不锈钢纤维及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种不锈钢纤维及其制备方法，制备方法包括如下步骤：（1）将所需量的金属铝或其合金、铜或其合金装入用304不锈钢薄板制作的扁平状料盒子，或用304不锈钢软薄皮子包覆成扁平状，料盒子或包覆体仅在扁平的上面或下面之一具有一个或多个开口；（2）将304不锈钢原料加入熔炼炉升温熔炼成钢水；将装有金属铝、铜的料盒子或包覆体开口向下加入钢水中；（3）调整钢水的搅拌及温度条件，使金属或其合金连同料盒子或包覆体逐渐熔入钢水；（4）钢水继续搅、静置、调整温度，通过熔抽机制备钢纤维。本发明专利技术工艺所制得的不锈钢纤维颜色、机械强度的离散性小，耐热性及抗氧化性大幅提高。

Stainless steel fiber and its preparation method

The invention provides a stainless steel fiber and a preparation method thereof. The preparation method comprises the following steps: (1) the required amount of aluminum or its alloy, copper or copper alloy loaded with flat box material 304 stainless steel sheets, or 304 stainless steel thin soft leather wrapped into a flat shape or material box coated body having only one of the above or below the flat one or a plurality of openings; (2) 304 stainless steel raw material into the smelting furnace heating smelting molten steel; a material box of metal aluminum, copper or steel coated body opening down adding water; (3) mixing water and adjust the steel temperature conditions, the the metal or alloy together with the material box or coated body gradually melted into molten steel; (4) continue to stir molten steel and static, adjust the temperature, the melt extraction mechanism of preparation of steel fiber. The color and mechanical strength of the stainless steel fibers made by the invention are small, and the heat resistance and oxidation resistance are greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
不锈钢纤维及其制备方法
本专利技术属金属加工领域，具体涉及一种不锈钢纤维及其制备方法。
技术介绍
