CN101736123B

CN101736123B - 一种硼收得率高的含硼合金的冶炼方法

Info

Publication number: CN101736123B
Application number: CN2010100338217A
Authority: CN
Inventors: 符寒光; 邢建东; 雷永平; 侯建强
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2010-01-08
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2030-01-08
Also published as: CN101736123A

Abstract

本发明公开了一种硼收得率高的含硼合金冶炼方法，其特征在于先在电炉内熔炼含硼合金，当合金的温度高于液相线温度以上180～230℃时，加入0.2％～0.5％的硅钙合金预脱氧，再加入0.12％～0.18％的铝终脱氧，然后加入0.2％～0.3％的钛铁固定金属溶液中的氮，最后将用铝板包裹严实的硼铁和钛铁一起加入金属液体中，当含硼合金的温度高于液相线温度以上200～260℃时，含硼合金液体出炉即可用于铸件或铸锭的浇注。采用本发明熔炼含硼合金，硼元素收得率超过90％，可明显减少硼元素的消耗，降低含硼合金生产成本，具有较好的经济和社会效益。

Description

一种硼收得率高的含硼合金的冶炼方法

技术领域

本发明为一种含硼合金的冶炼方法，特别涉及一种硼收得率高的含硼合金冶炼方法，属于金属冶炼技术领域。

技术背景

硼加入钢铁材料中，部分硼固溶于基体，可提高基体的淬硬性和淬透性，部分硼与铁结合生成高硬度的铁硼化合物，因此，硼加入钢铁材料中可大幅度提高钢铁材料的硬度，并改善耐磨性。但是，硼是活性很强的元素，加入钢铁材料中烧损量大，收得率较低，造成资源的巨大浪费。为了提高含硼合金冶炼过程中硼元素的收得率，中国发明专利CN1600884公开了一种含硼生铁直接冶炼硼钢的方法，以硼铁矿经高炉分离后的含硼生铁为原料，先经预处理脱硫，选用碳酸钠基、石灰基或电石基或它们的复合基为脱硫剂；然后采用转炉冶炼，工艺步骤是：(1)装料：脱硫后的铁水按重量50％～70％加入，其余为废钢和铁矿石；(2)造渣：选用造渣剂为CaO和少量氧化铁皮、氧化镁，当炉温达到1400℃时，并维持炉温1400℃条件下，加入造渣剂；(3)吹氧：供氧时间为20～25mi n，供氧强度为：2.5～3.5Nm³/t.mi n；(4)终点控制：出钢温度为1550～1580℃，并加入锰铁合金或硅锰合金，使钢中Mn≥0.6％，最终硼钢中硼含量为B：0.001～0.006％(重量)。该发明的硼钢冶炼成本低，硼在钢中分布均匀，钢的性能稳定，为硼铁矿高炉分离产物进一步综合利用开辟了新途径。中国发明专利CN1718829也公开了一种薄膜奥氏体增韧的马氏体耐磨铸钢，其具体组成为：C：0.25～0.34wt％，Si：1.45～2.05wt％，Mn：0.90～1.20wt％，Cr：1.80～2.50wt％，B：0.0005～0.005wt％，Ti：0.01～0.06wt％，RE：0.015～0.08wt％，Al：0.015～0.06wt％，S≤0.035wt％，P≤0.035wt％，余量为Fe。其制造步骤包括钢水熔炼和热处理，常规炼钢工艺完成后，先后加入TiFe合金、RESiFe合金和BFe合金熔炼，然后经高温正火、保温、水淬及低温回火处理。但是，上述方法应用于硼含量较高的含硼合金冶炼时是不适应的，这是因为硼含量较高的含硼合金冶炼过程中，需要加入较多的硼铁，若采用上述方法将硼铁加入合金中，将导致合金温度急剧下降，且合金成分不均匀。因此，目前含硼量较高的含硼合金冶炼过程中，都是在合金熔炼后期，直接将硼铁加入熔炼炉内，然后加热至要求的出炉温度后出炉入浇包，最后浇注成铸件或铸锭。存在硼元素收得率低(小于80％)和硼元素浪费严重的不足，导致含硼合金成本升高。为了减轻硼元素的烧损，提高其收得率，中国发明专利CN101250659还公开了一种真空冶炼含硼钢提高和稳定硼回收率的方法，其特征在于，钢水真空处理前进行硼合金化。钢水真空处理后，取钢水样分析，硼回收率稳定在90％以上。可实现生产同一含硼钢种，炉与炉之间熔炼成分硼含量偏差小于2ppm(即0.0002％)。解决了钢水真空处理后进行硼合金化，硼回收率不稳定而且硼合金化过程会对钢水造成二次污染问题。中国发明专利CN101451209也公开了一种钢铁冶炼过程中硼铁的加入方法，所述的钢铁冶炼过程包括电炉熔化、精炼、真空处理，本方法控制精炼后钢液中氧含量不大于20ppm、铝含量不小于0.010％；真空前喂入铝至钢液中铝百分含量为0.080-0.120％，然后加入硼铁，进行真空处理，处理过程大吹氩搅拌。采用该发明方法后，冶炼后硼的回收率能达到90％以上。但是，采用真空方法熔炼高硼合金，工艺复杂、设备昂贵，导致材料生产成本增加。

