CN101353753B - 一种超低碳高纯度工业纯铁及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超低碳高纯度工业纯铁及其制造方法，其主要特征为包括如下重量百分配比的化学元素：C≤0.008％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、S≤0.002％、P≤0.005％、Al≤0.055％。将按照上述化学成分配比的原料经过电弧炉冶炼脱磷、硫，再通过AOD吹氧去碳，高温、高碱度脱硫，最后浇注钢锭。从而可以生产出纯度达到了99.5～99.7％。使用该纯铁使试制的马氏体时效钢达到国内最好水平，并且也提高了其他钢的性能如00Ni12Cr5Mo3A1TiVA，推动了高纯净钢的研制与开发。
Description
技术领域
本发明涉及冶金领域钢铁材料纯铁，特别属于冶金行业钢铁冶金的新型低碳超高纯度工业纯铁。尤其是用于高纯度超低碳、低硫磷、低硅锰钢用的纯铁，如马氏体时效钢、高纯度超低碳不锈钢。
背景技术
目前我国采用GB9971、GB6983生产原料纯铁和工业纯铁，一般用于制造电磁元件、软磁材料，也有用于制造硅锰硫磷较高，一般用转炉或转炉+炉外精炼制造，有的经AOD炉制造，近几年太钢、宝钢、武钢、南京钢厂等均有生产，国外也大量进口，但是，纯度不高，纯铁杂质元素高，化学成分控制(wet％)：C≤0.025、SiMn≤0.2、S≤0.015、P≤0.015、Cr≤0.2、Ni≤0.2、Cu≤0.15；实物水平(wet％)：C0.005～0.02、SiMnO.02～0.20、S0.005～0.01、P0.005～0.015，实物质量纯度较低，特别是碳、硫、磷较高，只能用于制造普通的零部件。随着对精密合金、磁性元器件的要求越来越高，尖端高技术产品对纯度要求也越来越高，这些纯铁已经不适合制造高端产品，不适合用于生产超低碳高纯洁度马氏体时效钢、高强不锈钢、高级功能材料(软磁合金等)用的原材料，不能用于尖端技术和高质量零部件。
国外对于这些高纯度工业纯铁，日本用电解方法制造，纯度可以达到含铁量在99.9％，但价格太高，不适合用于如马氏体时效钢、高纯度不锈钢的原材料。国内采用GB9971、GB6983生产原料纯铁和工业纯铁制造的电器元件和软磁材料只能用于低档次零部件，无法与国外实物相比，用该纯铁生产的马氏体时效钢性能低。目前我国还没有用电解法生产制造工业纯铁的生产能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种超低碳高纯度工业纯铁及其制造方法，它能够改善工业纯铁的纯度，进而提高钢的性能。
本发明实现上述目的的技术方案为：一种超低碳高纯度工业纯铁，包括如下重量百分配比的化学元素：C≤0.008％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、S≤0.002％、P≤0.005％、Al≤0.05％。
优选地，所述的超低碳高纯度工业纯铁，包括如下重量百分配比的化学元素：C≤0.006％、Si≤0.03％、S≤0.001％。
工业纯铁中碳氮形成固溶体，常温下易析出形成碳化物和氮化物，产生磁时效，碳高使磁导率下降，矫顽率提高，铁损增加，磁化困难；同时碳氮在马氏体时效钢(Ni-Co-Mo-Ti)中形成碳化钛和氮化钛，降低钢的强度、影响钢的塑韧性，因此，碳氮必须控制较低水平；硅锰高易形成夹杂物，作为高纯度钢的原料使钢的塑韧性降低；硫磷使钢的塑韧性降低，特别是作为高强度高韧性钢的原材料，降低钢的塑韧性，因此必须限制；铝是最有效的脱氧元素，控制铝含量将有效降低钢的含氧量。
所述超低碳高纯度工业纯铁的制造方法，包含以下步骤：
(1)采用电炉(20吨电炉)工艺：采用电炉脱磷，保证电炉达到P的技术要求；重要是电炉氧化末期彻底扒净氧化渣，防止还原期回P；
反应式：
2[P]+5FeO+4CaOs＝4CaOP2O5(s)+5Fe (1)
△G°＝—343000+143.35T(J/mol)
2[P]+5FeO+3CaOs＝3CaOP2O5(s)+5Fe (2)
△G°＝—338600+142.05T(J/mol)
(a)氧化法冶炼；
(b)配料成分C：0.7-1.0％，P≤0.020％，优质低S、P平钢和电极块组成，(白灰要求精选，萤石要求特级的，加入量为常规量)；
(c)熔氧期进行脱P操作，控制温度1540-1570℃，直至C≤0.08％P≤0.002％，扒渣100％，补加渣料后吹氧升温至1650℃。本阶段工艺同现行电弧炉冶炼工艺；
(d)还原：分三批加入白灰15～20Kg/吨.批、萤石5～8Kg/吨.批；当硫≤0.010％扒渣100％，加CaO15～20kg/吨、CaF21～2kg/吨、铝1～2.52kg/吨造新渣出钢，入AOD炉；
(2)AOD冶炼：AOD吹氧氩混合气体去碳，当碳小于0.008％加铝升温≥1680℃，同时加入CaO和CaF2进行还原，当硫小于0.0015％，出钢；
氧化原理：2[C]+O2＝2CO
[Si]+O2＝(SiO2)
脱硫原理：5CaO+2[Al]+3[S]＝3(CaS)+(2CaO.Al2O3)
(a)吹氧去碳过程：分两批加入CaO20～40kg/吨，CaF22～7kg/吨，铝5～10kg/吨，吹氧(氩)其流量为：O2:Ar2＝8：2，当碳达到0.008％以下，进行还原，温度控制在1680℃以上；
