專利名稱：一種含鈣鐵合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含鈣鐵合金的制備方法，屬于金屬材料冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈣是堿土金屬，比重為1. 54g/cm3,熔點為842 °C，沸點為1484 °C，蒸汽壓為 11. 33KPa(983°C )。其具有很強的還原性，特別是與氧和氮反應(yīng)更為強烈，是很好的脫氧元 素。鈣用于煉鋼脫氧，不但脫氧效果好，還能提高鋼的質(zhì)量。但由于它比重輕，熔點低，不能 直接在煉鋼中使用，需要把鈣與鐵、錳等比重大、熔點高的元素制成合金，但是由于鈣在空 氣中熔煉燃燒和氧化十分嚴(yán)重，制成合金十分困難。目前制備含鈣鐵合金的方法都是開放式的熔煉和澆鑄，熔煉和澆鑄在高溫下進(jìn) 行，鈣與空氣中的氧燃燒并氧化，因此鈣的燒損大，制得的合金中含鈣僅在8%左右(重量 百分比，以下同)，而鈣的燒損達(dá)60-70%，很難使合金中的鈣達(dá)到10%以上。然而，合金中 鈣小于10%，其脫氧效果又不明顯。因此，如何獲得含鈣量高的鈣鐵合金(> 10% )，并且 減少鈣的燒損的含鈣合金的制備方法成為本領(lǐng)域技術(shù)人員追求的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有含鈣的鐵合金制備過程中鈣燒損大的技術(shù)問題，提供一 種含鈣量高的含鈣鐵合金的制備方法。本發(fā)明所述含鈣鐵合金是指含鈣和鐵的合金以及含鈣和鐵為主還包含其他元素 中的一種或一種以上的合金。如鈣鐵、鈣鋁鐵、鈣鎂鐵、鈣鋁鎂鐵、鈣鋁錳鐵等等。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種含鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，該制備方法包括 以下步驟將原料放在封閉的熔爐中進(jìn)行熔煉，熔煉后在封閉的澆鑄室內(nèi)澆鑄。使外部空氣 不能進(jìn)入熔爐和澆鑄室，在熔爐中的高溫下，部分氣體排出加之原料中帶入的可燃物質(zhì)燃 燒。使熔爐和澆鑄室內(nèi)的氧氣含量保持在不支持燃燒的狀態(tài)。進(jìn)一步，本發(fā)明可向熔爐和澆鑄室內(nèi)投入燃料燃燒，以消耗熔爐和澆鑄室內(nèi)的氧 氣，控制其氣體中氧氣的含量小于氣體體積的6%乃至5%，從而達(dá)到不支持燃燒的狀態(tài)。 澆鑄室中放入燃料，當(dāng)澆鑄室內(nèi)氣體中的氧含量大于5%或6%時會自燃，小于5%或6%時 會自滅。作為優(yōu)選，為了輔助阻止鈣的燃燒和氧化，進(jìn)一步，本發(fā)明在熔煉和澆鑄過程中分 別向熔爐和澆鑄室中加入阻燃劑輔助阻燃。阻燃劑最好占合金重量百分比為大于0小于10%。使?fàn)t內(nèi)的鈣達(dá)到不燃燒和氧 化，減少鈣的燒損。該合金的制備方法還包括以下步驟合金熔煉好后通過導(dǎo)管將合金液導(dǎo)入封閉的 澆鑄室內(nèi)。避免合金液與空氣中氧接觸，從而減少燃燒和氧化的機會。本發(fā)明為防止合金粉化，本發(fā)明所述的含鈣鐵合金的制備方法，在所述合金澆鑄 成型后，采用真空密封包裝；或作為另一種優(yōu)選，向鈣鐵合金密封包裝物中注入惰性氣體，或者將合金投入石蠟溶液中，使合金表面涂覆厚度為0. 01 Imm的石蠟保護(hù)膜。所述向合金密封包裝物中注入惰性氣體占合金重量的1_20%。 本發(fā)明所述的含鈣鐵合金的制備方法，由于采用封閉式熔煉和澆鑄方法，從熔煉 到澆鑄的過程中，含鈣鐵合金液都與外界空氣隔絕條件下進(jìn)行。在熔化爐內(nèi)熔煉時，由于 溫度較高部分氣體排出爐外，同時原料中所帶的雜物燃燒使?fàn)t內(nèi)氣體中氧含量降低至小于 6%或5%，達(dá)到不支持燃燒。