一种抗粉化铝硅锰铁合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗粉化铝硅锰铁合金，所述铝硅锰合金中个化学成分的质量百分含量为：Mn 49‑51％，Al 19‑21％，Si 17‑20％，Fe 5‑14％，余量为碳磷硫等杂质元素。该合金的制备过程是是将硅锰合金与纯铝粒、纯铁粉、纯锰片、纯硅粒按照质量比的要求进行称量。按照纯铁、硅锰合金、纯锰、纯硅、纯铝的加料顺序依次加入中频感应炉中熔炼。凝固时采用抽样快速水冷的方式。本发明专利技术方法制备的合金铝硅锰等合金元素的含量符合钢铁厂炼钢使用的脱氧中间合金的要求,成本低，制备的合金可长期存储,结构稳定不粉化。该合金具备脱氧能力强、杂质去除率高、合金化效果好的优点。

An anti powdered Al Si Mn Fe alloy and its preparation method

The invention discloses an anti powdered aluminum silicon manganese iron alloy, wherein the mass percentage content of the chemical components in the aluminum silicon manganese alloy is: Mn 49 \u2011 51%, Al 19 \u2011 21%, Si 17 \u2011 20%, Fe 5 \u2011 14%, and the residual is carbon, phosphorus, sulfur and other impurity elements. The preparation process of the alloy is to weigh the silicon manganese alloy with pure aluminum particles, pure iron powder, pure manganese flakes and pure silicon particles according to the requirements of the mass ratio. According to the feeding sequence of pure iron, silicon manganese alloy, pure manganese, pure silicon and pure aluminum, they are successively added to the medium frequency induction furnace for smelting. Sampling and rapid water cooling are adopted during solidification. The content of alloy elements such as aluminum, silicon, manganese, etc. prepared by the method meets the requirements of deoxidizing master alloy used in steel-making of iron and steel plant, with low cost, long-term storage of the prepared alloy, stable structure and no pulverization. The alloy has the advantages of strong deoxidizing ability, high impurity removal rate and good alloying effect.

