硫含量由0.008％降至0.004％。脱硫效率达到50％。表4钢液成分变化情况(wt％)组分csimnpstinb加合金化剂前0.080.010.050.0150.0080.0010.001加合金化剂后0.080.211.210.0140.0040.0150.025比较例1：比较例的合金化剂成分与实施例1一致，所不同的是在制备过程未采用螺旋电磁搅拌工艺。脱氧合金化剂制备：(1)脱氧合金化剂重量百分比为，铝含量为35％，碳化硅含量为6％，铝酸钙含量为6％，硅含量为14％，锰含量为27％，其余为铁。(2)脱氧合金化剂制作原料使用金属铝、碳化硅细粉、铝酸钙细粉、金属硅、金属锰、工业纯铁。金属原料纯度达到99.1％，磷、硫含量为0.04％。碳化硅细粉、铝酸钙细粉纯度达到99.2％，碳化硅细粉、铝酸钙细粉粒径为100-300微米。(3)在感应炉的坩埚内按照成品含量将金属铝、工业纯铁熔化，再按照成品含量添加金属硅和金属锰，待金属硅、锰完全熔化后，将金属液温度控制在1390℃，按照成品含量加入碳化硅、铝酸钙细粉，普通搅拌6min后停止感应炉供电，直至合金凝固。(4)利用破碎机将合金锭破碎成粒度为5～20mm的小块，包装，待用。脱氧合金化剂评价：对制备好的脱氧合金化剂进行化学分析，随机抽检样品，共抽检5个样品，化学成分见表5。可见各样本之间成分波动很大，al成分最大波动达到4.3％，si成分最大波动达到1.8％，mn成分最大波动达到4.1％。说明未采用螺旋电磁搅拌很难保证合金成分均匀。此外采用金相显微镜观察合金内部碳化硅细粉、铝酸钙细粉分布情况，证明碳化硅细粉、铝酸钙细粉在合金内部均出现团聚现象。说明不采用螺旋电磁搅拌无法保证合金成分均匀和硅细粉、铝酸钙细粉充分弥散化。结合附图5-7也可以看出，施加螺旋电磁搅拌后金属液流动轨迹为全方位立体运动，没有死区，可保证搅拌均匀，而附图2-4为普通搅拌，金属液流动轨迹仅局限熔池上部的圆周运动，无法保证搅拌均匀。表5脱氧合金化剂组分重量百分比为组分alsimn样本137.513.129.2样本235.614.927.8样本333.913.826.0样本438.214.925.1样本534.814.227.9比较例2：比较例的合金化剂成分与实施例2一致，所不同的是在制备过程未采用螺旋电磁搅拌工艺。脱氧合金化剂制备：(1)脱氧合金化剂重量百分比为，铝含量为36％，碳化硅含量为3％，铝酸钙含量为5％，硅含量为3.2％，锰含量为30％，钛含量为0.36％，铌含量为0.62％，其余为铁。(2)脱氧合金化剂制作原料使用金属铝、碳化硅细粉、铝酸钙细粉、金属硅、金属锰、金属钛、金属铌、工业纯铁。金属原料纯度达到99.2％，磷、硫含量为0.03％。碳化硅细粉、铝酸钙细粉纯度达到99.1％，碳化硅细粉、铝酸钙细粉粒径为300-500微米。(3)在感应炉的坩埚内按照成品含量将金属铝、工业纯铁熔化，再按照成品含量添加金属硅、金属锰、金属钛、金属铌完全熔化后，将金属液温度控制在1380℃，按照成品含量加入碳化硅、铝酸钙细粉，普通搅拌8min后停止感应炉供电，直至合金凝固。(4)利用破碎机将合金锭破碎成粒度为5～50mm的小块，包装，待用。脱氧合金化剂评价：对制备好的脱氧合金化剂进行化学分析，随机抽检样品，共抽检5个样品，化学成分见表6。可见各样本之间成分波动很大，al成分最大波动达到3％，si成分最大波动达到0.4％，mn成分最大波动达到4.2％，ti成分最大波动达到0.04％，nb成分最大波动达到0.08％。说明未采用螺旋电磁搅拌很难保证合金成分均匀。此外采用金相显微镜观察合金内部碳化硅细粉、铝酸钙细粉分布情况，证明碳化硅细粉、铝酸钙细粉在合金内部均出现团聚现象。说明不采用螺旋电磁搅拌无法保证合金成分均匀和硅细粉、铝酸钙细粉充分弥散化。结合附图5-7也可以看出，施加螺旋电磁搅拌后金属液流动轨迹为全方位立体运动，没有死区，可保证搅拌均匀，而附图2-4为普通搅拌，金属液流动轨迹仅局限熔池上部的圆周运动，无法保证搅拌均匀。表6脱氧合金化剂组分重量百分比组分alsimntinb样本137.23.332.10.350.66样本236.03.030.20.380.61样本335.93.228.90.350.62样本436.12.927.90.390.63样本538.93.230.10.360.58当前第1页12