專利名稱：：一種用于煉鋼脫氧的高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鐵合金，特別是一種用于冶煉低硅、低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼終脫氧的高鈣無硅鋁釣鎂鐵合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
：進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代以來，我國煉鋼工藝發(fā)生了根本性變化，形成了鐵水預(yù)處理-頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼—LF、RH精練—連鑄—熱軋—冷軋一條完整的工藝路線。與此同時，對深沖鋼、超深沖鋼(如汽車表面板鋼、集裝箱鋼等)品種的需求量也越來越大。對于冶煉用于生產(chǎn)薄規(guī)格冷軋深沖產(chǎn)品的低硅、低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，目前大都延用金屬鋁(或鋁鐵)作脫氧劑。鋁脫氧劑的脫氧產(chǎn)物Al2(h存在兩大害處一是由于Al2(h熔點高(2050°C),在煉鋼溫度下呈固相，相互潤濕性極差，不易相互凝聚長大，在鋼水中不易上浮而除去，連鑄時易粘附在水口上，形成結(jié)瘤，導(dǎo)致水口堵塞，對連鑄極為不利；二是在鋼中形成Al203夾雜物，這種夾雜物呈鏈狀或串狀結(jié)構(gòu)，具有不可塑性，會使鋼的韌性變差，降低鋼的加工性能。為此，人們一直在尋求能夠降低Al203脫氧產(chǎn)物有害影響的技術(shù)措施。因為鈣與氧有^:強的親和力；鈣和氧反應(yīng)后形成的CaO可與鋁脫氧產(chǎn)物Al203進(jìn)一步形成低熔點(140(TC)的鈣鋁酸鹽。這種物質(zhì)在煉鋼溫度下呈液相，相互潤濕性好，能較快凝聚、長大，上浮而除去，從而可降低鋼中Ah03夾雜和減輕連鑄時水口結(jié)瘤現(xiàn)象。正是根據(jù)釣的這些特點，目前在生產(chǎn)低硅、低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼時大都采取先用鋁脫氧，然后在精練后期再喂鈣的所謂鈣處理技術(shù)，對A1203進(jìn)行變性處理。然而，這實際上是一種"先污染后治理"的辦法，既麻煩，又不經(jīng)濟(jì)；同時，由于精練結(jié)束到澆鑄的時間很短，不能保證夾雜物有充足的上浮時間，故這一技術(shù)即使能減少水口結(jié)瘤，但鋼中Al203夾雜數(shù)量卻難以降到理想狀態(tài)。為了克服上述鈣處理技術(shù)的缺點，人們開始探求將鈣直接加入脫氧劑中的技術(shù)。本申請人曾在第03111225.0號中國專利申請中披露了一種用于煉鋼脫氧的鋁鈣鎂鐵合金及其制備方法。該合金按重量比其組分為A130—60y。，Ca2—15%,Mg2—15%，Si《3°/。，余量為Fe。其制備方法是采用含Si14—18%的鈣鐵(可用礦熱爐預(yù)先冶煉)、鋁、鎂和鐵為原料用功頻爐一次熔煉制成。受此冶煉工藝所用原料的限制，該合金中含有硅的成分，盡管量少，但對生產(chǎn)低硅、低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼來說，仍是有害元素。同時，這種合金中Ca的上限范圍雖然定到15"/。，實際上超過8%已很難做到。這是因為，按照所述制備方法，要使合金中Ca的含量超過8%,就必須加大原料含硅鈣鐵的用量，這就勢必會導(dǎo)致合金中硅的含量超出3%的上限。因此，這種鋁4丐鎂鐵合金實際上還是一種低鈣脫氧合金，主要脫氧成分還是鋁(鋁的含量是鈣的5—10倍)。用其脫氧，雖然可以在一定程度上改善脫氧效果，但不可能將全部或大部分脫氧產(chǎn)物Al203轉(zhuǎn)化為低熔點的鉤鋁酸鹽。也就是說，這種合金不能最大限度地降低脫氧產(chǎn)物Al203的有害影響，達(dá)不到理想的脫氧效果。此外，此合金中鎂含量超過6%時，隨著脫氧產(chǎn)物MgO的增加，會使渣的熔點升高，影響脫氧產(chǎn)物的凝聚和上浮。