專利名稱：一種高純凈髙硅錳硅合金的熔煉制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鐵合金生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種用于高純凈鋼及其他金屬冶煉 用的高純凈髙硅錳硅合金的熔煉制備方法。
背景技術(shù)：
高硅錳硅合金廣泛用于鋼鐵冶煉后期的脫氧合金化和冶煉低碳錳鐵及其它合金 的還原劑，傳統(tǒng)的髙硅錳硅合金的熔煉方法是用富錳渣、硅石、焦炭、木炭等在礦熱爐內(nèi)采 用一步法連續(xù)生產(chǎn)，采用這種生產(chǎn)方法難以生產(chǎn)微碳或無(wú)碳的錳硅合金，另外，該方法采用 焦炭、木炭作燃料和還原劑，原燃料特別是焦炭、木炭中的硫、磷大部分或全部被還原進(jìn)入 合金，因此，要想控制合金中的硫、磷等有害元素含量，對(duì)原燃料的要求非常高，生產(chǎn)控制難 度加大，特別是近年來(lái)隨著對(duì)合金中碳、硫、磷等雜質(zhì)含量控制要求的提高，傳統(tǒng)的礦熱爐 工藝難以生產(chǎn)高純凈髙硅錳硅合金。高純凈的髙硅錳硅合金用于純凈鋼生產(chǎn)的脫氧合金化和冶煉微碳或無(wú)碳純凈合 金，對(duì)提高鋼鐵及合金產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要意義；例如，不銹鋼脫氧時(shí)采用高純凈硅錳合金， 降低有害元素P、S等的含量，可以顯著提高不銹鋼的抗腐蝕性能和綜合機(jī)械性能，有與增加 強(qiáng)化元素相同的效果，因此，采用高純凈髙硅錳硅合金，可以節(jié)約用戶端的成本。因此，發(fā)明一 種新的高純凈髙硅錳硅合金生產(chǎn)方法，對(duì)提高鋼鐵及合金產(chǎn)品質(zhì)量等方面具有重要意義。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?2114376. 5，發(fā)明名稱髙硅錳 硅合金生產(chǎn)新工藝)提出采用兩臺(tái)電爐分別熔煉錳硅合金和硅鐵合金，然后采用爐外熱兌 的方法生產(chǎn)髙硅錳硅合金；該方法的不足主要是兩臺(tái)電爐的匹配要求高、生產(chǎn)操作繁瑣，另 外該方法為使液態(tài)硅錳和液態(tài)硅鐵充分混合，需要在兩個(gè)鐵水包之間反復(fù)倒包或搖包，鐵 合金的吸氣、氧化嚴(yán)重，影響產(chǎn)品質(zhì)量和收得率，該技術(shù)的另外一個(gè)顯著不足是采用硅錳和 硅鐵生產(chǎn)髙硅錳硅合金，有害元素硫、磷的控制難度大，雖然該發(fā)明提出產(chǎn)品中1%， S ^ 0.01, C ^ 0. 5%的限制，但這個(gè)級(jí)別的純凈度對(duì)高純凈合金是難以滿足要求的。中國(guó)發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?00810068700. 9，發(fā)明名稱用精煉電爐生產(chǎn)髙硅錳硅合 金工藝)提出用低、中碳錳鐵爐渣和焦炭、硅鐵、電解金屬錳次品或普通錳合金及廢次品工 業(yè)硅作為還原劑在精煉爐內(nèi)生產(chǎn)髙硅錳硅合金，該方法的顯著不足仍是采用焦炭還原錳 渣，對(duì)控制合金中的硫、磷含量的難度非常大，為了實(shí)現(xiàn)脫磷、脫硫，在精煉爐內(nèi)加入石灰和 氟石造渣，不僅會(huì)增加硅的氧化消耗，還會(huì)嚴(yán)重降低爐襯的壽命，另外，該方法生產(chǎn)的錳硅 合金中的碳含量取決于Si含量，例如要使碳含量低于0. 05%，則硅含量必須在30%以上，因 此，合金中的硅、錳、碳含量不能單獨(dú)控制。綜上所述，現(xiàn)有的髙硅錳硅合金生產(chǎn)技術(shù)受到原料、工藝和設(shè)備等因素的制約，難 于實(shí)現(xiàn)高純凈(微碳或無(wú)碳、低硫、低磷)髙硅錳硅合金的生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種高純凈髙硅錳硅合金的熔煉方法，解決目前髙硅錳硅合金生產(chǎn)存在的有害雜質(zhì)元素含量高、熔煉方法復(fù)雜及元素含量匹配控制難度高的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn) 低成本、易操作控制的高純凈髙硅錳硅合金生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的