此時，可以減少鈣的燃燒和氧化，降低鈣的損耗，提高合金中鈣 的含量。如果爐內(nèi)氣體氧含量超過上述比例，可向爐內(nèi)投入燃料進(jìn)行燃燒，將氧氣含量控 制在6%或5%以下，從而避免鈣的燃燒和氧化直到熔煉結(jié)束。在澆鑄前向澆鑄室內(nèi)投入燃 料燃燒，當(dāng)氧含量大于5%或6%時會燃燒，小于5%或6%會自動熄滅。其中所述燃料可用 氣體燃料，如天然氣、煤氣等。也可用液體燃料，如重油、液化氣等。也可以用固體燃料，如 石蠟、木柴等。為了進(jìn)一步阻止鈣燃燒和氧化，本發(fā)明向熔爐內(nèi)和澆鑄室內(nèi)加入阻燃劑。阻燃劑 種類較多，本發(fā)明所用阻燃劑包括有機阻燃劑磷系及鹵-磷系、鋁-鎂系等，無機阻燃 劑磷系等。如氯化石臘、紅磷、氯化鈉等等，當(dāng)熔爐或澆鑄室內(nèi)通過燃燒法，氣體中的氧 含量仍達(dá)不到不支持燃燒量，仍有燃燒現(xiàn)象，可投入阻燃劑，輔助阻燃。阻止鈣的燃燒和氧 化。加入量根據(jù)鈣鐵合金不燃燒為度，一般阻燃劑占鈣鐵合金重量百分比為大于0、小于等 于 10%。為了達(dá)到本發(fā)明所述的封閉熔煉和澆鑄，其熔爐設(shè)有爐蓋，蓋上爐蓋后使熔爐與 外界空氣隔絕。同時在爐蓋上裝有測氧儀，測定爐中氧氣的含量。爐蓋上裝有熱電偶，測定 爐內(nèi)溫度。爐蓋上設(shè)有加料口，供加入阻燃劑。加料口上有小蓋，可隨時關(guān)閉和打開；澆鑄 室是采用鋼板或用耐火材料制成的封閉室，澆鑄室的上方設(shè)有帶蓋的加料口，供加入燃料 用。澆鑄室設(shè)有封閉門，供取放模具和成品，封閉門關(guān)閉后與外界空氣隔絕。本發(fā)明的含鈣鐵合金的具體生產(chǎn)工藝為按含鈣鐵合金成分要求配料，將配好的 物料投入熔爐中，蓋好爐蓋，堵住出鐵口，送電開始熔煉。當(dāng)爐內(nèi)氣體中氧含量大于5%或 6%時，將燃料點燃陸續(xù)從投料口投入爐內(nèi)燃燒，直至熔煉結(jié)束。控制爐內(nèi)氣體中的氧含量 始終保持小于5%或6%，沒有燃燒現(xiàn)象。爐溫達(dá)1200-1 350°C時，合金料全部熔化形成合 金，準(zhǔn)備出爐。如仍有燃燒現(xiàn)象可向爐內(nèi)投入阻燃劑，輔助阻燃；出爐前5-10分鐘，將點燃 的燃料從澆鑄室的投料口投入到澆鑄室進(jìn)行燃燒，使?jié)茶T室的氧含量保持小于5%或6%， 燃料自滅為止。準(zhǔn)備工作做好后，打開爐出鐵口，將合金液經(jīng)導(dǎo)管注入澆鑄室中的模具鑄 型。冷卻后，打開澆鑄室的封閉門取出合金，化驗和保護(hù)封閉包裝入庫。應(yīng)說明的是，本發(fā)明所述的含鈣鐵合金，其中鐵的熔點是1535°C，當(dāng)它與鋁、鈣、 鎂、硅等低熔點金屬中的一種或多種熔成合金時，根據(jù)合金成分的不同，其共熔點降為 1000-1400°C左右，這個溫度尚未達(dá)到鈣的沸點(1484°C)，鈣不能氣化。同時由于采用本發(fā) 明的上述在封閉式熔爐和澆鑄室內(nèi)的制備方法，能有效地防止鈣的氧化和燃燒。因此，可以 有效地提高合金中鈣的含量。
具體實施例方式下面通過具體實施例說明本發(fā)明。
實施例1，用半封閉350KVA中頻電爐制備鈣鋁鐵合金，合金成分為Ca 15%, A1 40%、余量為Fe。爐內(nèi)總投料200kg，其中金屬鈣32kg，金屬鋁81kg，廢鋼87kg。將上述爐 料投入爐內(nèi)，送電開始熔煉。15分鐘爐內(nèi)，當(dāng)熔煉溫度為400°C左右時，蓋好爐蓋，爐料(廢 鋼)中的雜物燃燒使?fàn)t內(nèi)氣體含氧量達(dá)6%。45分鐘左右，爐溫達(dá)1350°C，爐內(nèi)原料全部熔 化，準(zhǔn)備出爐。通過導(dǎo)管將合金液注入封閉澆鑄室鑄型。