一种低碳低熔点硅氮合金生产方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及到一种硅氮合金的生产方法，属于铁合金生产领域。
技术背景
[0002]冶金技术的发展，不少钢需要加氮以提高钢的性能，如钢筋、非调质钢等，氮在钢中因固溶和以碳氮化物析出，可以细化晶粒、提高强度，降低成本，当前钢筋最流行的工艺就是向钢中加入氮化物，通常加入的是钒氮合金，但钒氮合金氮含量较低，钒的沉淀析出有限。取向硅钢中，加入氮化硅铁、氮化硅锰等以增氮，目的是增加抑制剂A1N的弥散析出，提尚晶粒生长取向，提尚磁性。
[0003]通常氮化物都是高熔点物质，加入到钢包后难以熔化和吸收，操作不当还会适得其反，造成夹杂，另外对于低碳钢种，加入的合金不能对钢液增碳，所以氮化合金的中碳含量必须低，但低碳合金原料成本较高，如何用高碳合金低成本生产低碳氮化物，是亟待解决的难题。
[0004]氮化合金中，不能存在可能污染钢水的夹杂成分，加入相对廉价的融体组元，必须考虑组分及氮化后遗留，氮化工艺中如何消除有害元素，保留有益元素至关重要。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种以相对廉价的合金或添加剂，生产低碳低熔点的硅氮合金，用于炼钢生产稳定的钢液增氮。一种低碳低熔点硅氮合金生产方法，其特征在于硅氮合金成分含量为，Si35?50%，N20?30%，FelO?20%，Mn2?10%，Ca3?8%，制备时将高碳硅铁配加少量氧化剂以脱碳，加入适量融合剂以降低熔点，并置于氮气气氛下加热氮化，获得碳含量小于0.5%，熔点低于1500°C的硅氮合金。
[0006]合金基体可以是各类成分的硅铁，也可以是硅铁与硅锰合金、硅钙合金、硅铝钡钙的混合合金，或者配入其他可氮化元素的合金，如钒铁、钛铁，铬铁以及金属铝粉、稀土合金。
[0007]氧化剂为铁皮、铁矿石、锰矿石，融合剂为萤石、石灰、膨润土。
[0008]硅铁粉与其余各原料总和的配比范围是:5:1?10:1，实际比例依据原料种类和产品需求确定。氮化后成分与配比有关，其中氧化剂的配比依据硅铁含碳量计算确定，以化学当量的95?120%配入，混料中氧化硅铁粉比例减少，产品中氮和硅的含量会相应减少，合金的熔点也会相应的变化。
[0009]本发明的生产方法，其工业生产炉为间歇式梭式窑，也可以是其他密闭或完全氮气氛窑炉、自蔓延式反应釜。
[0010]间歇式梭式窑生产步骤是:
[0011]①将普通的75硅铁(如含碳2.0%)、铁皮、萤石分别破碎成粉末，50?200目(350?70微米)，
[0012]②配比混料，根据硅铁中碳含量配加铁皮粉末，以C+Fe0= Fe+C0反应为基准，按FeO过量10%计算，C:FeO = 1:7;加入脱水干燥的萤石或石灰粉末5?10%。
[0013]③将充分混合的原料放入密闭的氮化炉内，炉内先预抽真空，充氮置换气氛为完全氮气氛，
[0014]④逐步加热，分别在700?1300°C每200°C不同温度保持一段时间，在1200?1300°C氮化5?20小时，最高温度控制不要超过1400°C，
[0015]⑤气氛压力保持在0.01?0.04Mpa，氮化结束后，氮气保护至600°C以下出炉。
[0016]有别于氮化硅铁的是，氮化硅铁只是纯硅铁氮化，本发明在氮化硅铁的同时，还降低了合金中原有的碳含量以及氮化后的合金熔点，因此用于炼钢增氮时，不会造成钢液增碳，并因为熔点低，有利于提高增氮效果。
【具体实施方式】
[0017]实例1:将含C2.05%,Si75.2%的硅铁粉与铁皮、萤石、石灰充分混合，混合比例:7:1:1: 1，置于管式炉内充氮加热至800°C保温2小时，1000°C保温4小时，最后加热至1300°C氮化6小时得到灰白低碳低熔点硅氮合金，结构致密，成分均匀，测得合金软化点为1375°C。成分为S1:45% ,N:25.4% ,C:0.53% ,Ca:4.3%0