一種高純凈髙硅錳硅合金熔煉制備方法，其特征在于以硅灰石-石灰作造渣料加入感 應(yīng)電爐底部，以電解錳、工業(yè)硅和硅鐵為原料，采用感應(yīng)電爐直接熔煉后澆注制備髙硅錳硅合金。實(shí)現(xiàn)該發(fā)明的具體方法特征如下
1)熔煉含鐵的髙硅錳硅合金時(shí)，加造渣料后將電解錳、硅鐵裝入感應(yīng)電爐內(nèi)，通電升溫 熔化后將合金熔體溫度控制在130(Γ1400 ，測(cè)定合金成分，錳量不足時(shí)加入電解錳調(diào)整錳 量；硅含量不足時(shí)，用硅鐵或工業(yè)硅調(diào)整硅含量，合金成分合格后，撥去浮渣，澆注到金屬模 內(nèi)形成塊狀髙硅錳硅合金；當(dāng)用工業(yè)硅調(diào)整硅含量時(shí)，爐溫控制在143(T150(TC，以加快硅 的熔解。2)冶煉不含鐵的髙硅錳硅合金時(shí)，以電解錳和工業(yè)硅為原料，不采用硅鐵；其冶煉 過(guò)程為加造渣料后將電解錳裝入感應(yīng)爐內(nèi)，通電升溫熔化，加入工業(yè)硅，將合金熔體溫度 控制在143(T150(TC，成分合格后，撥去浮渣，澆注到金屬模內(nèi)形成塊狀髙硅錳硅合金。3)感應(yīng)電爐
感應(yīng)電爐采用頻率為15(Tl0000Hz的中頻感應(yīng)電爐，采用兩相或三相供電，爐內(nèi)實(shí)現(xiàn) 整體攪拌。4)坩堝的材質(zhì)與造渣材料
坩堝的材質(zhì)根據(jù)冶煉合金的成分選用，當(dāng)冶煉合金成分中硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于30%時(shí)，一 般采用酸性坩堝，以減少硅的燒損，相應(yīng)的造渣材料為(重量％)硅灰石70%，石灰30%，以減 少坩堝侵蝕和提高坩堝壽命，造渣料加入量為電解錳和硅鐵或電解錳和工業(yè)硅加入量的 1% ；當(dāng)冶煉合金成分中硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于20%時(shí)，一般采用堿性坩堝，以減少錳的燒損，相應(yīng) 的造渣材料為(重量％)硅灰石30%，石灰70%，以減少坩堝侵蝕和提高坩堝壽命，造渣料加入 量為金屬料加入量的1% ；當(dāng)冶煉合金成分中硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%至30%之間時(shí)，一般采用中 性坩堝，以平衡硅、錳元素的燒損量，相應(yīng)的造渣材料為(重量％)硅灰石50%，石灰50%，以減 少坩堝侵蝕和提高坩堝壽命，造渣料加入量為金屬料加入量的1%。5)造渣料的特征與使用量
本發(fā)明中的造渣料有硅灰石和石灰配制，造渣料在裝入金屬料前作為鋪底渣料加入爐 內(nèi)，其加入量為金屬料重量的1%左右。造渣料的組成即硅灰石與石灰的比例根據(jù)冶煉合金 的成分(坩堝的材質(zhì))確定當(dāng)冶煉合金成分中硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于30%時(shí)，相應(yīng)的造渣材料為 (重量％)硅灰石70%，石灰30%，以控制金屬料燒損和減少坩堝侵蝕；當(dāng)冶煉合金成分中硅質(zhì) 量分?jǐn)?shù)低于20%時(shí)，相應(yīng)的造渣材料為(重量％)硅灰石30%，石灰70% ；當(dāng)冶煉合金成分中硅 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%至30%之間時(shí)，相應(yīng)的造渣材料為(重量％)硅灰石50%，石灰50%。6)爐料的選擇
冶煉不含鐵的髙硅錳硅合金時(shí)，以電解錳和工業(yè)硅為原料，不采用硅鐵。其冶煉過(guò)程 為將電解錳裝入感應(yīng)爐內(nèi)，通電升溫熔化，加入工業(yè)硅，將溫度控制在143(T150(TC，成分 合格后，撥去浮渣，澆注到金屬模內(nèi)形成塊狀髙硅錳硅合金。冶煉含鐵的髙硅錳硅合金時(shí)，硅元素的引入以硅鐵為主，工業(yè)硅作調(diào)整硅成分用。
電解錳的選料要求為選擇牌號(hào)為DJMn99. 7，成分為(質(zhì)量％) :Mn99. 7，C<0. 04， S<0. 05，Ρ<0·005.