钢纤维，作为一种结构增强材料，近年来获得了广泛应用，其中熔抽法生产的当量直径0.3-0.8mm、长径比30-100的短纤维，因生产工艺简单、成本低、产量高，市场认可度较高。熔抽法钢纤维的主要生产设备包括钢水炉和熔抽机，其中钢水炉提供化学成分及温度合适的钢水。熔抽机的核心部件是熔抽轮，熔抽轮通常由耐磨且导热良好的铜合金制成，外缘具有一道或多道不连续的∧形或其它形状的凸纹；熔抽轮内设冷却水、冷却气以维持较低的表面温度，经连接轴筒与熔抽机的其它辅助机构如转速控制、垂直升降及水平位置控制机构、冷却系统相连接，通过这些辅助机构控制、调整熔抽轮的运转状态。熔抽法钢纤维生产过程中，熔抽机熔抽轮的旋转轴线保持水平，控制适当转速，从钢水液面上方接触钢水，连续抽取钢水并抛射到周围气体空间中，急速冷却、凝固，形成一根根的钢纤维。钢纤维尺寸、外形及横断面形状，与熔抽轮转速、铜合金的导热能力、内冷条件及外缘凸纹的尺寸、形状、线速度，及钢水的成分、温度，以及熔抽轮浸入钢水的深度相关联；通过这些条件的适当选择与控制，可获得所需尺寸、外形、断面形状的钢纤维产品。所述熔抽法属熔体快淬法，钢水冷却速度较快，所得钢纤维的金相结构介于晶态和非晶态之间，具有微晶结构，强度和韧性较高，横截面可呈不规则月牙形，表面自然粗糙，用于水泥基、沥青基、树脂基结构件时，可形成较好结合，起到增强、抗压、抗拉、抗磨等作用，能够提高结构件的整体性能和寿命。从金属材质分类，钢纤维主要包括碳钢纤维和不锈钢纤维。碳钢纤维价格较低，主要用于混凝土补强，可较大程度地提高混凝土构筑物的力学性能和可靠性，但由于耐蚀能力不够，混凝土构筑物的使用寿命和可靠性经常不能满足要求。不锈钢纤维，耐腐蚀、耐高温氧化性能高于碳钢纤维，其中304不锈钢纤维价格适中，在建材、道路、水坝、机场跑道、桥梁路面混凝土构筑物中有广泛的应用前景，也可用于很多种耐温构件的增强。所述304不锈钢是一种应用广泛的通用型不锈钢，综合性能良好，具有较优的耐腐蚀性和成型性，通常含铬18-20%，含镍8-10%。304不锈钢纤维生产中，一个主要问题是纤维的颜色不一致、机械强度离散性较大。该问题除了和不锈钢材质、组成有关，还可能主要源于纤维形成和冷却过程中，因空气冷淬速度不一致性而导致的钢水结晶、凝固、氧化情况差异；另一个问题是温度较高如850℃时的抗氧化能力不够。
技术实现思路
本专利技术通过在304不锈钢熔融液中添加金属铝、铜，较大程度地解决了304不锈钢纤维颜色、机械强度的不一致性问题及耐高温氧化能力较低的问题，所制得304不锈钢纤维的颜色、机械强度的离散性较小，较高温度如850℃时的抗氧化性大幅提高。本专利技术的技术方案具体为：一种不锈钢纤维的制备方法，主要包括如下步骤：（1）将所需量的金属铝或其合金、铜或其合金，装入用304不锈钢薄板制作的扁平状料盒子，或者用304不锈钢软薄皮子包覆成扁平状，料盒子或包覆体仅在扁平的上面或下面之一具有一个或多个开口；（2）将304不锈钢原料加入熔炼炉，升温熔炼成钢水，温度1460-1550℃；将装有金属铝或其合金、铜或其合金的料盒子或包覆体开口向下，加入钢水中；金属铝、铜的投料量分别占不锈钢水总质量的1.0-3.0%、0.8-2.0%；（3）调整钢水的搅拌及温度条件，使金属或其合金连同料盒子或包覆体逐渐熔入钢水；（4）金属铝、铜连同料盒子或包覆体熔入后，钢水继续搅拌5-20分钟，静置5-30分钟，同时调整温度到1460-1500℃，通过熔抽机制备钢纤维。优选地，金属铝、铜的投料量分别占不锈钢水总质量的1.5-2.5%、1.0-1.5%。优选地，料盒子或包覆体中还可包含金属硅或其合金，硅的投料量占不锈钢水总质量的0.5-1.2%。优选地，料盒子或包覆体的等效直径与高度的比为2-5。优选地，装有所述金属或其合金的料盒子或包覆体加入钢水之前，用氩气吹扫、置换所容纳的空气。优选地，加入装有金属铝或其合金、铜或其合金的料盒子或包覆体之前，钢水温度1460-1500℃。优选地，钢水表面可吹保护气如氩气，也可覆以略有隔氧作用的除渣剂或保温灰。所述钢水熔炉，包括电弧炉、感应炉，优选采用对钢水搅拌效果较好的感应炉。本专利技术的另一方面，还提供了按照上述方法中的任一种制备的不锈钢纤维。本专利技术中，所引入金属铝、硅所起到的主要作用，可能是在钢水经熔抽轮抽取、抛射到空气中的急速冷却、凝固过程中，在不锈钢纤维表面以内的金属表层形成了极细微的铁铝、铁硅微晶结构，并在不锈钢纤维表面形成了致密的氧化铝保护层，限制了不锈钢纤维形成过程中表层金属的氧化程度，使不锈钢纤维的颜色较为一致，提高了纤维的耐高温氧化、耐腐蚀能力。本专利技术中，所加入的金属铝、硅、铜，都能起到细化钢纤维内部微晶结构的作用，从而改善了钢纤维机械强度的一致性，其中铜的主要作用是细化不锈钢纤维的微晶结构304不锈钢中通常含有硅，但含硅量一般低于1.0%，本专利技术通过引入更多的硅，对提高钢纤维的耐高温氧化性能起到了明显的作用。