CN101999006A - 用于还原和掺杂钢的合金“哈萨克斯坦斯基” - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢铁冶金，特别地涉及制造用于还原、掺杂和改性钢的合金。由于非金属杂质的深度还原和改性以及用钡、钛和钒对钢同时微合金化，本发明使得有可能改进用本发明的合金处理的钢的品质。将钡、钛和钒加入包含铝、硅、钙、碳和铁的本发明的合金中，使得本发明的合金具有以质量％计的如下组分比率：45.0-63.0硅，10.0-25.0铝，1.0-10.0钙，1.0-10.0钡，0.3-5.0钒，1.0-10.0钛，0.1-1.0碳，余量为铁。

Description

用于还原和掺杂钢的合金“哈萨克斯坦斯基”

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，特别地涉及制造用于还原、合金化和改性钢的合金。

背景技术

存在已知的用于还原和改性钢的合金(发明人的证书990853，USSR，C22C 35/00类，出版在1983年No.3的发明公报上)；该合金的组成为(以质量％计)：30,0-49,0硅；6,0-20,0钙；4,0-20,0钒；1,0-10,0锰；1,5-4,0钛；1,5-5,0镁；0,3-0,8铝；0,5-1,5磷；余量为铁。

该合金的缺点在于存在对钢的品质具有不利影响的磷，特别是磷的存在会导致冷脆性。在合金中的较低含量的硅和铝不能确保钢的充分还原。为了较好地回收该合金中的合金元素，必须首先用铝还原钢。否则，需要增加铝的消耗。

组成与本发明要求保护的合金最接近的为用于还原和掺杂钢的合金(哈萨克斯坦共和国的专利No.3231，cl.C22C 35/00，出版在15.03.96，公报No.1上)，该合金包含如下组分(以重量％计)：15,0-30,0铝；45,0-55,0硅；1,0-3,0钙；0,1-0,3镁；0,1-0,8碳；余量为铁。该合金通过煤灰的焦炭还原制造。装料的技术和化学组成示于表1。

表1  煤灰和焦炭的技术和化学组成

该合金化(原型)工艺的缺点在于用这类合金处理的钢的品质特性不够高，因为该掺杂组成不能充分还原钢，导致所得钢具有低的特性。增加用已知合金(原型)处理的钢中的氧量(达到0,0036％)容易增加钢中氧化物夹杂物的残余量(高达0,097％)。这是由于作为改性元素的钙的含量较低，这使得不能更完全地除去非金属夹杂物并将它们的量降低至0,0082％以下。而且，在装料混合物的组成中焦炭和煤灰的使用通过增加电炉上部的表面上装料的附聚而不利地影响熔化过程，并导致排烟困难。可熔灰开始集中烧熔(flash off)，并导致过早地形成炉渣，透气性较差且主要元素通过高温气体流出而排放至气相中。合金制造中的功率消耗率为11,0-11,6兆瓦-小时/吨，而钙含量不超过3,0％。

上述缺点的集合容易降低所制得的钢的品质特性，特别是冲击硬度(-40℃)不超过0,88MJ/m²。

由于非金属夹杂物的深度还原和改性以及用钡、钛和钒对钢的同时微量合金化，所获得的技术成果是改进了用本发明所要求保护的合金处理的钢的品质。

发明内容

本发明的特征如下：

一种用于还原、掺杂和改性钢的合金，所述合金包含铝、硅、钙、碳和铁，还包含钡、钒和钛，并具有以质量％计的如下比率：

硅                45,0-63,0

铝                10,0-25,0

钙                1,0-10,0

钡                1,0-10,0

钒                0,3-5,0

钛                1,0-10,0

碳                0,1-1,0

铁                余量

与已知的合金(原型)相比，在指定范围内的合金组成中的还原元素的含量能够将在钢体积(volume)中的氧量降低1,4-1,8倍。这能够将钒的有益使用增加至90％。由于活性钙、钡、铝和硅带来的深度还原和氧屏蔽，从硅-锰中将锰回收至钢的回收率提高了9-12％，达到98,8％。在指定范围内的钡和钙除了它们的还原作用之外，还起到非金属夹杂物(NI)的活性脱硫剂、脱磷剂和调节剂的作用，其通过提高非金属夹杂物(NI)的熔融能力并且由于复合(complexity)而显著降低钢中NI的总量。在钙、钡和钛的存在下，残余的硫和氧化物被孕育(inoculated)为细小的氧硫化物和复合氧化物，它们均匀分布在钢体积中而无狭带(stringers)及它们的附聚(堆积)生成。残余氧化物非金属夹杂物(NI)的量相比于用合金(原型)处理的钢降低了1,16-1,35倍。

与已知合金(原型)的使用相比，微量掺杂钒和钛显著改进了经处理的钢的机械性能。因此，在-40℃下的冲击硬度达到了0,92-0,94MJ/m²的值。

本发明的合金在其用含锰浓缩物在直接掺杂中以及自铁合金的处理的过程中提高了锰至钢中的转移。锰提取增加了0,3-0,5％；氧化物夹杂物的量降低了20％；冲击硬度比使用已知合金(原型)时提高了0,04-0,06MJ/m²。

