一种中钛高碳铬铁合金的制备方法与流程

1.本发明属于铁合金冶炼技术领域，具体涉及一种中钛高碳铬铁合金的制备方法。


背景技术：

2.现有高碳铬铁的冶炼方法有高炉法、电炉法、等离子炉法等，其中电炉法为生产高碳铬铁合金的主要方法，其基本原理是利用电炉产生的高温电弧使铬铁矿与还原剂发生碳热还原反应，从而制得高碳铬铁合金。但由于目前我国进口的铬铁矿中含ti量过高，从而导致生产的铬铁合金产品中含ti量普遍较高。铬铁合金主要被用作不锈钢的添加剂，但铬铁合金中存在的ti元素进入钢液后会与钢中n元素形成一种具有规则外形、硬而脆的夹杂物，该夹杂物的棱角极易划伤钢的基体成为裂纹源，对轴承钢的疲劳寿命造成极大影响。
3.目前，降低铬铁合金中ti元素主要采用炉外精炼的方法，利用转炉和吹氧设备完成高碳铬铁合金中ti元素的氧化去除，该方法存在工艺流程长、设备复杂的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种中钛高碳铬铁合金的制备方法，该方法不仅能降低铬铁合金中ti元素，还能缩短工艺流程、减少使用设备。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种中钛高碳铬铁合金的制备方法，包括以下步骤：
6.(1)将南非铬铁矿与土耳其铬铁矿按质量比(4-6)：1进行调配，并造粒成直径为10-20mm的铬铁球团；
7.(2)以青石、蛇纹石、硅石、回炉渣为原料制备造渣剂，造渣剂中包含以下成分：按重量百分比计，37～39％的mgo、24～25％的al2o3、25～26％的sio2、5～6％的cao；
8.(3)将步骤(1)得到的铬铁球团、步骤(2)配制得到的造渣剂、焦炭按质量比100：(11-13)：(22-24)配料并入矿热炉中冶炼，控制矿热炉极心圆功率密度为2400～2500kw/m2、矿热炉冶炼温度为1650～1750℃，冶炼6～8h之后出铁得到中钛高碳铬铁合金。
9.优选的，步骤(1)中，所述南非铬铁矿中包含以下成分：按重量百分比计，40.54～41.08％的cr2o3、7.15-7.55％的sio2、10.65～10.86％的mgo、12.25～12.65％的al2o3、18.85～19.08％的fe2o3、其余为不可避免的杂质。
10.优选的，步骤(1)中，所述土耳其铬铁矿中包含以下成分：按重量百分比计，41.44～42.12％的cr2o3、9.24～9.71％的sio2、19.23～19.77％的mgo、7.17～7.38％的al2o3、13.25～13.56％的fe2o3、其余为不可避免的杂质。
11.优选的，步骤(2)中，青石中cao的含量至少为50wt％。
12.优选的，步骤(2)中，蛇纹石中按重量百分比计含有35～40％的mgo和35～40％的sio2。
13.优选的，步骤(2)中，硅石中sio2的含量至少为98wt％。
14.优选的，步骤(2)中，回炉渣中包含以下成分：
15.按重量百分比计，5.63～7.63％的cr2o3、26.76～28.76％的sio2、3.24～3.75％的cao、32.11～33.02％的mgo、26.56～28.07％的al2o3、其余为杂质。
16.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
17.(1)本发明通过调整入炉炉料配比(主要调整炉料中mgo/al2o3的比值)、造渣成分及配比、冶炼温度、焦炭用量、炉底功率密度等方式完成铬铁合金中脱si降ti的工艺操作，使最终高碳铬铁产品中ti含量在0.1％左右，填补了市场上该类中钛高碳铬铁产品的空白；
18.(2)本发明造渣剂中的cao主要对熔融合金液中被氧化的有害元素起固定作用，例如，cao与sio2结合生成2cao
·
sio2，使反应向右进行，保证有害元素去除得更加彻底；sio2的作用在于调整初渣碱度，控制制备参数；mgo用于保护镁质耐火炉衬，延长炉龄；al2o3的作用是调节冶炼过程中炉渣的黏度，使炉渣具有较好的流动性和稳定性；本发明中造渣剂成分易于获得且成本较低；
19.(3)通本发明过调整极心圆功率密度来控制反应区温度，进一步控制冶炼过程中钛元素的走向；
20.(4)本发明直接在普通高碳铬铁生产过程中使用的矿热炉内进行，通过调整工艺条件和造渣剂成分及配比，达到普通高碳铬铁的降ti目的，该方法缩短了工艺流程和减少了使用设备。
附图说明
21.图1为本发明制备方法流程图。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
23.实施例一
24.如图1所示，一种中钛高碳铬铁合金的制备方法，包括以下步骤：
25.(1)将南非铬铁矿与土耳其铬铁矿按质量比4：1进行调配，并造粒成直径为20mm的铬铁球团；
26.所述南非铬铁矿中包含以下成分：按重量百分比计，40.54％的cr2o3、7.35％的sio2、10.86％的mgo、12.45％的al2o3、19.08％的fe2o3、其余为不可避免的杂质；