因此，針對冶煉低硅、低^友鋁鎮(zhèn)靜鋼，設(shè)計一種成分合理、又能最大限度地降低脫氧產(chǎn)物Al203的有害影響的高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金是本行業(yè)急待解決的問題。另外，即使設(shè)計出上述高4丐無硅鋁4丐鎂鐵合金，如何將其實際生產(chǎn)出來又是一個問題。用礦熱爐法將鋁、鈣、鎂在鐵中同時還原，因鈣的熔點低(838°C)，沸點也低(1450°C)，密度小(1.55g/cm3)，在出爐前，大部分鈣在冶煉過程中會從熔融的金屬液中上浮揮發(fā)和氧化掉，不可能制得鈣含量超過15%的高鈣合金。同時，用該法也很難控制合金中沒有硅雜質(zhì)。以金屬鋁、鈣、鎂和鐵為原料，用常規(guī)的感應(yīng)爐熱兌法熔煉，雖然可以得到無硅合金，但同樣由于鈣的上述特點，鈣在金屬原料熔融的過程中，也會大量的上浮揮發(fā)和氧化損失，同樣也不可能制得高鈣合金。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種高4丐無硅鋁釣鎂鐵合金，用其作為冶煉低硅、低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的終脫氧劑，可將脫氧產(chǎn)物Al203全部或大部分轉(zhuǎn)化為低熔點的鈣鋁酸鹽，從而最大限度地降低脫氧產(chǎn)物Al203的有害影響，達(dá)到理想的脫氧效果。本發(fā)明的另一個目的是提供上述合金的制備方法。本發(fā)明提供的高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金，按重量含有15%<Ca《28%，Al:Ca=l一2:1,Mg2—6%,Fe余量。本發(fā)明高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金成分含量的優(yōu)選范圍是按重量含有Cal8—25%，Al:Ca=l—1.3:1，Mg2_4%,Fe余量。本發(fā)明高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金成分含量的優(yōu)選值是按重量含有Ca22%,A122%,Mg3%,Fe余量。本發(fā)明提供的上述合金的制備方法包括以下步驟(1)分別4要重量y。A140,Ca60和A160，Mg40(此比例可才艮據(jù)最終合金成分適當(dāng)調(diào)整)配料，并用低頻感應(yīng)爐分別冶煉成鋁鈣中間合金和鋁鎂中間合金，備用；(2)按所述高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金的成分含量計算出每爐冶煉所用原料鋁、上述鋁鈣中間合金和鋁鎂中間合金以及低碳廢鋼的數(shù)量，并分別稱取，將稱取的鋁鈣中間合金和鋁鎂中間合金分別裝入帶有網(wǎng)孔的耐高溫容器中，備用；(3)用功頻感應(yīng)爐將上述原料鋁和低碳廢鋼熔融成鋁鐵金屬液；(4)將上述裝有鋁鈣中間合金和鋁鎂中間合金的容器同時壓入上迷鋁鐵金屬液深部，攪動5—15秒鐘，使中間合金被熔融，成鋁鈣鎂鐵合金液，將容器取出，并快速轉(zhuǎn)入步驟(5);(5)將上述鋁鈣鎂鐵合金液向模具澆鑄，澆鑄過程中用氬氣對流出爐嘴的合金液進(jìn)行保護(hù)；(6)冷卻脫模，經(jīng)破碎得到本發(fā)明高鉤無硅鋁釣鎂鐵合金制品。本發(fā)明高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金的成分設(shè)計，在適當(dāng)提高合金鈣含量的基礎(chǔ)上，主要考慮合金中鋁與鈣的相對比例(重量比)。本發(fā)明人經(jīng)過長期探索發(fā)現(xiàn)，要將鋁的脫氧產(chǎn)物Al203的有害影響降到最低，同時兼顧到鋼中必須要有一定量的殘鋁，以及合金在空氣中的穩(wěn)定性和合金密度，將合金中鋁與鈣的重量比定在1一2:1的范圍內(nèi)；優(yōu)選范圍為l一1.3:1。此外，因鎂也是極易與氧化合的堿土金屬，其脫氧能力僅次于鈣。