出爐前，將模具在澆鑄室放好，在 澆鑄室內(nèi)投放氯化石蠟5kg，關(guān)閉澆鑄室封閉門，放入合金液后氯化石蠟會自動燃燒。當(dāng)澆 鑄室內(nèi)氣體中的氧含量小于6 %時會自動熄滅，合金中的鈣也不會燃燒和氧化。鈣鋁鐵合 金冷卻后，打開澆鑄室封閉門，取出合金化驗。經(jīng)化驗合金成分Ca 15. 12%,A1 39. 96%, Fe為余量。合金冷卻后，將成品鈣鋁鐵合金裝入塑料袋中，抽真空后封口。用本發(fā)明的方 法制備的鈣鋁鐵合金，其Ca的燒損僅為5. 5%，而采用普通方法熔煉，同量鈣合金中含量只 有9. 36%，燒損高達(dá)41. 5%。其中，用于控制熔煉爐以及澆鑄室內(nèi)的氧氣含量的燃料不限 于氯化石蠟，就不一一例舉。實施例2，用實施1的電爐生產(chǎn)鈣鋁錳鐵合金，合金目標(biāo)成分為Ca30%、A1 30%, Mn 30%，余量為Fe。備爐料200kg，其中鈣64kg，金屬鋁62kg，中碳錳鐵40kg(含Mn75% )， 廢鋼34kg。將上述原料投入爐中送電開始熔煉。15分鐘后蓋好爐蓋，爐內(nèi)熔化溫度達(dá)400°C 時，檢測爐內(nèi)氣體含氧量在左右，仍有燃燒現(xiàn)象，向爐內(nèi)投阻燃劑紅磷1.5kg，輔助阻 燃。43分鐘爐溫達(dá)1300°C，合金已全部熔化。出爐前打開澆鑄室封閉門，放好模具，關(guān)上封 閉門。打開澆鑄室加料口蓋，點燃硫黃5kg并投入燒注室，然后蓋好加料口蓋，控制澆鑄室 內(nèi)氣體的含氧量低于5%，打開出鐵口，通過導(dǎo)管將合金液注入封閉澆鑄室開始澆鑄。待合 金冷卻后，取出合金化驗，經(jīng)化驗合金成分為Ca 29. 76%, A1 31.01%,Mn 29. 67%，余量 為Fe，Ca得燒損為7%。將成品鈣鋁錳鐵合金裝入20kg的塑料袋中，注入氬氣2kg封閉， 再裝入塑料桶內(nèi)蓋嚴(yán)桶蓋入庫。實施例3，用實施例1的電爐生產(chǎn)鈣鎂鐵合金，合金目標(biāo)成分為Ca40%、Mg5%、余 量為Fe。爐料配比金屬鈣82kg，金屬鎂10kg，廢鋼108kg，共200kg。將上述爐料投入電爐 中，送電開始熔煉。15分鐘后，爐溫達(dá)400°C時，蓋好爐蓋，檢測氣體中氧含量為8%，爐內(nèi)仍 有燃燒現(xiàn)象。此時從投料口用導(dǎo)管向熔爐內(nèi)輸入重油并燃燒，使氧氣含量降低至5%以下， 使?fàn)t內(nèi)保持沒有燃燒現(xiàn)象。40分鐘后，爐內(nèi)溫度達(dá)1250°C，合金全部熔化。將模具在澆鑄 室內(nèi)放好，關(guān)好澆鑄室的封閉門。出爐前5分鐘向澆鑄室注入重油5kg點燃，使?jié)茶T室內(nèi)氧 含量保持5%以下。打開出鐵口，通過導(dǎo)管向澆鑄室的模具內(nèi)注入金屬液。澆鑄成型后，經(jīng) 化驗合金成分Ca39. 60%,Mg4. 91%,余量為Fe，Ca的燒損僅為3. 4%，。將成品鈣鎂鐵合金 投入石蠟溶液中使合金表層涂覆0. 2mm厚的石蠟保護(hù)膜。將成品封閉裝袋，每袋20kg，保護(hù) 合金不粉化。實施例4，用實施例1的電爐生產(chǎn)鈣鐵合金，合金目標(biāo)成分為Ca40%、余量為Fe。 爐料配比金屬鈣82kg，廢鋼118kg，共200kg。將上述爐料投入電爐中，送電開始熔煉。15 分鐘后，爐溫達(dá)400°C時，檢測爐內(nèi)氣體中氧含量仍在8%左右。蓋好爐蓋，從投料口用導(dǎo)管 向熔爐內(nèi)輸入液化氣并點燃，使?fàn)t內(nèi)氣體中的氧含量在6%以下，沒有燃燒現(xiàn)象。40分鐘 后，爐內(nèi)溫度達(dá)1250°C，合金全部熔化。出爐前將模具在澆鑄室內(nèi)放好，關(guān)好澆鑄室的封閉 門。出爐前5分鐘向澆鑄室注入重油5kg并點燃，使?jié)茶T室內(nèi)氧含量保持6%或5%以下。 打開出鐵口，通過導(dǎo)管向澆鑄室注入金屬液。澆鑄成型后，經(jīng)化驗合金符合成分要求，Ca為