三种单质元素的引入，对提高304不锈钢纤维的耐高温氧化性能起到了明显的协同作用。本专利技术中，将所需量的金属铝、铜、硅，装入用304不锈钢薄板制作的扁平状料盒子，或用304不锈钢软薄皮子包覆成扁平状，料盒子或包覆体仅在扁平的上面或下面之一具有开口，这是将金属铝、铜、硅引入钢水的一种简单有效的办法，显著降低了挥发、氧化、侵蚀所造成的损失和烟尘。由于金属铝或其合金、硅或其合金的密度较低，通常低于或远低于钢水的密度，因而不经包装、包覆直接投入钢水，会上浮到钢水表面，大量挥发或与空气发生剧烈反应造成损失和较大烟尘，或受到除渣剂或保温灰的侵蚀损失。本专利技术中，包装、包覆金属铝或其合金、铜或其合金、硅或其合金的扁平状304不锈钢料盒子或包覆体加入熔炼炉后，漂浮在钢水表面；所容纳的金属铝或其合金、铜或其合金、硅或其合金因熔点低于或远低于钢水温度，会先于和钢水材质、熔点基本相同的料盒子、薄钢皮而逐渐熔化，并逐渐从内侧侵蚀、熔解料盒子、薄钢皮内表面，浸入钢水液面下的料盒子、薄钢皮外表面也逐渐受到钢水侵蚀、熔解，因而钢水液面下的料盒子、薄钢皮会先破孔，所容纳金属液逐渐逸出熔入钢水。不锈钢料盒子或包覆体内的气体如空气，受热后会膨胀并在所容纳金属熔化前的逐渐升温过程中，大部分从下部开口逸出；所容纳金属逐渐熔化的过程中，气体除了继续逸出，还会推动所容纳金属的熔化液逐渐逸出并与钢水熔混；所容纳金属全部熔化并逐渐熔入钢水的过程中，所容纳气体会逐渐升温膨胀，也有助于推动所容纳金属液逐渐逸出。最终所述金属或其合金连同料盒子或包覆体逐渐熔入钢水，中间有时会有所述金属液以较高浓度漂浮到钢水表面，形成烟尘，但数量较少，一般低于所容纳金属总量的15%，即以金属铝、铜、硅作为原料包装投料时，有85%以上的金属能真正混熔入钢水，若以铝铁合金、硅铁合金作为原料包装投料时，能真正混熔入钢水的铝、硅比例会更高一些，因为铝铁合金的密度和熔点、硅铁合金的密度更接近于钢水，且与钢水的相熔性更好。本专利技术中，可采用薄钢皮容纳所述金属或其合金，尤其在钢水温度较低时，所包覆的金属或其合金的升温熔化过程中，浸入钢水的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不锈钢纤维的制备方法，主要包括如下步骤：（1）将所需量的金属铝或其合金、铜或其合金，装入用304不锈钢薄板制作的扁平状料盒子，或者用304不锈钢软薄皮子包覆成扁平状，料盒子或包覆体仅在扁平的上面或下面之一具有一个或多个开口；（2）将304不锈钢原料加入熔炼炉，升温熔炼成钢水，温度1460‑1550℃；将装有金属铝或其合金、铜或其合金的料盒子或包覆体开口向下，加入钢水中；金属铝、铜的投料量分别占不锈钢水总质量的1.0‑3.0%、0.8‑2.0%；（3）调整钢水的搅拌及温度条件，使金属或其合金连同料盒子或包覆体逐渐熔入钢水；（4）金属铝、铜连同料盒子或包覆体熔入后，钢水继续搅拌5‑20分钟，静置5‑30分钟，同时调整温度到1460‑1500℃，通过熔抽机制备钢纤维。

【技术特征摘要】
1.一种不锈钢纤维的制备方法，主要包括如下步骤：（1）将所需量的金属铝或其合金、铜或其合金，装入用304不锈钢薄板制作的扁平状料盒子，或者用304不锈钢软薄皮子包覆成扁平状，料盒子或包覆体仅在扁平的上面或下面之一具有一个或多个开口；（2）将304不锈钢原料加入熔炼炉，升温熔炼成钢水，温度1460-1550℃；将装有金属铝或其合金、铜或其合金的料盒子或包覆体开口向下，加入钢水中；金属铝、铜的投料量分别占不锈钢水总质量的1.0-3.0%、0.8-2.0%；（3）调整钢水的搅拌及温度条件，使金属或其合金连同料盒子或包覆体逐渐熔入钢水；（4）金属铝、铜连同料盒子或包覆体熔入后，钢水继续搅拌5-20分钟，静置5-30分钟，同时调整温度到1460-1500℃，通过熔抽机制备钢纤维。2.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐先功，
申请(专利权)人：衡阳功整钢纤维有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43