【技术实现步骤摘要】
一种抗粉化铝硅锰铁合金及其制备方法
本专利技术涉及转炉炼钢过程中的一种新型复合脱氧中间合金
，具体涉及一种抗粉化铝硅锰铁合金及其制备方法,该合金可用于钢液脱氧与合金化，其性能好，附加值高，结构稳定，抗粉化能力强。
技术介绍
我国许多高附加值的钢材，如汽车板、管线钢、船板管等存在杂质偏高等问题，而这些杂质一部分就是在炼钢过程中由锰系合金带入的。因此，必须提高锰系合金的质量，增强对锰系合金中杂质元素的数量及含量控制。研发高纯度的锰系合金产品，不但能提高钢的质量，还可以缩短炼钢时间，提高元素的回收率。近年来，0.1％P的低磷锰铁、中低微碳锰铁、低磷低碳高纯硅锰合金、氮化锰铁等高纯度的复合合金的需求不断增加，且还会有更大的发展空间。目前国内很多企业已开始加快研发以上高附加值硅锰产品；然而，此类合金普遍存在着自然粉化问题，其中以铝硅锰复合合金的粉化问题最为严重,固体合金一周左右就能够完全粉化，在高温潮湿的季节几天内就完全粉化掉，这严重影响产品使用周期与效果。此外，有些含P杂质较高的锰系合金产品，在发生粉化的同时，还会释放出有毒易爆的气体，这不仅给储存和运输造成安全隐患；同时，还造成空气污染损坏人体健康。因此，制备出一种高性能且抗粉化能力强的铝硅锰铁合金显得尤为重要。
技术实现思路
针对以上所述的锰系合金存在的不足，本专利技术目的在于提供一种用于钢液脱氧能力强、合金性能好,结构稳定且不易粉化的铝硅锰铁合金。本专利技术的另一目的是提供一种制备抗粉化铝硅锰铁合金的方法。本专利技术一种抗粉化铝硅锰铁合金，所述铝硅锰铁合金中各合金元素的质量百分比为：Mn49-51％，Al19-21％，Si17-20％，Fe5-14％，余量为碳磷硫等杂质元素；所述铝硅锰铁合金中，(Mn+Al+Si+Fe)的质量占铝硅锰铁合金总质量的99.5％以上。本专利技术一种抗粉化铝硅锰铁合金，按设计组分配取各原料；在保护气氛下将各组分融化后得到熔体；将熔体导入模具中，连同模具一起以390K/s-480K/s的冷却速度冷却，脱模得到产品。本专利技术一种抗粉化铝硅锰铁合金，所述原料包括铝源、硅源、锰源、铁源；所述铝源为纯度大于等于99.5％的铝；所述硅源由纯度大于99.5％的硅和硅锰合金组成；所述锰源由纯度大于99.5％的纯锰和硅锰合金组成；所述铁源为纯度大于等于99.5％的铁。本专利技术一种抗粉化铝硅锰铁合金，所述制备方法包括下述步骤：步骤一在保护气氛下，将配取的铁源加入熔炼炉内；加热至熔融，得到熔体1；步骤二将配取锰源加入到熔体1中，并升温至1230-1260℃；得到熔体2；步骤三将配取的铝、硅加入到熔体2中；然后升温至1480-1520℃；搅拌均匀，得到熔体3；步骤四将熔体3导入模具中，连同模具一起以390K/s-480K/s的冷却速度冷却至300℃以下，然后自然冷却至室温，脱模，得到块状产品。本专利技术一种抗粉化铝硅锰铁合金，其特征在于:所得块状产品自然放置30天后，粉化率小于5％。本专利技术一种抗粉化铝硅锰铁合金，每公斤熔体与模具的接触面积为1300-1700cm2当模具内存有N公斤熔体；冷却时，模具与冷却介质的接触面积大于等于N*(1300-1700)cm2。在本专利技术中，控制熔体与模具的接触面积以及模具与冷却介质的接触面积，有2个目的：目的一是为了放防止由于冷却速度过快，导致产品直接变成粉体。目的二是：得到块状目标产物，且目标产物不易粉化。作为优选方案，本专利技术一种抗粉化铝硅锰铁合金，所述模具为中空圆柱体模具。当其他条件优化后，模具为中空圆柱体模具时，其所得产品的抗粉化效果最佳。作为优选方案，本专利技术一种抗粉化铝硅锰铁合金，所述模具的材质为石英。在工业上应用时，各原料均未干燥的原料。在工业上应用时，保护气氛优选为氩气。原理及优势本专利技术通过组分和制备工艺的协同作用，得到了不易粉化的铝硅锰铁合金。本专利技术首次探索出了冷却速度对成分为Mn49-51％、Al19-21％、Si17-20％、Fe5-14％铝硅锰铁合金粉化的影响，并得出了抗粉化的最佳组分和工艺。所得块状产品自然放置30天后，粉化率小于5％。经优化后，块体自然放置45天，粉化率低于2％。本专利技术与现有技术相比,具有以下优势：1)本专利技术制备的铝硅锰铁合金，合金元素比重大，碳磷硫等杂质元素的含量少，在钢液中能提高杂质去除率。