專利名稱：一種無硅含鈣鐵合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無硅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. 33MPa (983°C)。其具有很強的還原性，特別是與氧和硫反應(yīng)更為強烈，是很好的脫氧脫硫元素。鈣用于煉鋼脫氧脫硫，不但效果好，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。目前用于煉鋼的鈣，根據(jù)鈣與硅昜形成合金的原理，以硅石和氧化鈣等為原料，以碳作還原劑，用電熱法在礦熱爐中冶煉成硅鈣合金。鈣與硅形成合金后，改變鈣的昜燃等理化特性，用于煉鋼的脫氧和脫硫。但是由硅鈣合金中含硅不能用低硅鋼。要把鈣制成比重大、熔點高的無硅含鈣的合金，只能用金屬重熔法制得。由于鈣的熔點便是燃點，與鐵、錳等比重大、熔點高的元素制成合金時，錳和鐵還沒熔化，鈣就燃燒和氧化了，用金屬重熔制得合金也十分困難。目前制備無硅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60-70%，很難使合金中的鈣含量達到10%以上。然而，合金中鈣小于10%，其脫氧脫硫效果又不明顯。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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有無硅含鈣的鐵合金制備過程中鈣燒損大，合金中含鈣量低的技術(shù)問題，提供一種無硅含鈣量高的含鈣鐵合金的制備方法。本發(fā)明所述無硅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、且不含硅的合金。如鈣鐵、鈣鋁鐵、鈣鎂鐵、鈣鋁鎂鐵、鈣鋁錳鐵寸寸。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種無硅含鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，是用金屬重熔法制備無硅含鈣鐵合金，該制備方法包括以下步驟將原料放在封閉的熔爐中進行熔煉， 熔煉后在封閉的澆鑄室內(nèi)澆鑄；使外部空氣不能進入熔爐和澆鑄室，在熔煉和澆鑄時，分別向熔爐和澆鑄室內(nèi)投入燃燒物；并且向熔爐和澆鑄室內(nèi)加入阻燃劑或/和惰性氣體，阻止鈣的燃燒和氧化。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)。本發(fā)明為防止合金粉化，本發(fā)明所述的無硅含鈣鐵合金的制備方法，在所述合金澆鑄成型后，采用真空密封注入惰性氣體包裝；或?qū)⑩}鐵合金表面涂覆石蠟保護膜。所述向合金密封包裝物中注入惰性氣體占合金體積的1_10%，最好是8-10%。涂覆石蠟保護膜的厚度最好為0. 01 lmm。本發(fā)明通過向熔爐和澆鑄室內(nèi)投入燃燒物，或進一步加入惰性氣體，控制所述熔爐、澆鑄室內(nèi)氣體中的氧向的含量小于氣體體積百分比的6%。從而達到不支持燃燒的狀態(tài)。澆鑄室中放入燃料，當澆鑄室內(nèi)氣體中的氧含量大于6%時會自燃，小于6%時會自滅。其中，本發(fā)明所述的方法，在熔煉和澆鑄時，采用向熔爐和澆鑄室內(nèi)投入阻燃劑時，阻燃劑占合金重量百分比為大于0小于10%。使爐內(nèi)的鈣達到不燃燒和氧化，減少鈣的燒損。當向熔爐和澆鑄室內(nèi)注入惰性氣體時，可以選擇如氬氣，氮氣，二氧化碳等。其中， 所述惰性氣體占合金重量的1-20%。當合金中含鈣高時，阻燃劑和惰性氣體、以及投入燃燒物可以同時使用。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)明所述的無硅含鈣鐵合金的制備方法，用金屬重熔法制備無硅含鈣鐵合金， 由于采用封閉式熔煉和澆鑄方法，從熔煉到澆鑄的過程中，合金液都與外界空氣隔絕條件下進行。在熔煉和澆鑄時，向熔爐和澆鑄室內(nèi)投入燃燒物，并向熔爐和澆鑄室中投入阻燃劑和/或惰性氣體，使爐內(nèi)以及澆鑄室內(nèi)的氣體中氧含量降低至小于6%或5%，達到不支持燃燒。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。由于本發(fā)明從熔煉到澆鑄向爐內(nèi)一直投入燃料進行燃燒，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，并通過助燃劑和惰性氣體的輔助作用，效果更佳。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。本發(fā)明向熔爐內(nèi)和澆鑄室內(nèi)加入阻燃劑，其中阻燃劑種類較多，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。這些阻燃劑可是使用，也可以混合使用。當熔爐或澆鑄室內(nèi)通過燃燒法，氣體中的氧含量仍達不到不支持燃燒量，仍有燃燒現(xiàn)象，可投入阻燃劑，輔助阻燃。阻止鈣的阻燒和氧化。加入量根據(jù)鈣鐵合金不燃燒為度，一般阻燃劑占合金重量百分比為大于0、小于等于10%。為了達到本發(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，供加入阻燃劑和注入惰性氣體。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)明的無硅含鈣鐵合金的具體生產(chǎn)工藝為按無硅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)進行燃燒，直至熔煉結(jié)束?？刂茽t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1200-1350°C時，合金料全部熔化形成合金，準備出爐。如仍有燃燒現(xiàn)象可向爐內(nèi)投入阻燃劑或/和惰性氣體，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行燃燒，也可以進一步加入惰性氣體或/和阻燃劑，使?jié)茶T室的氧含量保持小于5%或6%，燃料自滅為止。準備工作做好后，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，涂保護膜或封閉包裝并注入惰性氣體后入庫。應(yīng)說明的是，本發(fā)明所述的無硅含鈣鐵合金，其中鐵的熔點是1535°C，當它與鋁、鈣、鎂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。由于鈣比重輕體和大，為了生產(chǎn)方便可將鈣與鋁等熔點低的金屬先制成含鈣的中間合金，再與熔點高的金屬重熔。
