一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法技术

本发明专利技术公开了一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，所述铝硅锰铁合金中各化学成分的质量百分含量为：Mn 49‑51％，Al 19‑21％，Si 17‑20％，Fe 5‑14％，余量为碳等杂质元素。合金制备过程包括以下步骤：(1)按设计组分称取各原料。(2)按照设计顺序加入各原料熔炼。(3)在所有原料融化时，关闭感应炉电源，同时将连接电脉冲电源的两根纯铁电极插入高温熔池，向熔池内施加高能量密度的脉冲电流。(4)电脉冲处理5‑10分钟后，冷却，得到铝硅锰铁合金。本发明专利技术所得产品中晶粒尺寸较小、合金组织致密、结构稳定，抗粉化性能优越，合金储存周期长。其符合炼钢用的脱氧剂的要求。

An electric pulse treatment method for improving the anti pulverization property of Al Si Mn Fe alloy

The invention discloses an electric pulse treatment method for improving the anti pulverization performance of the aluminum silicon manganese iron alloy. The mass percentage content of each chemical component in the aluminum silicon manganese iron alloy is: Mn 49 \u2011 51%, Al 19 \u2011 21%, Si 17 \u2011 20%, Fe 5 \u2011 14%, and the residual is carbon and other impurity elements. The alloy preparation process includes the following steps: (1) weigh the raw materials according to the designed components. (2) add each raw material for smelting according to the design sequence. (3) when all raw materials melt, turn off the power supply of induction furnace, insert two pure iron electrodes connected with electric pulse power supply into high-temperature molten pool, and apply high energy density pulse current to the molten pool. (4) after 5 \u2011 10 minutes of electric pulse treatment, the aluminum silicon ferromanganese alloy was obtained by cooling. The product has small grain size, compact alloy structure, stable structure, excellent anti pulverization performance and long storage period of alloy. It meets the requirements of deoxidizer for steelmaking.

