一种非铝脱氧钢用铁锰镁合金脱氧剂的制备方法

摘要

本发明涉及一种非铝脱氧钢用铁锰镁合金脱氧剂的制备方法，具体制备过程如下：在工频炉内，依次加入镁锰中间合金、低碳锰铁、废钢料，所有原料加入完毕，冶炼，熔体熔清后，撇去浮渣，在水冷模具中快速浇注成锭，铸锭冷却后机械破碎成20~50mm的块状试样。该发明的优点是：生产过程简单，过程容易控制；本合金产品不含铝，含镁5~10%，脱氧能力强，比重大，化学性质稳定，加入钢液不会导致熔池剧烈翻滚，不会产生喷溅现象，合金收得率高，可专门用于非铝脱氧钢的二次处理，可有效净化钢水，降低钢中非金属夹杂物尺寸，减轻非金属夹杂物对钢材性能的危害，是一种高品质的钢水脱氧剂和夹杂物细化剂。

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种非铝脱氧钢用铁锰镁合金脱氧剂的制备方法。

背景技术

钢铁冶金生产中，通常用到硅锰等复合脱氧剂；由于硅、锰的脱氧能力较弱，钢中残余氧含量高，且易形成液态夹杂物，在钢液流场的作用下，夹杂物碰撞、聚合长大倾向较大，从而导致尺寸增加，严重制约了该类钢种的综合性能。

近年来，钢液镁处理技术引起人们的高度关注，镁处理能显著细化钢中非金属夹杂物，降低钢中夹杂物危害。但由于金属镁极其活泼，熔点低（649℃），蒸汽压高，较难加入钢中，且易发生钢水喷溅、大翻等事故。如何降低金属镁在钢中反应性，有效发挥其对钢中非金属夹杂物的控制作用，成为钢铁冶金领域的研究热点。

中国专利CN1831152B公开了炼钢用的低碳、低硅、低磷、低硫的Al-Mg-Fe合金，作为炼钢终脱氧剂，成分为：Al 20～85，Mg 1～20，C≤0.02，Si≤1.0，P≤0.02，S≤0.02，Fe余量；该产品比重大，不分换，脱氧脱硫效果好，水口不结瘤，连浇炉数多，生产作业率高。中国专利CN101906560B公开了一种用于炼钢脱氧脱硫的镁铝锰铁合金及制备方法，镁铝锰铁合金的化学成分百分数为：Mg 2~10%，Al 40~55%，其余为C≤0.01%的低碳锰铁。冶炼在电磁感应炉内进行，升温采用先快后慢的方式，合金熔化后浇注成型。该镁铝锰铁合金能够降低烧损、收得率高，合金密度大，能够沉入钢液中而非上浮于钢液表面，脱氧脱硫效果更彻底，合金不易粉化，便于运输和储存。上述已公开的专利技术均用于铝镇静钢中的脱氧、脱硫及夹杂物形态控制。

但是一些钢种对氧化铝（Al₂O₃）、铝酸钙（mCaO·nAl₂O₃）等脆性夹杂物极其敏感，因此金属铝作为脱氧剂不合适；此外一些钢种还要严格控制其中的金属铝含量，如帘线钢，要求钢中溶解铝控制在0.0005~0.0010%；高级别弹簧钢，要求钢中溶解铝小于0.005%以下；高速铁路重轨钢，要求钢中溶解铝小于0.001%。因此，需要开发新的、适用性广泛的用于钢脱氧和夹杂物形态控制的镁类非铝脱氧剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种非铝脱氧钢用铁锰镁合金脱氧剂的制备方法，由此制备的非铝脱氧剂可用于非铝脱氧钢的二次处理和夹杂物形态控制。 

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种非铝脱氧钢用铁锰镁合金脱氧剂的制备方法，包括以下步骤：将镁锰中间合金、低碳锰铁以及废钢料加入反应器中，冶炼至熔体熔清；熔液撇去浮渣后浇入模具中制备铸锭；铸锭破碎后得到非铝脱氧钢用铁锰镁合金脱氧剂；