发明内容

本发明的目的是解决现有含硼合金冶炼过程中存在硼收得率低的不足，提供了大气条件下冶炼含硼合金新工艺。

为实现上述目的，本发明在现有技术中含硼合金熔炼后期，先加入硅钙合金预脱氧，再加入铝终脱氧，然后加入钛固定金属溶液中的氮，最后将硼铁加入金属液体中。为了防止硼的氧化和烧损，先将硼铁预热至250～350℃，然后在硼铁中加入占金属液体总量0.3％～0.6％的钛铁，钛铁粒度控制在6～12mm。并用厚度2～4mm的铝板将硼铁和钛铁包裹严实，一起加入电炉中，最后出炉即可用于铸件或铸锭的浇注。

本发明目的可以通过以下措施来实现：

首先在电炉内熔炼金属合金材料，当金属合金材料的温度高于其液相线温度以上180～230℃时，加入占炉内合金液体质量0.2％～0.5％的硅钙合金预脱氧，再加入占炉内合金液体质量0.12％～0.18％的铝终脱氧，然后加入占炉内合金液体质量0.2％～0.3％的钛铁固定金属溶液中的氮；将硼铁预热至250～350℃，并在硼铁中加入占炉内合金液体质量0.3％～0.6％的钛铁，钛铁粒度控制在6～12mm；用厚度2～4mm的铝板将硼铁和钛铁包裹严实，最后将用铝板包裹严实的硼铁和钛铁一起加入金属液体中，当含硼合金的温度高于其液相线温度以上200～260℃时，含硼合金液体出炉即可用于铸件或铸锭的浇注。

