[发明专利]一种锻轧金属锰的生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产锻轧成型金属锰的新生产工艺技术。其发明目的在于得到一种在用途、品质上优于传统电解锰片及锰块的新型锰系铁合金材料。

背景技术

金属锰在钢中是一种不可缺少的合金元素。金属锰，特别是高纯电解金属锰，现在越来越广泛的做为脱氧剂、脱硫剂应用于钢铁生产中以及多组元的合金钢、不锈钢冶炼制造业。目前在钢铁冶炼行业中，对于锰作为合金的添加剂主要是以电解金属锰片、电解金属锰粉以及熔炼金属锰块等方式。但是直接向炉内钢液加入电解锰片，很容易造成锰的氧化，降低锰的有效利用率，而且片状锰比表面积大，在钢液表面加入导致其很难沉入钢液，不利于合金化；金属锰粉在包装、运输过程中极易氧化，在空气中金属锰粉尘也极易与氧发生爆炸，有一定的安全隐患。现在有相当一部分钢铁企业使用熔炼金属锰块来加入钢液，但这种熔炼金属锰块是利用中频炉将电解金属锰片熔化后，倒入铸模中冷却，之后将整块锰锭从锰模中取出，用人工方式将锰锭破碎成10mm-50mm之间的锰块。钢铁企业在使用这种锰块时的缺点是由于其形状不规则，大小不一致，特别是容易含有过多的破碎工序产生的金属锰粉末，使钢铁冶炼企业在入炉使用、合金成份计量控制等方面带来不便与误差，而且锰块在中频炉熔炼的生产过程中，往往需加入脱碳、脱氧、脱硫剂等辅料，这就使得锰块锰含量不高及杂质较多，这就使得金属锰块在高品质合金冶炼中受到极大限制。

发明内容

本发明的目的在于制备出一种经过锻轧、真空硬化烧结处理的高纯金属锰球团，其特征在于此锰球具有规则的形状，大小固定且每个球团个体完全一致，并且，此锻轧金属锰球团具有一定的硬度，以满足其在使用上的要求。

本发明所述工艺采用的方法为二次重结晶、高温压力锻轧。首先采用高强度对辊式锻轧设备，将金属锰粉末在瞬间压制成型，并利用其压缩产生的瞬时高温使其产生第一次晶体相变(由α-Mn变为α-γ-Mn)，具有固定的物理形状，其次是将成型锻轧锰置入真空冶炼炉对其进行真空硬化烧结，使其产生第二次晶体重构、相变(晶相调质)(由α-γ-Mn变为β-Mn)，进一步提高其机械物理性能。

本工艺采用的技术方案如下：

首先将电解金属锰(DJM99.7)破碎成40-60目的金属粉末。因为金属锰机械性能硬而脆，可锻性差，所以用金属粉末进行粉末锻是对金属锰进行锻轧的一个实用可行的创新工艺。

将放置在料仓内的金属锰粉末放置在搅拌设备中，加以定量的粘结剂以及固化剂。选择适当的粘结剂及固化剂是锻轧锰具有较高锻轧成型率，较好的物理机械性能以及较高表面光洁度的重要因素。本工艺粘结剂采用传统的硅酸钠(水玻璃)，而固化剂采用了自行研制的非有机物固化剂，对产品化学成份没有任何影响(而其它的有机物固化剂对产品化学成份影响较大)。

经搅拌混合均匀的金属锰粉末通过皮带输送设备，均匀连续地输送到对辊式锻轧设备中。首先，物料经过该设备的预压系统，使物料由不太均匀的松散状态预压成具有一定堆积密度的致密状态，该预压系统是一个可控、自控、精确无极调速的垂直螺旋式动力装置。在压密的同时将物料以最佳流量速率送至对辊式锻压系统。此系统是锻压成型的关键系统，它由两个精确对位辊轧转子组成，上面均匀分布具有规则形状的半球窝凹槽，当两球辊以相反方向转动，则两边的半形球窝凹槽则对应形成一整个球窝空间，这就是锻轧锰的一个压模。而这个压模形状可根据客户要求定做为球状、椭球状、长方形等形状与各种尺寸。两对辊是以电机以及同步传动系统来带动的，其压力调节系统是一个具有自应力反馈的液压系统，通过这套系统，锻压设备产生的总压力应可保证在300吨以上，即保证在1mm的距离上有不少于1吨/mm的线压力，这是保证锻轧锰具有锻轧定型及达到重结晶所需温度的关键影响因素。当物料由预压系统送至锻轧系统时，物料被两对辊压密于每个压模之中，在锻压力达到最大时，即物料通过轧辊切线方向时，所受到的锻压力即为最大值，这时作用在物料的径向线压力(按压模形状方位)为1～3吨/mm，这时金属粉末间将产生两种相互作用，其一是经物理压缩，粉末颗粒间距将变得致密，在粘结固化剂作用下，形成有固定形状的锻轧个体，其二是由于强大的压力(一般在300～400吨之间)，产生了足够的压缩比，金属粉末产生瞬时高温，使锰球团中一部分锰原子达到由α锰转化为α-γ锰的晶相转化温度，变为具有α-γ锰晶体的锻轧锰个体进一步致密，物理强度进一步提高，锻轧个体表面也变得非常光洁，规整(注：金属锰有四种晶体形式：α、β、γ、σ，常温下以α最稳定)。