539. 5%，余量為Fe，Ca的燒損為3. 6%。將成品封閉裝袋，每袋20kg，向袋內(nèi)注入氬氣4kg， 保護(hù)合金不粉化。 本發(fā)明的含鈣鐵合金的生產(chǎn)方法，其鈣的燒損少，僅僅為3. 4-7%，從而能使合金 中含鈣量增加，采用本發(fā)明所述方法生產(chǎn)的合金中Ca的含量大于10%。用本發(fā)明方法生產(chǎn) 的含鈣鐵合金，是一種脫氧效果更好的脫氧劑。
權(quán)利要求
一種含鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟將原料放在封閉的熔爐中進(jìn)行熔煉，熔煉后在封閉的澆鑄室內(nèi)澆鑄。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，在熔煉和澆鑄時，分別 向熔爐和澆鑄室內(nèi)投入燃燒物，使熔爐和澆鑄室內(nèi)氣體中的氧含量小于氣體體積百分比的6%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，使熔爐和澆鑄室內(nèi)氣 體中氧含量小于氣體體積百分比的5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，其在熔煉和澆鑄過程 中分別向熔爐和澆鑄室中加入阻燃劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，所述的阻燃劑占鈣鐵 合金重量百分比為大于0、小于等于10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5其中任一項所述的含鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，所述制 備方法還包括以下步驟當(dāng)合金在封閉的熔爐中熔煉好后，通過導(dǎo)管將合金液導(dǎo)入封閉的 澆鑄室內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的含鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，所述合金澆鑄成型后， 采用真空密封包裝；或向鈣鐵合金密封包裝物中注入惰性氣體，或?qū)⑩}鐵合金表面涂覆石 蠟保護(hù)膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的含鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體占合金 重量的1-20%。
全文摘要
本發(fā)明是一種含鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟將原料放在封閉的熔爐中進(jìn)行熔煉，熔煉后在封閉的澆鑄室內(nèi)澆鑄。根據(jù)需要在熔煉和澆鑄時分別向熔爐和澆鑄室內(nèi)投入燃燒物，使熔爐和澆鑄室內(nèi)氣體中氧含量小于氣體體積百分比的6％或者5％，不支持燃燒，阻止鈣的燃燒和氧化。根據(jù)需要向熔爐中加入阻燃劑，輔助阻止鈣的燃燒和氧化。鈣鐵合金用真空或注入惰性氣體密封包裝或?qū)⒑辖鸨砻嫱扛彩灡Ｗo(hù)膜，防止合金的粉化。本發(fā)明所述含鈣鐵合金的制備方法有效地減少了鈣的燒損和氧化，提高了鈣鐵合金中的鈣的含量。
文檔編號C22C33/04GK101871073SQ20101021028
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者謝應(yīng)凱, 謝應(yīng)旭 申請人:謝應(yīng)凱;謝應(yīng)旭