上述硅钙合金的质量百分数为：Ca≥28％，C＜0.8％，Fe＜5.0％，Al＜2.4％，P＜0.04％，S＜0.06％，余量Si。

上述钛铁的质量百分数为：28-32％Ti，Al＜5％，Si＜5％，Mn＜2.5％，C＜0.15％，P＜0.06％，S＜0.04％，Cu＜0.4％，余量Fe。

上述硼铁的质量百分数为：20-25％B，C＜0.1％，Si＜3.0％，Al＜4.0％，S＜0.02％，P＜0.03％，Cu＜0.1％，余量Fe。

本发明在含硼合金冶炼过程中，先用0.2％～0.5％的硅钙合金预脱氧，再加入0.12％～0.18％的铝终脱氧，可减少金属熔液中的氧含量，防止硼铁加入时硼元素的氧化烧损。另外，硼与氮也有较高的亲合力，因此，在加入硼铁前，还在金属液体中加入0.2％～0.3％的钛铁，利用钛与氮反应形成Ti N，可以固定金属熔液中的氮，防止硼与氮反应，有利于提高硼的收得率。另外，硼铁加入金属液体以前，在250～350℃进行预热处理，可防止硼铁加入后，出现金属液体温度急剧下降现象，可缩短冶炼时间，减轻硼的氧化烧损。此外，硼铁加入金属液体中，用厚度2～4mm的铝板包裹严实，利用铝的良好脱氧作用，可以进一步减少硼的氧化烧损，提高硼的收得率。此外，在硼铁中加入占金属液体总量0.3％～0.6％的钛铁，钛铁粒度控制在6～12mm，主要有两个作用：其一，使钛铁进一步起定氮作用；其二，利用钛与氮、碳反应形成的细小TiN和TiC，可以起凝固核心作用，有利于含硼合金随后浇注的铸件或铸锭组织细小，改善其力学性能和热加工性能。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明熔炼含硼合金，硼元素收得率达到93％～96％，与真空熔炼含硼合金时硼元素的收得率相当，但熔炼成本明显低于真空熔炼含硼合金；

2、本发明采用常规的大气条件下冶炼含硼合作，操作简便，本发明克服了常规冶炼条件下硼元素收得率低的不足，常规冶炼条件下硼元素收得率仅为75％～80％，可以明显节约硼资源，降低含硼合金生产成本；

3、采用本发明熔炼的含硼合金浇注成铸件或铸锭，组织细小，可改善其力学性能和热加工性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详述。

实施例1：

采用500公斤中频感应电炉熔炼硼含量超过0.5％的含硼高速钢材料，具体工艺步骤如下：

(1)在电炉内加入废钢、铬铁、钼铁、钨铁、生铁和钒铁等原材料，然后送电熔炼，当合金的温度高于液相线温度以上183℃时，加入0.2％的硅钙合金预脱氧(硅钙合金的质量百分数为：29.37％Ca，0.30％C，1.16％Fe，0.73％Al，余量Si)，再加入0.18％的铝终脱氧，然后加入0.3％的钛铁(钛铁的质量百分数为：30.69％Ti，0.72％Al，1.18％Si，0.63％Mn，0.06％C，0.11％Cu，余量Fe。)固定金属熔液中的氮。

(2)将硼铁(硼铁的质量百分数为：22.07％B，0.04％C，1.08％Si，1.25％Al，0.03％Cu，余量Fe。)预热至350℃，在硼铁中加入占金属液体总量0.3％的钛铁，钛铁粒度控制在6～12mm，并用厚度4mm的铝板将硼铁和钛铁包裹严实。

(3)最后将用铝板包裹严实的硼铁和钛铁一起加入金属液体中，当含硼合金的温度高于液相线温度以上202℃时，含硼合金液体出炉并浇注成轧辊。采用上述方法冶炼的含硼高速钢材料的质量百分数为：1.38％B，0.95％C，5.77％Cr，1.06％W，2.45％Mo，1.93％V，0.08％Ti，余量Fe，硼元素的收得率达到95.3％。

实施例2：

采用750公斤中频感应电炉熔炼硼含量超过0.5％的含硼耐磨铸钢合金，具体工艺步骤如下：

(1)在电炉内加入废钢、生铁、铬铁、硅铁和锰铁等原材料，然后送电熔炼，当合金的温度高于液相线温度以上229℃时，加入0.5％的硅钙合金预脱氧(硅钙合金的质量百分数为：29.37％Ca，0.30％C，1.16％Fe，0.73％Al，余量Si)，再加入0.12％的铝终脱氧，然后加入0.2％的钛铁(钛铁的质量百分数为：30.69％Ti，0.72％Al，1.18％Si，0.63％Mn，0.06％C，0.11％Cu，余量Fe。)固定金属熔液中的氮。