(b)还原期：预脱氧扒净氧化渣，加CaO10～30kg/吨、CaF25～10kg/吨左右，2～4kg/吨铝，吹氩搅拌，氩气流量200～500m3/h；预脱氧后加第二批脱氧剂(CaO5～10kg/吨、2～4kg/吨左右铝)、吹氩(其流量200～500m3/h)，当硫达到0.0015％以下出钢；如果S≥0.0015％，继续加入CaO5～10kg/吨、铝2～4kg/吨左右进行脱硫，直到硫小于0.0015％出钢；
(c)出钢温度大于1600℃；
(d)浇注温度：1590～1610℃。
浇注2.3t锭，不用保护渣，帽口补足。
注毕模冷10小时脱模。
优选地，所述步骤(1)(d)中，在还原期，氧化渣扒净后浮碳粉，使C在1.0％左右，分批加入氧化钙40-65kg/吨、萤石15～25kg/吨；造白渣并且保持20分钟以上，当S≤0.008％，扒渣100％，造新渣，出钢，出钢温度T≥1600℃，钢水倒入AOD炉，还原期使用Al沉淀脱氧剂，用CaO和CaF2进行还原，当S小于0.006％时扒渣100％，造新渣出钢。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、本发明制造的超低碳高纯度工业纯铁达到超低碳低杂质元素的水平，纯度达到了99.5～99.7％。
2、使用该纯铁使试制的马氏体时效钢达到国内最好水平；使用该纯铁显著提高了其他钢的性能如00Ni12Cr5Mo3AlTiVA，推动了高纯净钢的研制与开发。
具体实施方式
实施例
(1)EAF炉：
炉料全熔后分4～6批加入石灰，吹氧进行氧化处理，温度1560℃磷小于0.003％扒渣100％；还原：分三批加入白灰15～20Kg/吨.批、萤石5～8Kg/吨.批、铝1～2.5kg/吨；当硫≤0.010％扒渣100％，加第三批CaO15～20kg/吨、CaF21～2kg/吨以及铝1～2.5kg/吨，造新渣出钢，出钢温度1620℃，入AOD炉；
(2)AOD炉：
兑钢后，分加入两批CaO20～40kg/吨，CaF22～7kg/吨，铝5～10kg/吨，吹氧(氩)其流量为：O2:800m3/h，Ar200m3/h吹氧量800立方米左右，当碳达到0.008％以下，进行还原，温度1720℃。
还原，扒净氧化渣，预脱氧：加CaO10～30kg/吨、CaF25～10kg/吨，铝2～4kg/吨，升温，吹氩搅拌，氩气流量480m3/h；加第二批脱氧剂：CaO5～10kg/吨、铝2～4kg/吨，当硫小于0.0015％，出钢。
出钢：出钢温度1620℃，出钢大口出钢，钢渣混冲有利于脱硫。
浇注温度为1600℃。
试验结果：见表1、表2。
表1渣料加入量(22吨钢水)注：吹氧量：立方米
表2试制纯铁的化学成分(Wt％)
| 炉号 | C | Mn | Si | S | P | Al | Ti | Cu | Fe |
| -1063 | 0.008 | 0.04 | 0.05 | 0.002 | 0.005 | 0.01 | 0.01 | 0.06 | 余 |
| -1065 | 0.008 | 0.01 | 0.01 | 0.001 | 0.003 | 0.01 | 0.01 | 0.06 | 余 |
| -2833 | 0.007 | 0.01 | 0.03 | 0.001 | 0.002 | 0.04 | 0.04 | 0.02 | 余 |
| -1163 | 0.008 | 0.01 | 0.01 | 0.0015 | 0.002 | 0.01 | 0.01 | 0.06 | 余 |
| -1165 | 0.008 | 0.01 | 0.01 | 0.001 | 0.003 | 0.01 | 0.01 | 0.06 | 余 |
Claims (2)
1.一种超低碳高纯度工业纯铁的制造方法，其特征是包含以下步骤：
(1)EAF炉工艺：
(a)氧化法冶炼；
(b)配料成分C：0.7-1.0％，P≤0.020％；
(c)熔氧期进行脱P操作，控制温度1560℃，直至C≤0.08％P≤0.002％，扒渣，补加渣料后吹氧升温至1650℃以上；
(d)还原；
(2)AOD冶炼：
(a)吹氧去碳过程：分两批加入CaO 20～40kg/吨，CaF22～7kg/吨，铝5～10kg/吨，吹氧或氩其流量为：O2∶Ar2＝8∶2，当碳达到0.008％以下，进行还原，温度控制在1680℃以上；
(b)还原期：预脱氧扒净氧化渣，加CaO10～30kg/吨、CaF25～10kg/吨，2～4kg/吨铝，吹氩搅拌，氩气流量200～500m3/h；预脱氧后加第二批脱氧剂CaO5～10kg/吨、2～4kg/吨铝、吹氩其流量200～500m3/h，当硫达到0.0015％以下出钢；如果S≥0.0015％，继续加入CaO5～10kg/吨、铝2～4kg/吨进行脱硫，直到硫小于0.0015％出钢；
(c)出钢温度大于1600℃；
(d)浇注温度：1590～1610℃。
2.如权利要求1所述的超低碳高纯度工业纯铁的制造方法，其特征是：步骤(1)(d)中还原期：氧化渣扒净后浮碳粉，使C在1.0％，分三批加入白灰15～20Kg/吨.批、萤石5～8Kg/吨.批，铝1～2.5kg/吨；造白渣并且保持20分钟以上，当S≤0.008％，扒渣100％，造新渣，出钢，出钢温度T≥1600℃，钢水倒入AOD炉。
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