2)本专利技术过程没有加保护渣，可以防止其他杂质元素的污染，保证合金成分的稳定，且不会造成析出相的变化，防止脆性相及其他不稳定相的析出，保证合金具有良好的抗粉化性能。3)本专利技术采取合金成分稳定均匀后用石英管将合金熔体抽出进行适当冷却速度的快速凝固制度，可以通过控制冷却水的量来控制合金凝固过程的冷却速度，操作简单易实现，安全性高,实现快冷从而保证铝硅锰铁合金优越的凝固组织和抗粉化性能。附图说明图1为本专利技术实施例操作所用装置的示意图。图2为对比例1制备的合金储存30天后的宏观形貌图。图3为对比例2制备的合金储存30天后的宏观形貌图。图4为实施例1制备的合金储存30天后的宏观形貌图。图1中，1-感应炉；2-铝硅锰合金熔体；3-气氛保护罩；4-保护气进气通道；5-加料通道；6-石英管；7-感应线圈。从图2中可以看出对比例1制备的合金储存30天后已经严重粉化。从图3中可以看出对比例2制备的合金储存30天后已经严重粉化。从图4中可以看出实施例1制备的合金储存30天后基本没有发现粉化现象。具体实施方式对比例11)原料准备：高纯铝粒59.6g、高纯锰片12.34g、高纯硅块14.3g，高纯超细GR铁粉11.42g，硅锰合金200g，原料需在烘干箱内80℃条件下烘烤两小时，冷却后称取质量。2)合金制备过程：A：将完好的MgO坩埚置于感应炉膛内，先在坩埚内加入准备好的高纯铁粉，盖好炉盖，连接好氩气，将感应炉按照一定的功率升温且开通氩气进行气氛保护，先将固态原料熔化；B：待步骤A所述的高纯铁粉熔化后，按配比加入硅锰合金和纯锰片；C：温度升到1250℃时，待步骤B所述的硅锰合金和纯锰片熔化后，用卷制的铁皮顺着加料通道往炉膛内加一定量的纯铝粒和纯硅粒；D：感应炉继续升温到1500℃，待步骤A、B、C所述的所有原料完全熔化后，保温10min,每隔2min用小棒搅拌使炉料成分均匀；E：待样品完全融化且成分均匀化后，用自制的有抽吸功能的石英管将合金熔体通过加料通道抽出，然后将石英管浸入冷却水中进行快速冷却，冷却速率通过红外测温仪检测为102K/s，得到铝硅锰铁合金；F：将所得到的铝硅锰铁合金在干燥室内保存，后续观察合金的储存情况。附图2为保存30天后的合金宏观形貌图。对比例21)原料准备：高纯铝粒59.6g、高纯锰片12.34g、高纯硅块14.3g，高纯超细GR铁粉11.42g，硅锰合金200g，原料需在烘干箱内80℃条件下烘烤两小时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗粉化铝硅锰铁合金，其特征在于，所述铝硅锰铁合金中各合金元素的质量百分比为：Mn 49-51％，Al 19-21％，Si 17-20％，Fe 5-14％，余量为碳磷硫等杂质元素；所述铝硅锰铁合金中，(Mn+Al+Si+Fe)的质量占铝硅锰铁合金总质量的99.5％以上。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗粉化铝硅锰铁合金，其特征在于，所述铝硅锰铁合金中各合金元素的质量百分比为：Mn49-51％，Al19-21％，Si17-20％，Fe5-14％，余量为碳磷硫等杂质元素；所述铝硅锰铁合金中，(Mn+Al+Si+Fe)的质量占铝硅锰铁合金总质量的99.5％以上。


2.一种制备如权利要求1所述一种抗粉化铝硅锰铁合金的方法；其特征在于包括下述步骤：按设计组分配取各原料；在保护气氛下将各组分融化后得到熔体；将熔体导入模具中，连同模具一起以390K/s-480K/s的冷却速度冷却，脱模得到产品。


3.根据权利要求2所述的一种抗粉化铝硅锰铁合金的制备方法；其特征在于：所述原料包括铝源、硅源、锰源、铁源；所述铝源为纯度大于等于99.5％的铝；所述硅源由纯度大于99.5％的硅和硅锰合金组成；所述锰源由纯度大于99.5％的纯锰和硅锰合金组成；所述铁源为纯度大于等于99.5％的铁。


4.根据权利要求3所述的一种抗粉化铝硅锰铁合金的制备方法；其特征在于：所述制备方法包括下述步骤：
步骤一
在保护气氛下，将配取的铁源加入熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王万林，张同生，曾杰，应国民，朱晨阳，薛利文，黄道远，李祖敏，张朝晖，郑光军，覃华军，谢应井，戴诗凡，黄珠，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43