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%、Al 40%、余量為狗。爐內(nèi)總投料200kg，其中金屬鈣32kg，金屬鋁81kg，廢鋼87kg。本發(fā)明是用金屬重熔法制備無硅含鈣鐵合金，將上述爐料投入爐內(nèi)，送電開始熔煉。15分鐘爐內(nèi)，當熔煉溫度為400°C左右時，蓋好爐蓋，爐料(廢鋼)中的雜物燃燒，從投料口用導(dǎo)管向熔爐內(nèi)輸入液化氣在爐內(nèi)的封閉空間內(nèi)點燃，并向爐內(nèi)注入惰性氣體，使爐內(nèi)氣體含氧量達6%。45 分鐘左右，爐溫達1350°C，爐內(nèi)原料全部熔化，準備出爐。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)投放硫黃1kg，關(guān)閉澆鑄室封閉門，放入合金液后硫黃會自動燃燒，即耗氧又產(chǎn)生氧化硫保護氣體，當澆鑄室內(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%、Al 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，抽真空后注入氬氣封口。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 41. 5%ο實施例2，用實施1的電爐生產(chǎn)鈣鋁錳鐵合金，合金目標成分為Ca 30%、Al 30%、 Mn30%，余量為狗。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400°C 時，檢測爐內(nèi)氣體含氧量在7%左右，仍有燃燒現(xiàn)象，從投料口用導(dǎo)管向熔爐內(nèi)輸入重油并燃燒，并向爐內(nèi)投氯化石蠟，硫黃，氧化鈣等混合阻燃劑13kg，輔助阻燃。43分鐘爐溫達 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Ikg并投入燒注室，然后蓋好加料口蓋，如果含氧量高于5%，用導(dǎo)管加入惰性氣體，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%, Al 31.01%、 Mn29. 67%，余量為！^。將成品鈣鋁錳鐵合金裝入20kg的塑料袋中，真空注入氬氣封閉，再裝入塑料桶內(nèi)蓋嚴桶蓋入庫。實施例3，用實施例1的電爐生產(chǎn)鈣鎂鐵合金，合金目標成分為Ca 40%、Mg5%、余量為狗。爐料配比金屬鈣82kg，金屬鎂10kg，廢鋼10 ,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400°C時，蓋好爐蓋，檢測氣體中氧含量為8%，爐內(nèi)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，如果含氧量仍高于5%，并加入惰性氣體，使氧氣含量降低至5%以下，使爐內(nèi)保持沒有燃燒現(xiàn)象。為了防止鈣燒損可以結(jié)合向爐內(nèi)注入氬氣，氬氣注入量視爐內(nèi)無燃燒為度。40分鐘后，爐內(nèi)溫度達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^g點燃，并向澆鑄室內(nèi)注入惰性氣體，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Cal9. 60%, Mg4. 91%，余量為狗。將成品鈣鎂鐵合金投入石蠟溶液中使合金表層涂覆0.2mm厚的石蠟保護膜。將成品封閉裝袋，每袋20kg，保護合金不粉化。實施例4，用實施例1的電爐生產(chǎn)鈣鐵合金，合金目標成分為Ca 40%、余量為Fe。 爐料配比金屬鈣8 ,廢鋼lWkg，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)輸入重油并燃燒，并從投料口用導(dǎo)管向熔爐內(nèi)輸入氮氣和氯化石蠟，使爐內(nèi)沒有燃燒現(xiàn)象。40分鐘后，爐內(nèi)溫度達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，并向澆鑄室內(nèi)投放阻燃劑氯化石臘^ig,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，將成品封閉裝袋，每袋20kg，向袋內(nèi)注入氬氣3kg，保護合金不粉化。其中，用于控制熔煉爐以及澆鑄室內(nèi)的氧氣含量的燃料和阻燃物不限于上述實施例中的內(nèi)容，就不一一例舉。本發(fā)明用金屬重熔法生產(chǎn)的無硅含鈣鐵合金的生產(chǎn)方法，其鈣的燒損少，僅僅為 3-5. 5%，能使合金中含鈣量大于10%。用本發(fā)明方法生產(chǎn)的無硅含鈣鐵合金，是一種用于煉鋼脫氧脫硫效果更好的合金。
權(quán)利要求
1.一種無硅含鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，是采用金屬重熔法制備，該制備方法包括以下步驟將原料放在封閉的熔爐中進行熔煉，熔煉后在封閉的澆鑄室內(nèi)澆鑄；在熔煉和澆鑄時，分別向熔爐和澆鑄室內(nèi)投入燃燒物；并且向熔爐和澆鑄室內(nèi)加入阻燃劑或/ 和惰性氣體，阻止鈣的燃燒和氧化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無硅含鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，所述合金澆鑄成型后，采用真空密封注入惰性氣體包裝；或?qū)⑩}鐵合金表面涂覆石蠟保護膜。
全文摘要
本發(fā)明是一種無硅含鈣鐵合金的制備方法，它是用金屬重熔法熔煉成合金。該制備方法包括以下步驟將原料放在封閉的熔爐中進行熔煉，熔煉后在封閉的澆鑄室內(nèi)澆鑄；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)需要向熔爐中注入阻燃劑和/或注入惰性氣體，輔助阻止鈣的燃燒和氧化。無硅含鈣鐵合金用真空注入惰性氣體密封包裝或涂石蠟保護膜，防止合金的粉化。本發(fā)明所述無硅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，用于煉鋼脫氧脫硫。
文檔編號C22B9/16GK102242275SQ201110113499
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月4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