合金由加入少量暗硬煤、石灰、钡矿、含钒石英岩和钛铁矿浓缩物的高灰煤矿煤渣制成。消除了焦炭的使用。单位功率消耗为10,0-10,9兆瓦/小时。在合金熔化的过程中，与已知合金(原型)相反，使用高灰碳质岩石和暗硬煤。碳质岩石包含50-65％的灰(其中氧化硅和氧化铝的含量不少于90％)，并包含充足量的用于还原过程的天然碳，这在技术和经济上是合理的。具有电荷剥离(charge debonder)性能的暗硬煤添加剂改进了炉顶上层的透气性和工艺气体的提取。在本发明要求保护的合金的掺杂中的功率消耗比原型低8,7％。

具体实施方式

实施例

在变压器功率为0,2MWA的矿石冶炼炉中熔化装入的所要求保护的合金组合物。所用装料的化学和技术组成示于表2和3。

表2-碳质岩石和煤的技术分析

表3-装料的化学分析

根据试验结果确定了熔化要求保护的合金组合物所对应的最小单位功率消耗、稳定的炉子操作和炉口较好的透气性。该方法排除了碳化物的形成，并改进了炉口的技术性能，因此改进了其操作性。

对要求保护的合金和已知(原型)合金的还原和掺杂能力的评估在熔化低合金化钢等级(17GS，15GUT)的开放式无芯感应炉IST-0,1(容量100千克)中进行。使用具有0,03-0,05％的碳和至多0,05％的锰含量的废金属作为金属料。

在获得金属熔体并将其加热至至多1630-1650℃的温度后，将金属倒入钢水包(ladle)中。连同硅-锰SMn17(基于在钢中获得至多1,4％的锰)，在钢水包中进行本发明要求保护的合金和已知合金(原型)的还原。通过金属样品的化学组成确定锰至合金的提取率。将金属浇包至锭中，之后将锭辊轧成10-12毫米片材。还原和掺杂的结果示于表4。

在实验性生产No.3-11中在钢处理中使用本发明要求保护的合金。当用合金No.5-9(表4)处理钢时，获得还原、掺杂和改性钢的最佳结果。在这些制造中实现了从硅-锰中回收锰至钢的最大回收率，其为96,0-98,0％，比使用原型合金高9-12％。锰提取的增加可通过如下加以解释：由于在本发明要求保护的合金中高含量的硅和铝以及钙、钡和钛的存在而带来的更完全的钢还原。与用原型合金处理的钢相比，在用合金No.5-9处理的实验钢中的氧含量降低了1,4-1,8倍，达到0,002-0,0026％的值，而用原型合金处理的钢中的氧含量为0,003-0,0036％。

为了评价获得的金属的品质和机械性能，根据GOST 1778-70确定非金属夹杂物的量。与使用已知合金(原型)不同，在利用本发明要求保护的合金进行还原的过程中，非金属夹杂物较小且为球形，无氧化铝狭带或氧化物的聚集。这是由于在合金的内容物中存在钙和钡，钙和钡除了具有脱硫和脱磷能力之外，还显示出与毛细管活性物质类似的孕育性能，这从氧化物聚集成易于从钢体积中除去的易熔复合物中显而易见。残余氧化物NI的含量降低至0,007-0,0075％，相比之下，用已知合金(原型)进行还原的残余氧化物NI的含量为0,0084-0,0097％。在本发明要求保护的合金中用钒和钛进行微量掺杂能够提高实验钢的冲击硬度、可塑性和硬度。在-40℃下的冲击硬度增加至0,92-0,94MJ/m²(相对于0,82-0,88MJ/m²)，流动极限(σ_T)为490-510mPa，相对伸长(σ_s)为35-37％，临时阻力(σ_B)为610-629mPa。在本发明要求保护的合金中获得的组分的组成是最优的，这使得其能够用于还原和掺杂半镇定和低合金等级的钢，确保甚至形成易于从钢体积中除去的易熔复合物NI，并将残余NI转变为均匀分散的且具有最佳的球形形状。

在合金中可接受的组分比率范围是合理的。特别地，降低钙、钡、钒和钛的浓度低于确立的在合金中的范围不能确保在钢处理中对残余NI的还原、掺杂和改性达到合意的效果。因此，用在具有低含量的硅、钙和钛的熔化的No.3(尽管具有高含量的铝和钛)中获得的合金进行钢处理不能充分还原钢；在所述钢中包含高含量的氧化铝和氧化物NI狭带，且机械性能为用已知合金(原型)处理的钢的水平。

同时，超过这些元素的可接受的浓度范围是不合理的，因为这增加了在获得本发明要求保护的合金的过程中的单位功率消耗，而且由于其应用而带来的有利性能与组合物中具有所要求的范围相比差异不大。

因此，与原型相比，由于在合金中存在另外含量的钡、钒和钛，本发明能够：

-进行更深度的钢还原；

-显著降低非金属夹杂物的含量；

-将残余非金属夹杂物改变(孕育)成均匀分布在钢体积中的有利复合物；

-提高锰向钢中的提取率；

-增加钢的冲击硬度。

而且，掺杂的经济可行性在于使用不贵的高灰碳质岩石，而不使用昂贵的焦炭。

17GS和15GUT等级钢的实验性生产的结果表明本发明要求保护的合金的高效率。

Claims (1)

1.一种用于还原和掺杂钢的合金，所述合金包含铝、硅、钙、碳和铁，其特征在于所述合金还包含钡、钒和钛，并具有以质量％计的如下组分关系：

硅            45,0-63,0

铝            10,0-25,0

钙            1,0-10,0

钡            1,0-10,0

钒            0,3-5,0

钛            1,0-10,0

碳            0,1-1,0

铁            余量。