一種稀土鋁硅鈣鐵合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鐵合金技術領域，尤其涉及到一種稀土鋁硅鈣鐵合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 在煉鋼過程中，向鋼液中添加鋁是一種廣泛采用的脫氧工藝，但是由于鋁的大量 加入所生成的氧化鋁脫氧產物同樣對澆鑄順行、鋼材質量帶來很大的危害。為了消除氧化 鋁夾雜物的危害，目前主要采取的辦法有：（1)延長精煉攪拌時間，促進夾雜物上浮。但這 種方法必然會延長精煉時間，增加生產成本和降低產量。（2)改變鋼液精煉渣系來吸附從鋼 液中上浮到鋼液表面的氧化鋁夾雜物。這種方法同樣存在著精煉時間長，爐渣成分難以得 到精確控制等不足。除此以外，就是在添加鋁脫氧后，鋼液中添加鈣元素，也就是通常所說 的對鋼液進行鈣處理，其目的就是使得添加到鋼液中的鈣與殘留在鋼中的氧化鋁夾雜物相 結合形成鈣鋁復合氧化物，形成如12CaO · 7A1203這種低熔點大顆粒夾雜物，這種夾雜物一 方面容易從鋼液中上浮去除，另一方面由于其熔點較低，在澆注過程不容易造成水口結瘤， 保證澆注順行。
[0003] 由于金屬鈣在煉鋼溫度下容易氣化，因此不容易加入，收得率很低。研宄工 作者提出了將鈣元素制成以塊狀含鈣合金的辦法在鋼液冶煉過程加入。除了鈣能使 氧化鋁夾雜物變性以外，近年來，國內外對稀土在鋼中夾雜物的改性和變質作用十分 重視° 文獻 I (Hiroshi Hirata 等：Steel Having Finely Dispersed Inclusions, US Patent2006/0157162A1)記載：當鋼液中含有一定量的稀土 RE元素后，會形成REAlO3這種 低熔點、低硬度的夾雜物，同時提到，當稀土與鈣等元素進一步結合可以避免Al 2O3團簇的 形成，生產出高潔凈鋼（如：軸承鋼）。其添加的工藝是：首先進行鋁脫氧，然后加入稀土進 行夾雜物去除和變性。文獻2(渠天盛等：稀土鋁鐵合金，授權公告號CN100475998C)發明 了一種新的稀土鋁鐵合金，成份為：Al 20~70%，RE 0.5~50%，該合金使用方便、脫氧及 去除夾雜物效率高。但在合金中沒有添加有益的鈣元素，使其在使氧化鋁夾雜物變性和去 除方面的效果受到影響。
[0004] 文獻3(謝應凱：用于煉鋼稀土鋁基復合合金，公開號CN101092657A)提出了一種 采用稀土、鈣和鋁鐵等多元素相復合的新辦法。稀土含量1~30%，并可以添加1~5% 的鈣等元素。文獻4(渠天盛等：一種稀土鋁鈣鐵合金，公開號CN101519747A)也提出了一 種稀土鋁鈣合金，其成分為：Al 30~60%，Ca 1~10%，RE 1~20%。最近，文獻5(陳 向明等：稀土鋁錳鈣鐵合金及其生產方法，授權公告號CN102181606B)進一步在上述復合 合金的基礎上添加適量的錳，形成Al 40~70%，Mn5~20%，RE 1~10%，Ca 1~3% 的新型稀土復合合金，并在實際生產中得到了較好的應用。但由于該合金含有5~20%的 Mn元素，因此，對一些鋼中Mn含量有嚴格限制的高質量特殊鋼來講（如：取向娃鋼）就無 法使用，然而，一旦這種復合合金中取消了 Mn含量，所生產的合金產品容易粉化，保質期較 短，對合金生產、銷售和使用周期就會帶來不利影響；除此以外，在合金生產過程中，由于高 溫熔化鋼液過程中容易造成鋼中氧含量較高，降低了鋁的收得率，所生成的大量氧化鋁夾 雜物容易殘留在合金中，后期煉鋼過程中添加后對鋼材造成污染。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供一種稀土鋁硅鈣鐵合金及其制備方法，解決了大量氧化鋁 夾雜物合金中的殘留及后期煉鋼過程中添加后對鋼材造成污染問題。
