[发明专利]一种超纯度工业纯铁的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属冶炼方法，尤其涉及一种工业纯铁的制造方法。

背景技术

二次硬化钢是一种含碳的Cr-Ni-Co-Mo系高纯净度钢种，用于制造飞机起落架、樑、轴等零部件，该类钢所用纯铁化学成分要求(wt％)为：C≤0.3，Si≤0.05，Mn≤0.05，S≤0.001，P≤0.003，Al≤0.005，Ti≤0.005；该纯铁没有脱氧元素，在炼钢的还原阶段不能使用含硅、锰、铝、钛的脱氧剂，按照现有技术和常规冶炼工艺，无法制造该钢种。

目前国内采用6B9971、6B6983生产原料纯铁和工业纯铁，用于制造电磁元件、软磁材料，也有用于制造含硅锰硫磷较高的材料。国内一般采用转炉或转炉+炉外精炼制造，有的经AOD或VOD炉制造，但是其纯度均不高，特别是硫、磷、铝含量较高，仅可以用于制造普通的电子元器件和软磁材料。随着对二次硬化钢的研究和对纯铁纯度要求的增高，这些纯铁已经不适合作为制造高端二次硬化钢用的原材料。

目前，日本采用电解方法制造高纯度工业纯铁，纯度可以达到含铁量为99.9％，但其价格非常高，不适合作为二次硬化钢、马氏体时效钢、高纯度不锈钢的原材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超纯度工业纯铁的制造方法，该纯铁制造方法生产的纯铁纯度高，能够满足制造二次硬化钢、高纯度要求的精密合金、高级叶片钢和不锈钢的要求。

由于二次硬化钢含有≤0.25％碳，碳主要起到强化作用，因此采用本发明所述的技术方案生产的纯铁可以含有0.3％以下的碳；硅、锰、铝、钛较易形成非金属夹杂物，作为高纯度钢的原料，会使钢的塑韧性降低；硫、磷也会使钢的塑韧性降低。因此必须将本发明所述的技术方案生产的纯铁的化学成分控制在：C≤0.3wt％，Si≤0.05wt％，Mn≤0.05wt％，S≤0.001wt％，P≤0.003wt％，Al≤0.005wt％，Ti≤0.005wt％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

根据上述发明目的，本发明提供了一种超纯度工业纯铁的制造方法，其包括下列步骤：

(1)将原料进行EAF冶炼：使用的渣系为CaO+CaF₂，原料成分满足C 0.7～1.0wt％，P≤0.020wt％，S≤0.02wt％；

在EAF冶炼的熔氧期：控制温度为1540～1570℃，直至C≤0.08wt％，P≤0.002wt％时完全扒渣，接着补加渣料后吹氧升温至≥1650℃，完全扒渣，熔氧期内的渣系配比为CaO∶CaF₂＝(2.5～3.5)∶1；

在EAF冶炼的还原期：加入碳粉使C含量为0.15～0.25wt％，加入CaO和CaF₂造白渣，满足CaO∶CaF₂＝(2.5～5)∶(1～1.5)，当S≤0.006wt％时完全扒渣后出钢；

(2)LF冶炼：使用的渣系为CaO+CaF₂+CaC₂，满足CaO∶CaF₂∶CaC₂＝(2.5～3.5)∶(0.5～1.5)∶(0.3～1.5)，吹氩气搅拌，当S≤0.0015wt％时出钢；

(3)VD炉真空脱气；

(4)出钢浇铸，得到的超纯度工业纯铁的成分为：C≤0.3wt％、Si≤0.05wt％、Mn≤0.05wt％、S≤0.001wt％、P≤0.003wt％、Al≤0.005wt％、Ti≤0.005wt％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

发明人经过长期生产实践和大量的研究分析认为，采用VOD或AOD冶炼是无法制得本发明所述的超纯度工业纯铁的。这是因为，VOD或AOD冶炼吹氧虽然可以保证Si、Mn元素达到超纯度工业纯铁的要求，但由于不能用Al元素脱氧，且温度无法保证，因此无法保证S元素达到超纯度工业纯铁的要求。

因此，发明人设计了采用本发明所述的方法冶炼超纯度工业纯铁。但是采用这种方法进行冶炼也是具有难度的。这是因为，EAF冶炼的熔氧期能够将P、Si、Mn元素氧化到其含量满足超纯度工业纯铁的要求，但是一旦进入LF炉，Si、P元素极易被还原，因此必须要保证Si、P元素在EAF冶炼的还原期不能被还原，基于此原因，本技术方案必须在熔氧期严格控制磷元素的含量，并且同时保证在磷元素达到控制要求后，100％扒渣，再造新渣还原，防止氧化期渣中大量SiO₂和P₂O₅中Si和P被还原。