(2)将硼铁(硼铁的质量百分数为：22.07％B，0.04％C，1.08％Si，1.25％Al，0.03％Cu，余量Fe。)预热至250℃，在硼铁中加入占金属液体总量0.6％的钛铁，钛铁粒度控制在6～12mm，并用厚度2mm的铝板将硼铁和钛铁包裹严实。

(3)最后将用铝板包裹严实的硼铁和钛铁一起加入金属液体中，当含硼合金的温度高于液相线温度以上255℃时，含硼合金液体出炉并浇注成破碎机锤头。采用上述方法冶炼的含硼耐磨铸钢材料的质量百分数为：1.62％B，0.38％C，2.39％Cr，1.21％Mn，0.88％Si，0.11％Ti，余量Fe，硼元素的收得率达到94.8％。

实施例3：

采用500公斤中频感应电炉熔炼硼含量低于0.5％的含硼铸钢材料，具体工艺步骤如下：

(1)在电炉内加入废钢、铬铁、钼铁、生铁、镍板、硅铁和锰铁等原材料，然后送电熔炼，当合金的温度高于液相线温度以上217℃时，加入0.4％的硅钙合金预脱氧(硅钙合金的质量百分数为：29.37％Ca，0.30％C，1.16％Fe，0.73％Al，余量Si)，再加入0.15％的铝终脱氧，然后加入0.2％的钛铁(钛铁的质量百分数为：30.69％Ti，0.72％Al，1.18％Si，0.63％Mn，0.06％C，0.11％Cu，余量Fe。)固定金属熔液中的氮。

(2)将硼铁(硼铁的质量百分数为：22.07％B，0.04％C，1.08％Si，1.25％Al，0.03％Cu，余量Fe。)预热至300℃，在硼铁中加入占金属液体总量0.4％的钛铁，钛铁粒度控制在6～12mm，并用厚度3mm的铝板将硼铁和钛铁包裹严实。

(3)最后将用铝板包裹严实的硼铁和钛铁一起加入金属液体中，当含硼合金的温度高于液相线温度以上227℃时，含硼合金液体出炉并浇注成挖掘机斗齿。采用上述方法冶炼的含硼铸钢材料的质量百分数为：0.004％B，0.33％C，1.52％Cr，0.47％Mo，0.70％Ni，1.26％Si，0.56％Mn，0.09％Ti，余量Fe，硼元素的收得率达到93.1％。

采用本发明熔炼含硼合金材料，硼元素损失少、收得率高。另外采用本发明浇注的铸件，组织致密，使用效果良好。应用本发明熔炼含硼合金材料，可降低合金生产成本，具有很好的经济效益。

Claims

1.一种硼收得率高的含硼合金的冶炼方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先在电炉内熔炼金属合金材料，当金属合金材料的温度高于其液相线温度以上180～230℃时，加入占炉内合金液体质量0.2％～0.5％的硅钙合金预脱氧，再加入占炉内合金液体质量0.12％～0.18％的铝终脱氧，然后加入占炉内合金液体质量0.2％～0.3％的钛铁固定合金液体中的氮；将硼铁预热至250～350℃，并在硼铁中加入占炉内合金液体总质量0.3％～0.6％的钛铁，钛铁粒度控制在6～12mm；用厚度2～4mm的铝板将硼铁和钛铁包裹严实，最后将用铝板包裹严实的硼铁和钛铁一起加入炉内合金液体中，当含硼合金的温度高于其液相线温度以上200～260℃时，含硼合金液体出炉即可用于铸件或铸锭的浇注；

硅钙合金的质量百分数为：Ca≥28％，C＜0.8％，Fe＜5.0％，Al＜2.4％，P＜0.04％，S＜0.06％，余量Si；

钛铁的质量百分数为：28-32％Ti，Al＜5％，Si＜5％，Mn＜2.5％，C＜0.15％，P＜0.06％，S＜0.04％，Cu＜0.4％，余量Fe；

硼铁的质量百分数为：20-25％B，C＜0.1％，Si＜3.0％，Al＜4.0％，S＜0.02％，P＜0.03％，Cu＜0.1％，余量Fe。