[0006] 本發明的稀土錯娃媽鐵合金分為：仙~？。》!:^^^~*?!:^^;^]^~]^?!:%# 土，5~lOwt%^。雜質兀素碳小于0.2wt%，硫小于0.03%，磷小于0.03%。其它不可避 免的雜質元素總量小于1%，余量為鐵。所述的稀土為含有鑭、鈰元素的其中單一組元或雙 元素組合，也包含以鑭、鈰元素為主的其它混合稀土，但鑭和鈰的總含量應占總稀土含量的 90%以上。
[0007] 本發明稀土鋁鈣鐵合金的制備方法：利用純鋁錠、稀土、優質硅鐵，金屬鈣和低碳 優質廢鋼通過感應爐兩步熔煉工藝制備出符合要求的成品合金。
[0008] 原料成分：低碳優質廢鋼（）
[0009] 鋁錠：99· 7~99. 9重量％ A1，稀土 ：95~99重量％ RE，金屬鈣：98~99重 量％ Ca，硅鐵：75~80重量％ Si，0. 5~1.0重量％ C，余量Fe ;低碳優質廢鋼為Fe含量 彡98. 5%，C彡0· 2%，其它為雜質元素。
[0010] 工藝流程：選料一配料一裝料一恪化一清澄一饒鑄一破碎一檢驗一稱重一成品入 庫。
[0011] 具體工藝步驟如下：
[0012] (1)第一步：鋁錠60~75%:稀土5~20%:金屬鈣10~20%。將鋁錠在帶有氬氣 保護氣氛的感應爐熔化，熔化結束，添加鈣和稀土合金，冶煉溫度控制在950~1050°C，均 勾混合4~IOmin，然后饒鑄成稀土錯媽中間合金，其形狀為梯形塊，上表面為30mmX 30mm， 下底面為60mmX 60mm，高為40mm。
[0013] (2)第二步：廢鋼30~60% :娃鐵5~10% :錯錠30~65%。選用低碳優質廢 鋼（Fe含量多98. 5%，其它為雜質元素），在中頻爐內熔化，熔化完畢，添加硅鐵（Si含量為 75~80% )脫氧和合金化，在此基礎上加入鋁錠，并控制溫度在1200~1300 °C，鋁錠熔化 后加入上述第一步所得到的稀土鋁鈣中間合金，成分均勻混合4~lOmin，合金出爐溫度控 制在1050~1150°C。澆鑄成合金塊，空氣中自然冷卻制成合金成品，其形狀為梯形塊，上表 面為30_X 30mm，下底面為60_X 60mm，高為40mm。。
[0014] 本發明的優點是：
[0015] (1)不含有Mn元素，可以適用低Mn鋼品種；
[0016] (2)合金中同時含有Si和Al，在煉鋼過程中添加對鋼液具有較好復合脫氧作用；
[0017] (3)較高的Ca含量和一定含量的RE強化了夾雜物變性和去除效果；
[0018] (4)合金中Si含量相對較低，不會對鋼液Si成分有較大影響；
[0019] (5)在合金制備過程中，當廢鋼熔化成鋼液后，先添加 Si合金脫氧，然后加入Al可 以使得Al收得率明顯提高，合金潔凈度也有所改善。
【具體實施方式】
[0020] 實施例1 :
[0021] (1)鋁錠75% :稀土 20% :金屬鈣5%。將鋁錠在帶有氬氣保護氣氛的感應爐熔 化，熔化結束，添加鈣和稀土（稀土中主要成分為鑭），冶煉溫度控制在1000°C，均勻混合 lOmin，然后澆鑄成稀土鋁鈣中間合金。
[0022] (2)廢鋼30%:硅鐵5%:鋁錠65%。優質板材廢鋼在中頻爐內熔化，熔化完畢后， 添加硅鐵（Si含量為75% )脫氧和合金化，然后加入鋁錠，并控制溫度在1250°C。待鋁錠 熔畢，加入上述第一步所得到的稀土鋁鈣中間合金，成分均勻混合lOmin，合金出爐溫度控 制在1100°C。澆鑄成合金塊，空氣中自然冷卻制成合金成品。
[0023] 制得的稀土鋁硅鈣鐵合金的化學成分：（均為重量百分數）