【技术实现步骤摘要】
一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法
本专利技术涉及改善合金组织及性能
，具体涉及一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法,该合金可用于钢液脱氧与合金化，其组织存在明显细晶区，结构致密性能好，附加值高，性质稳定储存周期长。
技术介绍
锰系合金作为炼钢过程的复合脱氧中间合金，增强对锰系合金中杂质元素的数量及含量控制，改善合金的组织及性能，研发高纯度的锰系合金产品，在提高各类钢材质量方面具有深远的意义。近年来，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，然而，此类合金普遍存在着自然粉化问题，其中以铝硅锰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，更有甚者几天内就完全粉化掉，这严重影响产品性能与寿命。关于粉化的机理，大部分研究认为，粉化是在合金组织出现裂纹、断裂等缺陷时萌生的，一些不稳定相或脆性相在裂纹通道易发生水解反应，使得裂纹通道进一步扩展，最终导致合金组织解体，彻底实现粉化。因此，提出一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法显得尤为重要。
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提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法。本专利技术一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，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；其制备方法为：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；将熔体的温度降至1450-1500℃，然后将连接电脉冲电源的纯铁电极棒插入熔体中，启动脉冲电源进行电脉冲处理5-10分钟后，冷却，得到铝硅锰合金；进行电脉冲处理时，控制峰值电压为11～36V；脉冲频率为1Hz-100Hz。本专利技术一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，电脉冲电源施加的电脉冲为直流脉冲，脉冲类型为间隔脉冲，脉冲宽度为1μs～150μs，峰值电压为20～36V；脉冲频率为1Hz-100Hz。本专利技术一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，电极的水平间距为5cm-15cm；电极插入熔体中的深度为3cm-25cm。本专利技术一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，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。本专利技术一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，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1450-1500℃；搅拌均匀，得到熔体3；步骤四将连接电脉冲电源的纯铁电极棒插入熔体中，启动脉冲电源进行电脉冲处理5-10分钟后；得到熔体4；将熔体4以5K/s-480K/s、优选为100-480K/s、进一步优选为400-480K/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。相比于单纯的依靠冷却速度来提高产品的抗粉化效果，本专利技术可以适当的将冷却速度调控至5K/s-480K/s。本专利技术一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，步骤四中，得到熔体4后，将熔体4导入模具中，连同模具一起以400K/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。本专利技术一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，所得块状产品自然放置45天后，粉化率小于5％。优化后，自然放置45天粉化率小于等于3％进一步优化后，自然放置45天粉化率小于等于2％；更进一步优化后，自然放置45天粉化率小于等于1％。本专利技术一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，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。本专利技术一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，所述模具为中空圆柱体模具。本专利技术一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，所述模具的材质为石英。本专利技术一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，在实验室操作时，其所用设备包括电脉冲系统、加热系统；所述电脉冲系统由电脉冲电源、电极、电极固定/移动架组成；所述加热系统主要由感应炉组成；所述感应炉中设有坩埚，所述电极安装在电极固定/移动架上，一端与电脉冲电源通过铜导线连接，另一端可插入感应炉内。所述电极固定/移动架由底座、转盘、竖直杆、横杆组成，所述竖直杆垂直安装在所述底座上，其高度可以通过连接的转盘来调节，所述横杆的一端与竖直杆连接，另一端通过螺母活动连接电极。所述电极为2个，安装在横杆上，且2个电极的种类、直径及电极之间的间距可调。原理及优势高温熔融状态时，铝硅锰铁合金主要以离子的形式存在，当高能量密度的周期性电脉冲施加到坩埚时，电脉冲作用能加速铝硅锰合金熔体中离子的运动，由于单个电脉冲作用时间很短，只能加速粒子的形核过程，然而晶粒没有足够的生长时间，最终可以获得细化晶粒，改善合金的凝固组织，从而可以提高合金的抗粉化性能。作为本专利技术的优选工艺，通过电脉冲处理和适当冷却速度的配合，提升了产品的抗粉化性能。经优化后(即采用合理参数的电脉冲处理和适当冷却速度)，在设计成分的约束下，所得产品的自然放置45天后，粉化率小于1％。本专利技术与现有技术相比,具有以下优势：1.本方法通过采用电脉冲作用于铝硅锰合金凝固过程，利用高能量密度的电脉冲处理，能很好实现合金凝固组织的优化，抗粉化性能的提升。2.本专利技术设备简易，操作简单，实验周期短，成本低廉。3.节能环保。本方法因实施的电脉冲虽然是高能量密度，但其峰值电压最高达36V，所耗电功率却低于一个普通白炽灯，克服了现有技术耗电大的问题。除此之外，电脉冲在实施过程中不会产生噪声、三废污染。4.本专利技术应用的电脉冲可以很精细灵活地控制电脉冲参数，从而可以满足不同的实验要求，适用范围广。为了探索适合的电脉冲参数，围绕本专利技术的内容开展了一系列的试验。适当的电脉冲参数条件下，电脉冲处理可以加速铝硅锰合金熔体中粒子的运动，增大形核率，缩短形核时间，而形成小尺寸晶粒，细化铝硅锰合金凝固组织，改善合金抗粉化性能，延长合金储存周期，给合金的储存和运输缓解压力。该方法应用前景广泛，可为学术科研和生产实践提供可靠、稳定的理论依据和技术支持。下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。附图说明图1为本专利技术实施例1中所用装置的示意图。图2为对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，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其制备方法为：/n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；将熔体的温度降至1450-1500℃，然后将连接电脉冲电源的纯铁电极棒插入熔体中，启动脉冲电源进行电脉冲处理5-10分钟后，冷却，得到铝硅锰合金；进行电脉冲处理时，控制峰值电压为11～36V；脉冲频率为1Hz-100Hz。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，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；
其制备方法为：
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；将熔体的温度降至1450-1500℃，然后将连接电脉冲电源的纯铁电极棒插入熔体中，启动脉冲电源进行电脉冲处理5-10分钟后，冷却，得到铝硅锰合金；进行电脉冲处理时，控制峰值电压为11～36V；脉冲频率为1Hz-100Hz。


2.根据权利要求1所述的一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，其特征在于：电脉冲电源施加的电脉冲为直流脉冲，脉冲类型为间隔脉冲，脉冲宽度为1μs～150μs，峰值电压为20～36V；脉冲频率为1Hz-100Hz。


3.根据权利要求1所述的一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，其特征在于：电极的水平间距为5cm-15cm；电极插入熔体中的深度为3cm-25cm。


4.根据权利要求1所述的一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，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。


5.根据权利要求4所述的一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法，其特征在于：包...

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