熔點為651。C，沸點為1107。C,比重2.8,在鋼液中極易汽化。鎂的氣化會使鋼中鈣的分壓降低，也就是可降低鈣在鋼中的溶解度，促進(jìn)[Ca]+-[CaO]反應(yīng)的進(jìn)行，提高釣的脫氧能力；同樣釣的存在也降低鎂在鋼中的分壓，可降低鎂在鋼中的溶解度，促進(jìn)[Mg]+—[MgO]反應(yīng)的進(jìn)行?；诖耍诤辖鹬屑尤腈V，能進(jìn)一步提高合金的整體脫氧效果。根據(jù)Ca0—MgO—Al203三元相可知，當(dāng)MgO含量不大于4%時，渣的熔點仍然小于140(TC。而大于4%后，渣的熔點會隨之升高。因此將合金中鎂的含量定在2—6%的范圍內(nèi)，對脫氧產(chǎn)物的熔點影響不大，也就不會影響脫氧產(chǎn)物的凝聚和上浮。由于鋁的熔點(730°C)與釣的熔點(838°C)和鎂的熔點(651°C)很接近，而遠(yuǎn)低于鈣和鎂的沸點(分別為145(TC和1107°C)。鈣和鎂與鋁熔融后不會發(fā)生氣化而損失，故上述制備方法采用先制備鋁鈣中間合金和鋁鎂中間合金的辦法，而不采取將鈣和鎂直接投入高溫鋁鐵液中熔化，這樣就可減少鈣和鎂的損失，同時又避免了后者鈣和鋁在生產(chǎn)過程中不便存放(空氣中極易氧化)的問題。因鋁《丐和鋁鎂中間合金密度小于鋁鐵液，為避免其在鋁鐵液中上浮氧化燒損，在第(4)步驟用帶網(wǎng)孔的耐高溫容器將鋁鈣和鋁鎂中間合金壓入鋁鐵液深部，使之不能上浮。并在極短的時間內(nèi)被高溫鋁鐵液熔融，在鈣和鎂未來得及氣化上浮就進(jìn)入澆鑄工序。在澆鑄時又采用氬氣保護(hù)，使液態(tài)合金中的鈣和鎂不與空氣接觸而揮發(fā)和氧化。整個制備過程中采取的這些技術(shù)措施確保了鈣和鎂的高利用率，使制取高輛會全4f"以實王見.本發(fā)明鋁鈣鎂鐵合金，由于原料中不含硅，故合金中也不含硅，特別適于冶煉低硅、低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼。采用上述制備方法，可以將合金中釣的含量提高到15%至28%;加之合金中使鋁與鈣的重量比保持在1—2:1的范圍內(nèi)，脫氧過程中產(chǎn)生足夠的CaO使鋁脫氧產(chǎn)物Ah03全部或大部分轉(zhuǎn)化為低熔點的鉤鋁酸鹽，不僅可減少連鑄水口結(jié)瘤的幾率，還可大大減少鋼中Al203夾雜量，最大限度地提高鋼的潔凈度。合金中的鎂不僅能提高整體脫氧效果，而且具有脫辟^作用。另外，因Ca和Mg的原子半徑為2.23和1.72,均大于Fe的原子半徑，在鐵素體中是一表面活性劑元素，極易吸附在金屬表面，阻礙晶粒的長大，故鐵基體中殘存的鎂和鈣還具有細(xì)化晶粒的作用。具體實施例方式實施例1按以下步驟制備本發(fā)明高鈣無硅鋁釣鎂鐵合金(1)分別按重量比A140%，Ca60。/。和A160%,Mg4M配料，并用低頻感應(yīng)爐分別冶煉成鋁《丐中間合金和鋁鎂中間合金，備用；(2)按合金成分含量Ca15。/。，A115%，Mg2°/,Fe68。/。計算出冶煉一爐所用原料鋁、鋁鈣中間合金、鋁鎂中間合金和低碳(C<0.05°/)廢鋼的數(shù)量，并分別稱取，將稱取的鋁鈣中間合金和鋁鎂中間合金分別裝入帶有網(wǎng)孔的耐高溫容器中(該容器可用表面附有石墨的鋼筒制成，周壁上開設(shè)網(wǎng)孔，上部帶有手柄，)，備用；(3)用功頻感應(yīng)爐將(2)中原料鋁和廢鋼熔融成鋁鐵液；(4)將上述裝有鋁鉤和鋁鎂中間合金的容器同時壓入上述鋁鐵液深部，攪動IO秒鐘，使中間合金被熔融，成鋁4丐鎂鐵合金液，迅速將容器取出并立即轉(zhuǎn)入步驟(5);(5)用模具將上述鋁鈣鎂鐵合金液澆鑄，澆鑄過程中通過管道和氣罩將氬氣吹向流出爐嘴的合金液，加以保護(hù)；(6)冷卻脫模，破碎成塊，得到成分含量分別為Cal5°/，A]15%，Mg2°/。，F(xiàn)e68%的高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金制品。將該合金編號為1#合金。實施例2制備方法與實施例l相同，只是在步驟(2)中按重量比Cal5y。，A130%(A1:Ca=2:1),,Mg3%，F(xiàn)e52。