[0024]
【主權項】
1. 一種稀土鋁硅鈣鐵合金，其特征在于，稀土鋁硅鈣鐵合金分為：40~70wt% Al，1~ 4wt% Si，1~10wt%稀土，5~lOwt%^ ;雜質元素碳小于0? 2wt%，硫小于0? 03%，磷小 于0. 03% ;其它不可避免的雜質元素總量小于1%，余量為鐵。
2. 根據權利要求1所述的稀土鋁硅鈣鐵合金，其特征在于，所述的稀土為含有鈰、鑭元 素的其中單一組元或雙元素組合，也包含以鑭、鈰元素為主的其它混合稀土，但鑭和鈰的總 含量應占總稀土含量的90%以上。
3. 根據權利要求1所述的稀土鋁硅鈣鐵合金，其特征在于，所述的其他雜質元素是指 在合金冶煉過程中混入的錳、鉛、銅、釩元素。
4. 一種權利要求1~3任何一項所述的稀土鋁硅鈣鐵合金的制備方法，利用純鋁錠、稀 土、硅鐵、金屬鈣和低碳優質廢鋼通過感應爐兩步熔煉工藝制備出符合要求的成品合金； 工藝流程：選料一配料一裝料一恪化一清澄一饒鑄一破碎一檢驗一稱重一成品入庫； 其特征在于，工藝步驟及控制的技術參數如下： (1) 鋁錠60~75% :稀土 5~20% :金屬鈣10~20%。將鋁錠在帶有氬氣保護氣氛 的感應爐熔化，熔化結束，添加鈣和稀土合金，冶煉溫度控制在950~1050°C，均勻混合4~ lOmin，然后澆鑄成稀土鋁鈣中間合金，其形狀為梯形塊，上表面為30mmX 30臟，下底面為 60mm X 60mm，高為 40mm ； (2) 廢鋼30~60% :娃鐵5~10% :錯錠30~65% ;選用低碳優質廢鋼，在中頻爐 內熔化，熔化完畢，添加硅鐵，脫氧和合金化，在此基礎上加入鋁錠，并控制溫度在1200~ 1300°C，鋁錠熔化后加入步驟（1)所得到的稀土鋁鈣中間合金，成分均勻混合4~lOmin，合 金出爐溫度控制在1050~1150°C ;澆鑄成合金塊，空氣中自然冷卻制成合金成品，其形狀 為梯形塊，上表面為30mmX 30mm，下底面為60mmX 60mm，高為40mm。
5. 根據權利要求4所述的稀土鋁硅鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，鋁錠：99. 7~ 99. 9重量％A1，稀土 ：95~99重量％RE，金屬鈣：98~99重量％Ca，硅鐵：75~80重量％ Si，0. 5~1.0重量％ C，余量Fe ;低碳優質廢鋼為Fe含量彡98. 5%，其它為雜質元素。
【專利摘要】一種稀土鋁硅鈣鐵合金及其制備方法，屬于煉鋼脫氧劑技術領域。所述的稀土鋁硅鈣鐵合金的成分重量百分數為：鋁：40～70％，硅：1～4％，稀土：1～10％，鈣：5～10％，碳：≤0.2％，硫：≤0.03％，磷：≤0.03％；其它不可避免的雜質元素總量小于1％，余量為鐵。利用純鋁錠、稀土、優質硅鐵，金屬鈣和低碳優質廢鋼通過感應爐兩步熔煉工藝制備出符合要求的成品合金。優點在于：不含有Mn元素，可以低Mn鋼品種；合金中同時含有Si和Al，在煉鋼過程中添加對鋼液具有較好復合脫氧作用；較高的Ca含量和一定的RE強化了夾雜物變性和去除效果；在合金制備過程中，當廢鋼熔化成鋼液后，先添加Si合金脫氧，Al收得率明顯提高，合金潔凈度也有所改善。
【IPC分類】C22C38-06, C22C1-03, C22C21-00, C22C30-00, C22C33-06
【公開號】CN104805337
【申請號】CN201510254300
【發明人】郁健, 曲俊濤, 成國光
【申請人】北京科技大學, 包頭市恒益峰高新材料有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月18日