硅鐵的選料要求一般選用髙牌號(hào)硅鐵 ^5 75-Α，成分為(質(zhì)量％) =Si 74. 0-80. 0, Μη<0. 4，Cr<0. 3, S<0. 02, P<0. 035, C<0. 1.
工業(yè)硅的選料要求一般選用一級(jí)或二級(jí)硅，成分要求為(質(zhì)量％) =Si >98，F(xiàn)e<0. 5, ΑΚ0. 5, Ca<l. 0.
7)對(duì)于造渣材料要求
活性石灰的化學(xué)組成為100% > CaO ^ 90. 0, 5%彡MgO > 0，2. 5%彡SiO2 > 0，其余為 Al2O3等微量雜質(zhì)；
硅灰石的化學(xué)組成為 SiR 45% 55%，Ca0 ；35% 45%，Mg0 < 0. 8%，S<0. 03%，P< 0.03%。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，采用本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下
①本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是以電解錳、工業(yè)硅和高牌號(hào)硅鐵為原料在中頻感應(yīng)爐內(nèi)一步法熔 煉髙硅錳硅合金，替代傳統(tǒng)的礦熱爐還原熔煉工藝，不使用焦炭等還原劑，所以合金中碳、 硫、磷等雜質(zhì)元素含量顯著降低，達(dá)到高純凈髙硅錳硅合金的要求；
②感應(yīng)爐熔煉與礦熱爐還原、精煉爐精煉傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝以及背景技術(shù)中雙電爐熔煉 熱兌工藝等相比，具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)操作易于控制、設(shè)備投資少等優(yōu)點(diǎn)；
③采用的原料來(lái)源廣，生產(chǎn)成本低；
④采用本發(fā)明，錳硅合金中的硅錳元素含量可單獨(dú)控制，可以制備礦熱爐難于生產(chǎn)的 髙硅錳硅合金；
⑤采用本發(fā)明，熔煉速度快，硅錳元素的燒損少，產(chǎn)生的渣及煙塵少，不污染環(huán)境。以下是本發(fā)明與傳統(tǒng)工藝的對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種高純凈髙硅錳硅合金的熔煉制備方法，其特征在于以硅灰石-石灰作造渣料加 入感應(yīng)電爐底部，以電解錳、工業(yè)硅和硅鐵為原料，采用感應(yīng)電爐直接熔煉后澆注制備髙硅 錳硅合金。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高純凈髙硅錳硅合金的熔煉制備方法，其特征在于熔煉 含鐵的髙硅錳硅合金時(shí)，加造渣料后將電解錳、硅鐵裝入感應(yīng)電爐內(nèi)，通電升溫熔化后將合 金熔體溫度控制在130(Γ1400 ，測(cè)定合金成分，錳量不足時(shí)加入電解錳調(diào)整錳量；硅含量 不足時(shí)，用硅鐵或工業(yè)硅調(diào)整硅含量，合金成分合格后，撥去浮渣，澆注到金屬模內(nèi)形成塊 狀髙硅錳硅合金。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高純凈髙硅錳硅合金的熔煉制備方法，其特征在于冶煉 不含鐵的髙硅錳硅合金時(shí)，加造渣料后將電解錳裝入感應(yīng)爐內(nèi)，通電升溫熔化，加入工業(yè) 硅，將合金熔體溫度控制在143(T150(TC，成分合格后，撥去浮渣，澆注到金屬模內(nèi)形成塊狀髙硅錳硅合金。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高純凈髙硅錳硅合金的熔煉制備方法，其特征在于感應(yīng) 電爐采用頻率為15(Tl0000Hz的中頻感應(yīng)電爐，采用兩相或三相供電，爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)整體攪拌。