/。計算并稱取原料。最后制得成分含量分別為Cal5%,A130%,Mg3%，F(xiàn)e52yo的高釣無硅鋁4丐鎂鐵合金。編號為2#合金。實施例3制備方法與實施例l相同，只是在步驟(2)中按重量比Ca28。/。，A128°/。(Al:Ca=l:1),Mg2%，F(xiàn)e4W計算并稱取原料。最后制得成分含量分別為Ca28%,A128%,Mg2%,Fe42M的高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金。編號為3#合金。實施例4制備方法與實施例l相同，只是在步驟(2)中按重量比Ca28。/。，A156%(A1:Ca=2:1),Mg2Fel4y。計算并稱取原料。最后制得成分含量分別為Ca28%，A156%,Mg2%,Fel4。/。的高鈣無硅鋁鉤鎂鐵合金。編號為4#合金。實施例5制備方法與實施例l相同，只是在步驟(2)中按重量比Ca18。/。，A118。/。(A1:Ca=l:1),Mg6%，F(xiàn)e58。/。計算并稱取原料。最后制得成分含量分別為Cal8%，A118%,Mg6%,Fc58。/。的高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金。編號為5#合金。實施例6制備方法與實施例l相同，只是在步驟(2)中按重量比Cal8y。，A123.4%(A1:Ca=1.3:l)，Mg4%，F(xiàn)e54.6%計算并稱取原料。最后制得成分含量分別為Cal8%，A123.4%,Mg4%，F(xiàn)e54.6%的高鈣無硅鋁4丐鎂鐵合金。編號為6#合金。實施例7制備方法與實施例l相同，只是在步驟(2)中按重量比Ca25V。，A125%(Al:Ca=l:1),Mg3%,Fe47。/。計算并稱取原料。最后制得成分含量分別為Ca25%,A125%，Mg3%，F(xiàn)e47。/。的高釣無硅鋁4丐鎂鐵合金。編號為7#合金。實施例8制備方法與實施例l相同，只是在步驟(2)中按重量比Ca25。/。，A132.5%(A1:Ca=1.3:l)，Mg2%,Fe40.5%計算并稱取原料。最后制得成分含量分別為Ca25%,A132.5%,Mg2°/。，F(xiàn)e40.5%的高4丐無硅鋁釣鎂鐵合金。編號為8#合金。實施例9制備方法與實施例l相同，只是在步驟(2)中按重量比Ca2"/。，A122%(Al:Ca=l:1)，Mg3%,Fe53y。計算并稱取原料。最后制得成分含量分別為Ca22%，A122°/。，Mg3%,Fe53y。的高4丐無硅鋁4丐鎂鐵合金。編號為9#合金。將實施例l一9制得的1#一9#高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金分別用于某廠150噸轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)低硅、低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼作脫氧劑，與用AlFe(Ca50%,A150%)脫氧劑和
背景技術(shù)：
中所述專利低鈣(鋁鈣鎂鐵)合金(A150%,Ca4%，鎂5%，Si2%,余量為Fe)對比，結(jié)果如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由上表可見，應(yīng)用本發(fā)明高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金脫氧較用AlFe脫氧，脫氧效果好，鋼中夾雜物(Al203)含量明顯減少，水口不易結(jié)瘤，鋼中殘鋁高，經(jīng)濟(jì)效益明顯。與低4丐鋁釣鎂鐵合金相比，本發(fā)明高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金的脫氧效果和鋼中Al203夾雜物含量均好于低鉀鋁釣鎂鐵合金。比較1#一9#鋁4丐鎂鐵合金，還可得出(1)當(dāng)合金中Al:Ca-l—l.3:1時其脫氧效果和鋼中AI2O3夾雜物含量均優(yōu)于該范圍以外的合金，這是因為在此范圍內(nèi)，大部分Al203轉(zhuǎn)化成了低熔點脫氧產(chǎn)物。