[0018]实例2:将Cl.56%,Si74.86%的硅铁粉与矿石、萤石、石灰成分混合，混合比例:7:1:1:1，置于8M3氮化炉中，先预抽真空至-0.03Mpa，充氮后再抽真空，如此循环4次，以氮置换空气，后充氮0.04Mpa下加热至800°C保温1小时，后继续缓慢升温，因高温下大批量的硅粉氮化是放热反应，减压或充氩控制反应速度和炉膛温度，温度自升温到1300°C后保持18小时，得到的低碳低熔点硅氮合金成分为Si48.2%,C0.45%,N26.3%,Ca3.6%o测得硅氮合金软化温度为:1390°C。
[0019]实例3:将Cl.56 %，Si 74.86 % 的硅铁粉与硅钙合金粉(Ca28.67%，Si58.75%)、矿石、萤石混合，混合比例:6.5:1.5:1:1，置于8M3氮化炉中，先预抽真空至-0.03Mpa，充氮后再抽真空，如此循环5次，以氮置换空气，后充氮0.04Mpa下加热至800°C保温2小时，后继续缓慢升温，当反应放热剧烈时，减压或充氩控制反应速度和炉膛温度，温度自升温到1300°C后保持18小时，得到的低碳低熔点硅氮合金成分为Si46.35%，C0.37%，N25.85%，Ca5.8%0测得硅氮合金软化温度为:1412°C。
【主权项】
1.一种低碳低熔点硅氮合金生产方法，其特征在于硅氮合金成分含量为0.5%，Si35?50%，N20?30%，FelO?20%，Mn2?10%，Ca3?8%，制备时将高碳硅铁配加少量氧化剂以脱碳，加入适量融合剂以降低熔点，并置于氮气气氛下加热氮化，获得碳含量小于0.5%，熔点低于1500°C的硅氮合金。2.根据权利要求1所述一种低碳低熔点硅氮合金生产方法，其特征在于，合金基体为各类成分的硅铁，或者是硅铁与硅锰合金、硅钙合金、硅铝钡钙的混合合金，或者配入其他可氮化元素的合金，包括钒铁、钛铁，铬铁以及金属铝粉、稀土合金。3.根据权利要求1所述一种低碳低熔点硅氮合金生产方法，其特征在于，氧化剂为铁皮、铁矿石、锰矿石，融合剂为萤石、石灰、膨润土。4.根据权利要求1所述一种低碳低熔点硅氮合金生产方法，其特征在于，硅铁粉与其余各原料总和的配比范围是:5:1?10:1，实际比例依据原料种类和产品需求确定;氮化后成分与配比有关，其中氧化剂的配比依据硅铁含碳量计算确定，以化学当量的95?120%配入，混料中氧化娃铁粉比例减少，产品中氮和娃的含量会相应减少，合金的恪点也会相应的变化。5.根据权利要求1所述一种低碳低熔点硅氮合金生产方法，其特征在于，其工业生产炉为间歇式梭式窑、真空炉或其他完全氮气氛炉，自蔓延反应釜;对于间歇式梭式窑，必须先抽真空，再充氮换气，氮气氛下加热。6.根据权利要求1-5之一所述一种低碳低熔点硅氮合金生产方法，其特征在于，采用间歇式梭式窑具体生产步骤如下: ①将普通的75硅铁、铁皮、萤石分别破碎成350?70微米的粉末， ②配比混料，根据硅铁中碳含量配加铁皮粉末，以C+FeO= Fe+CO反应为基准，按FeO过量10%计算，C:FeO = 1:7;加入脱水干燥的萤石或石灰粉末5?10% ; ③将充分混合的原料放入密闭的氮化炉内，炉内先预抽真空，充氮置换气氛为完全氮气氛， ④逐步加热，分别在700?1300°C每200°C不同温度保持一段时间，在1200?1300°C氮化5?20小时，最高温度控制不要超过1400°C， ⑤气氛压力保持在0.01?0.04Mpa，氮化结束后，氮气保护至600°C以下出炉。
【专利摘要】一种硅氮合金的生产方法，属于铁合金生产领域。其特征在于硅氮合金成分含量为C≤0.5％,Si35～50％,N20～30％,Fe10～20％，Mn2～10％,Ca3～8％,制备时将高碳硅铁配加少量氧化剂以脱碳，加入适量融合剂以降低熔点，并置于氮气气氛下加热氮化，获得碳含量小于0.5％，熔点低于1500℃的硅氮合金。本发明在氮化硅铁的同时，还降低了合金中原有的碳含量以及氮化后的合金熔点，因此用于炼钢增氮时，不会造成钢液增碳，且有利于提高增氮效果。
【IPC分类】C22C1/10, C22C28/00, C21C7/00
【公开号】CN105463230
【申请号】CN201510845421
【发明人】王安仁, 郑志方, 杨树峰
【申请人】北京科技大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月26日