[发明专利]一种制备Al-Ca合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，本发明方法制备的Al-Ca合金可为生产高合金钢、耐热钢、超低硅钢及用于钢液深脱氧和净化钢液而提供一种功能性复合脱氧剂、夹杂物变性剂。并且可以作为铝钙系列复合合金包芯线原材料的基体合金。

背景技术

复合脱氧剂可以有效地降低钢中有害元素O、S的含量，改变钢中夹杂物形态和改善钢结晶组织，提高钢的机械性能。氧在固态钢中溶解度很小，最终形成的氧化物夹杂，会降低钢材的机械性能，特别是钢的疲劳强度和冲击韧性，影响钢的机械性能和焊接性能。因此深脱氧、深脱硫、有效的夹杂物变性处理，钢液洁净化作为炼钢工序的重要工艺环节，与后步工序的操作处理、钢材的品种质量等密切相关。脱氧剂的性能直接影响钢水脱氧效果，并间接影响钢的内在质量。因此，为了满足用户需求、适应炼钢工艺的发展，针对不同钢种以及对钢种的不同质量要求，采用相应的脱氧材料和脱氧工艺非常必要。

作为脱氧及改变夹杂物形态材料，曾经开发并应用了Al-Fe、Si-Al-Ba-Ca Si-Al-Ba-Ca-Sr和Si-Al-Ba-Ca-Sr-Re等各种复合脱氧剂。作为脱氧元素Ca具有强的脱氧能力和对钢中夹杂物变性处理作用。但是金属钙价格昂贵，使用成本高且化学性质活泼极易氧化、严重烧损且密度小，所以脱氧时不能直接使用。而多采用硅钙、硅铝钙、铝镁钙等合金形式加入。然而对于一些要求无硅或低硅钢种，是禁止用含硅合金进行深脱氧。因此，铝钙合金以其脱氧、脱硫能力强，具有改变夹杂物形态的作用好，得到了广泛应用。目前铝钙合金的生产方法多为金属铝和金属钙在液态下进行熔兑，这样金属钙烧损严重。这种生产方法不但成本高，并且也是资源的极大浪费。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种铝钙合金的制备方法，该方法以廉价、资源丰富的氧化钙或碳化钙为原料生产铝钙合金。不同Al、Ca含量的合金作为制备铝钙三元以上系列合金的基体合金以及铝钙包芯线的合金原材料。

本发明针对用金属铝作还原剂还原氧化钙或碳化钙，通过热力学计算分析并确定边界条件，来制取铝钙合金。本发明合金中针对不同需求可以制取含有2-20％的Ca、50-95％的Al的铝钙合金。

本发明的技术方案是这样实现的：一种制备Al-Ca合金的方法，包括以下步骤：

1、加料：将含CaO大于85％的生石灰或含CaC₂大于85％的电石分次加入管式炉中或感应炉中，然后按比例一次性加入金属Al，并向炉内通氩气，温度达到1200℃以上启动搅拌装置进行搅拌，氩气流量为0.10—0.2L/min

2、加料完毕后，继续升温至1450℃恒温精炼，精炼时间为20-30min；

3、冷却精整：精炼后，停电冷却，在氩气保护下待完全冷却后进行精整用手工去除附着的夹渣。

金属铝还原氧化钙的反应如下式：

6CaO_(s)+12Al_(l)＝3CaO·Al₂O_3(S)+3AL₂Ca 

6CaO_(s)+18Al_(s)＝3CaO·Al₂O_3(s)+3Al₄Ca 

金属铝还原碳化钙的反应如下式：

CaC_2(s)+2Al_(l)＝CaAl_2(l)+2C_(S) 

CaC_2(S)+2Al_(s)＝CaAl_2(s)+2C_(S) 

工艺要点及参数：

金属钙在空气中易氧化，在还原及还原后必须与空气等氧化性气氛隔绝，铝钙合金在200℃以上和空气接触可燃烧爆炸，因此，本发明是在惰性气体保护下利用管式炉、不同感应炉进行熔炼还原的。

铝钙系合金中Al₂Ca的熔点为1079℃，而Al₄Ca形成温度更低。本试验的还原温度设定在1150℃-1450℃。当温度达到设定温度后，恒温时间为30min。工艺中须加搅拌操作。