(2)當(dāng)合金中Ca取18—25%，Al:Ca=l—1.3:1時效果更好，其中又以9#合金效果最優(yōu)。(3)當(dāng)合金中Ca超過25%時，Al與Ca的重量比不宜超過1.5,否則會使合金因Fe含量太低(40°/。以下)，密度比鋼水低太多，導(dǎo)致脫氧時易浮至鋼水表面而氧化燒損，降低脫氧劑的有效利用率。同時鋁和鈣的含量超過鐵太多，合金在空氣中的穩(wěn)定性會變差，容易粉化，不易儲存。(4)當(dāng)Ca低于18"/。，Al:Ca-l—l.3:1時，合金中Fe含量將達(dá)60°/以上，超過有效脫氧成分A1和Ca的總量，達(dá)到同樣的脫氧效果，脫氧劑的用量相對增加。最后，需要說明的是本發(fā)明高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金，不限于只用作冶煉4氐硅、低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的脫氧劑，也可用作冶煉有相同要求的其它鋼種的脫氧劑。權(quán)利要求1、一種用于煉鋼脫氧的高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金，其特征是按重量含有15％＜Ca≤28％，Al∶Ca＝1-2∶1，Mg2-6％，F(xiàn)e余量。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金，其特征是按重量含有Cal8—25%，Al:Ca=l—1.3:1，Mg2—4%，F(xiàn)e余量。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金，其特征是按重量含有Ca22%,A122%，Mg3%，F(xiàn)e余量。4、根據(jù)權(quán)利要求l、2或3所述的高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金的制備方法，其特征是包括以下步驟(1)分別按重量。M140,Ca60和A160,Mg40配料，并用低頻感應(yīng)爐分別冶煉成鋁4丐中間合金和鋁鎂中間合金，備用；(2)按所述高鈣無硅鋁鈣4美鐵合金的成分含量計算出每爐冶煉所用原料鋁、上述鋁4丐中間合金和鋁鎂中間合金以及低碳廢鋼的數(shù)量，并分別稱取，將稱取的鋁釣中間合金和鋁鎂中間合金分別裝入帶有網(wǎng)孔的耐高溫容器中，備用；(3)用功頻感應(yīng)爐將上述原料鋁和低碳廢鋼熔融成鋁鐵金屬液；(4)將上述裝有鋁鈣中間合金和鋁鎂中間合金的容器同時壓入上述鋁4失金屬液深部，攪動5—15秒鐘，使中間合金被熔融，成鋁鈣鎂鐵合金液，將容器取出，并快速轉(zhuǎn)入步驟(5);(5)將上述鋁4丐鎂鐵合金液向模具澆鑄，澆鑄過程中用氬氣對流出爐嘴的合金液進(jìn)行保護(hù)；(6)冷卻脫模，經(jīng)破碎得到本發(fā)明高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金制品。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于煉鋼脫氧的高鈣無硅鋁鈣鎂鐵合金，按重量含有15％＜Ca≤28％，Al∶Ca＝1-2∶1，Mg2-6％，F(xiàn)e余量。優(yōu)選范圍是Ca18-25％，Al∶Ca＝1-1.3∶1，Mg2-4％，F(xiàn)e余量。其制備方法是以鋁、鈣、鎂和低碳廢鋼為原料，先用低頻爐冶成鋁鈣和鋁鎂中間合金，再用功頻爐冶成鋁鐵金屬液，用帶網(wǎng)孔的耐高溫容器將中間合金壓入鋁鐵金屬液深部，熔融，澆鑄時用氬氣保護(hù)。該合金用于冶煉低硅、低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼終脫氧，可最大限度地降低脫氧產(chǎn)物Al₂O₃的有害影響；整體脫氧效果好。文檔編號C22C33/06GK101113485SQ200710012120公開日2008年1月30日申請日期2007年7月16日優(yōu)先權(quán)日2007年7月16日發(fā)明者范松濤,郭慶成申請人:郭慶成