[发明专利]一种复合脱氧剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域和金属加工领域，具体为一种用以提高产品质量、净化钢水的复合脱氧剂。

背景技术

在钢铁合金冶炼过程中，在炼钢阶段将原料熔化为钢水，然后；在氧化期过程中，需加入氧化剂（如吹入氧气、或加入铁矿石即氧化铁FeO）以氧化其中的碳、及去除有害的磷等杂质和气体。在通常情况下，需要加入过量的氧化剂，以达到脱碳、脱磷、除去有害杂质和气体（如氢和氮）的目的，因此会形成氧化夹杂物（以FeO为主）。氧化夹杂物对钢质有害，造成所得到的钢铁容易发生热脆等。通常需要再加入脱氧剂进行脱氧处理，即钢铁冶炼中的还原期。

脱氧剂的种类有很多，常用的有硅铁、锰铁、硅锰合金、铝等，以及用作脱氧剂和合金化材料的有铌铁、钒铁、钛铁等。

在电弧炉及钢包精炼炉（LF炉）中进行的脱氧处理工艺主要有沉淀脱氧和扩散脱氧。

沉淀脱氧：向钢水中直接加入脱氧的合金材料，使之形成氧化物；该氧化物上浮进入钢渣。这种方法脱氧速度快，但是产生的夹杂物较多，且夹杂物混合在钢水中不易上浮于渣中，因此较难去除。一般在沉淀脱氧前会在钢水中加入少量萤石（CaF₂，用量一般为钢水量的1%）、石灰（即氧化钙，用量一般为钢水量的2%）等造渣材料制造漂浮在钢水表面的渣中，用于吸附钢水中的夹杂物。

扩散脱氧：在钢渣中氧化铁的含量较高，可向钢渣中加入碳粉、硅粉、硅钙粉、铝粉等还原剂，用于还原钢渣，使钢渣中的FeO含量降低，有利于钢水中的氧扩散到钢渣中。

沉淀脱氧过程中，常用的脱氧剂材料有锰铁、硅铁、硅锰铁和铝，这几种材料的价格较低。一般情况下，脱氧剂折合为硅、锰和铝元素，与钢水的用量比为0.17%～0.37%、0.3%～0.6%和0.05%～0.10%。现有的工艺中，脱氧剂锰铁、硅铁、硅锰铁和铝分别加入钢水中进行反应；根据对氧亲和力的强弱，加入顺序为锰铁、硅铁、硅锰铁和铝，由于锰与氧的亲和力弱，需要反应较长的时间，因此最先加入；铝较为活泼，反应时间较短。由于钢水的温度一般在1600℃左右，在冶炼过程中分别单独加入上述脱氧剂，就不能形成低熔点、比重轻的液态大颗粒（Al₂O₃、SiO₂和MnO的熔点分别为2050℃、1713℃和1785℃，高于钢水温度），这些脱氧产物在钢水中以固体状存在，混合在钢水中，难以上浮以脱离钢水进入钢渣。

因此，需要对现有工艺加以改进，使脱氧剂能够形成比重轻、熔点低、颗粒大的脱氧产物，以便脱离钢液上浮于钢渣中，从而使钢液得到净化。

由于没有找到良好的脱氧剂材料，其脱氧均采用常规的脱氧剂，如锰铁、硅铁、铝分别单独进行脱氧。这样无法使钢液获得进一步净化，因而难以达到和满足客户对特殊重要产品技术质量的要求，如用于制造泵头体材料的E4330V钢要求杂物A、B、C、D均≤1.5级，超声波探伤按照JB/T15000（机械部标准）115-98的I级标准，Φ≤1.6mm，另外用于制造化工设备上的耐腐蚀的管板Φ1.8M×δ250mm；材料08Cr2Mo1Al要求探伤标准达到JB/T4730.3-2005的II级。采用现有常规脱氧剂均难全部达到和满足其要求。因此，需要克服上述难题，从而确保国家各重点工程项目对产品的高倍夹杂和探伤高水准的要求。

发明内容

本发明旨在提供一种净化钢水的脱氧剂。

本发明还提供了上述脱氧剂的制备方法和应用。

技术方案为：一种复合脱氧剂，是含有硅、锰、铝的合金，其中锰的含量为16～20%，硅的含量为8～10%，铝的含量为8～10%，均为重量百分比。其中硫和磷的重量百分比均不超过0.05%，碳的重量百分比≤0.5%。

优选的，所述复合脱氧剂锰、硅和铝的重量比为1.9～2.05：0.95～1.05：1；更优选的，所述复合脱氧剂中，锰的含量为18%，硅的含量为9%，铝的含量为9%。

上述复合脱氧剂的制备方法包括如下步骤：

（1）按锰、硅和铝的配比混合锰铁、硅铁、铝和洁净的低碳钢；所述的锰铁中锰的含量为70%～80%，硅铁中硅的含量为45%～75%，低碳钢的铁含量≥95%，碳含量≤0.2%，硫和磷的含量≤0.05%，均为重量百分比；

（2）将步骤（1）混合后的原料熔化后，在1350～1400℃下进行冶炼，冶炼的时间为0.5～1小时，再浇注成型。