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種高純凈髙硅錳硅合金的熔煉制備方法，其特征在 于感應(yīng)電爐采用坩堝的材質(zhì)根據(jù)冶煉合金的成分選用，當(dāng)冶煉合金成分中硅元素質(zhì)量分 數(shù)大于30%時(shí)，采用酸性坩堝，以減少硅的燒損；當(dāng)冶煉合金成分中硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于20%時(shí) 采用堿性坩堝，以減少錳的燒損；當(dāng)冶煉合金成分中硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%至30%之間時(shí)，采用 中性坩堝，以平衡硅、錳元素的燒損量。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的一種高純凈髙硅錳硅合金的熔煉制備方法，其特征在于 所述造渣料由石灰和硅灰石混勻后，加入爐底部，其加入量為為電解錳和硅鐵或電解錳和 工業(yè)硅重量的1% ；造渣材料中硅灰石和石灰的配比根據(jù)冶煉合金的成分確定，當(dāng)冶煉合金 成分中硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于30%時(shí)，相應(yīng)的造渣材料為硅灰石70% (重量%)，石灰30% (重量％); 當(dāng)冶煉合金成分中硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%至30%之間時(shí)，相應(yīng)的造渣材料為硅灰石50%(重量％)， 石灰50% (重量％)；當(dāng)冶煉合金成分中硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于20%時(shí)，相應(yīng)的造渣材料為硅灰石 30% (重量%)，石灰70% (重量％)。
7.如權(quán)利要求2所述的所述的一種高純凈髙硅錳硅合金的熔煉制備方法，其特征在 于硅元素的引入以硅鐵為主，工業(yè)硅作調(diào)整硅成分用，當(dāng)用工業(yè)硅調(diào)整硅含量時(shí)，爐溫控 制在143(Tl500°C，以加快硅的熔解。
8.如權(quán)利要求1所述的一種高純凈髙硅錳硅合金的熔煉制備方法，其特征在于所述 電解錳的成分為(質(zhì)量％) :Mn99. 7,C<0. 04,S<0. 05,P<0. 005 ；所述硅鐵的成分為(質(zhì)量％) Si 74.0-80.0, Mn<0. 4, Cr<0. 3, S<0. 02，P<0. 035，C<0. 1 ；所述工業(yè)硅的成分要求為(質(zhì) 量 ％) =Si 彡 98，F(xiàn)e<0. 5, ΑΚ0. 5, Ca<l. 0。
9.如權(quán)利要求1所述的一種高純凈髙硅錳硅合金的熔煉制備方法，其特征在于所述 活性石灰的化學(xué)組成為100% > CaO彡90. 0,5%彡MgO > 0,2. 5%彡SiO2 > 0，其余微量雜 質(zhì)；所述硅灰石的化學(xué)組成為SiR 45% 55%，CaO 35% 45%，MgO ^ 0. 8%, S<0. 03%, P< 0. 03%。
全文摘要
本發(fā)明屬于鐵合金生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種用于高純凈鋼及其他金屬冶煉用的高純凈髙硅錳硅合金的熔煉制備方法，其特征在于，以電解錳、工業(yè)硅和硅鐵為原料，采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，其熔煉過(guò)程為將電解錳、硅鐵混合后裝入感應(yīng)電爐內(nèi)，通電升溫熔化后測(cè)定合金成分，錳量不足時(shí)加入電解錳調(diào)整錳量；硅含量不足時(shí)，可用硅鐵或工業(yè)硅調(diào)整硅成分，成分合格后，澆注到金屬模內(nèi)形成塊狀髙硅錳硅合金。采用本發(fā)明可顯著提高合金的純凈度，合金中含碳量可小于0.05%至無(wú)碳，P≤0.005%，S≤0.005，該合金用于純凈鋼的脫氧合金化和冶煉高純凈合金的還原劑。另外，本發(fā)明的設(shè)備投資少，操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)C22C1/02GK102071331SQ20111003777
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者張廷旺, 李桂榮, 王宏明, 趙玉濤, 閆永其 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)