27.所述土耳其铬铁矿中包含以下成分：按重量百分比计，41.44％的cr2o3、9.45％的sio2、19.51％的mgo、7.38％的al2o3、13.56％的fe2o3、其余为不可避免的杂质；
28.(2)以青石、蛇纹石、硅石、回炉渣为原料制备造渣剂，造渣剂中包含以下成分：按重量百分比计，37％的mgo、25％的al2o3、25％的sio2、6％的cao；青石中cao的含量为50wt％；蛇纹石中按重量百分比计含有35％的mgo和40％的sio2；硅石中sio2的含量为98wt％；回炉渣中包含以下成分：按重量百分比计，5.63％的cr2o3、27.53％的sio2、3.24％的cao、32.53％的mgo、26.56％的al2o3、其余为杂质；
29.(3)将步骤(1)得到的铬铁球团、步骤(2)配制得到的造渣剂、焦炭按质量比100：11：22配料并入矿热炉中冶炼，控制矿热炉极心圆功率密度为2400kw/m2、矿热炉冶炼温度为1750℃，冶炼8h之后出铁得到中钛高碳铬铁合金。
30.实施例二
31.如图1所示，一种中钛高碳铬铁合金的制备方法，包括以下步骤：
32.(1)将南非铬铁矿与土耳其铬铁矿按质量比5：1进行调配，并造粒成直径为15mm的铬铁球团；
33.所述南非铬铁矿中包含以下成分：按重量百分比计，40.98％的cr2o3、7.55％的sio2、10.70％的mgo、12.65％的al2o3、18.80％的fe2o3、其余为不可避免的杂质；
34.所述土耳其铬铁矿中包含以下成分：按重量百分比计，41.55％的cr2o3、9.71％的sio2、19.77％的mgo、7.17％的al2o3、13.25％的fe2o3、其余为不可避免的杂质；
35.(2)以青石、蛇纹石、硅石、回炉渣为原料制备造渣剂，造渣剂中包含以下成分：按重量百分比计，38％的mgo、24％的al2o3、25％的sio2、5％的cao；青石中cao的含量为50wt％；蛇纹石中按重量百分比计含有38％的mgo和38％的sio2；硅石中sio2的含量为98wt％；回炉渣中包含以下成分：按重量百分比计，6.58％的cr2o3、28.76％的sio2、3.52％的cao、33.02％的mgo、28.07％的al2o3、其余为杂质；
36.(3)将步骤(1)得到的铬铁球团、步骤(2)配制得到的造渣剂、焦炭按质量比100：12：23配料并入矿热炉中冶炼，控制矿热炉极心圆功率密度为2450kw/m2、矿热炉冶炼温度为1700℃，冶炼7h之后出铁得到中钛高碳铬铁合金。
37.实施例三
38.如图1所示，一种中钛高碳铬铁合金的制备方法，包括以下步骤：
39.(1)将南非铬铁矿与土耳其铬铁矿按质量比6：1进行调配，并造粒成直径为10mm的铬铁球团；
40.所述南非铬铁矿中包含以下成分：按重量百分比计，41.08％的cr2o3、7.15％的sio2、10.65％的mgo、12.25％的al2o3、18.85％的fe2o3、其余为不可避免的杂质；
41.所述土耳其铬铁矿中包含以下成分：按重量百分比计，42.12％的cr2o3、9.24％的sio2、19.23％的mgo、7.21％的al2o3、13.42％的fe2o3、其余为不可避免的杂质；
42.(2)以青石、蛇纹石、硅石、回炉渣为原料制备造渣剂，造渣剂中包含以下成分：按重量百分比计，39％的mgo、25％的al2o3、26％的sio2、5％的cao；青石中cao的含量为50wt％；蛇纹石中按重量百分比计含有40％的mgo和35％的sio2；硅石中sio2的含量为98wt％；回炉渣中包含以下成分：按重量百分比计，7.63％的cr2o3、26.76％的sio2、3.75％的cao、32.11％的mgo、27.32％的al2o3、其余为杂质；
43.(3)将步骤(1)得到的铬铁球团、步骤(2)配制得到的造渣剂、焦炭按质量比100：13：24配料并入矿热炉中冶炼，控制矿热炉极心圆功率密度为2500kw/m2、矿热炉冶炼温度为1650℃，冶炼6h之后出铁得到中钛高碳铬铁合金。
44.以上实施例中焦炭利用率均达到80％，铬的回收率达到94％以上。
45.对比例为普通高碳铬铁，将对比组与上面三个实施例所制备得到的中钛高碳铬铁合金进行成分分析对比，结果如下表1所示。
46.表1对比组与三个实施例所制备得到的中钛高碳铬铁合金的成分分析结果
47.成分crsictitfe(全铁)对比组含量(wt.％)53.262.347.030.33余量实施例一含量(wt.％)52.861.677.270.08余量实施例二含量(wt.％)52.971.587.140.07余量
实施例三含量(wt.％)53.011.727.220.09余量
48.从表1中可以看出，本发明制备得到的中钛高碳铬铁合金的ti含量明显低于对比组，由此可知，本发明直接在普通高碳铬铁生产过程中使用的矿热炉内进行，通过调整工艺条件和造渣剂成分及配比，达到了普通高碳铬铁的降ti目的，该方法缩短了工艺流程和减少了使用设备，得到了优质的中钛高碳铬铁合金产品。