所述镁锰中间合金、低碳锰铁以及废钢料的质量比为(10～15)∶(20～30)∶(50～70)；

按质量百分数，所述镁锰中间合金中，锰为5%～10%，镁为90%～95%，杂质为0～0.5%；

按质量百分数，所述低碳锰铁中，锰为80%～85%，碳为0～0.2%，硅为0～1.5%，磷为0～0.3%，硫为0～0.02%，其余为铁；

按质量百分比，所述废钢料中铁含量大于99%。

上述技术方案中，所述反应器为工频炉。

上述技术方案中，所述冶炼温度为1600～1700℃。

上述技术方案中，熔液撇去浮渣后浇入水冷模具中制备铸锭。 

上述技术方案中，采用机械法破碎铸锭；铸锭被破碎成边长为20～50mm的块状产物。

本发明通过原料一次性加入，一次性冶炼，简单有效地制备了高质量的铁锰镁合金，按质量比，其中锰含量为20%～40%，镁含量为5%～10%，碳含量为0～0.1%，其余为铁。铁锰镁合金中不含铝，可用于非铝脱氧钢的二次脱氧、脱硫和夹杂物形态控制等。

本发明中水冷模具属于现有技术，为采用水冷却的模具，对模具的形状大小没有特别限制，本领域技术人员可以根据需要自行设计、选择。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

（1）本发明公开了一种新的非铝脱氧钢用脱氧剂铁锰镁合金，通过原料一次性加入，一次性冶炼，简单有效地制备得到；产品不含铝，化成成分稳定，比重大，镁活性低，可顺利加入钢液深处，无钢水喷溅现象，不会对钢水可浇性产生不良影响。

（2）本发明公开的制备方法简单可控，易于操作，处理时间短，适合工业化生产；并且原料组成合理，制备的铁锰镁合金品质高，合金收得率高，可有效用于非铝脱氧钢的二次脱氧和夹杂物形态控制。试验证明：采用本发明的铁锰镁合金做脱氧剂，处理后的钢中脆性氧化铝夹杂物数量明显减少，钢中夹杂物尺寸可控制在2μm以下，钢中B类夹杂物小于1.5级；对钢中含氧量的降低幅度达到30%以上，对夹杂物平均尺寸的降低幅度达到40%以上。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

本实施例所用的镁锰中间合金、低碳锰铁的组分含量见表1、表2。

表1 镁锰中间合金成分范围

元素名称T.MnMg杂质含量，wt%5~1090~950~0.5

 表2  低碳锰铁成分范围

元素名称MnSiCSPFe含量，wt%80~850~1.50~0.20~0.020~0.3余量

实施例1

一种非铝脱氧钢用铁锰镁合金脱氧剂的制备方法，步骤如下：将镁锰中间合金（主要成分为：Mn 8.0%，Mg 91.5%）10kg，低碳锰铁（主要成分为：Mn 82.5%，Fe 16.2%）30kg，废钢料（铁含量大于99%）60kg，按本发明制备方法加入150kg工频炉中加热熔炼，加热至1650℃熔清后撇去浮渣，在水冷模具中快速浇注成锭，机械法破碎后得到非铝脱氧钢用铁锰镁合金脱氧剂。经检测合金成分为Mg：5.87%，Mn：24.33%，C：0.05%，其余为铁。使用本合金对72A帘线钢进行脱氧和夹杂物处理，加入量为0.5kg/t，实验钢中T.O<0.0020%，较加入铁锰镁合金前降低了约30%，夹杂物平均尺寸较加入前减小了40%以上。

实施例2

一种非铝脱氧钢用铁锰镁合金脱氧剂的制备方法，步骤如下：将镁锰中间合金（主要成分为：Mn 6.5%，Mg 93.2%）15kg，低碳锰铁（主要成分为：Mn 84.5%，Fe 12.5%）40kg，废钢料（铁含量大于99%）45kg，按本发明制备方法加入150kg工频炉中加热熔炼，加热至1700℃熔清后撇去浮渣，在水冷模具中快速浇注成锭，机械法破碎后得到非铝脱氧钢用铁锰镁合金脱氧剂。经检测合金成分为Mg：6.23%，Mn：34.65%，C：0.05%，其余为铁。使用本合金对65Mn弹簧钢进行脱氧和夹杂物处理，加入量为0.5kg/t，实验钢中T.O<0.0015%，较加入铁锰镁合金前降低了约25%，夹杂物平均尺寸较加入前减小了35%以上。

实施例3

一种非铝脱氧钢用铁锰镁合金脱氧剂的制备方法，步骤如下：将镁锰中间合金（主要成分为：Mn 10.0%，Mg 89.5%）20kg，低碳锰铁（主要成分为：Mn85.0%，Fe 13.0%）50kg，废钢料（铁含量大于99%）30kg，按本发明制备方法加入150kg工频炉中加热熔炼，加热至1600℃熔清后撇去浮渣，在水冷模具中快速浇注成锭，机械法破碎后得到非铝脱氧钢用铁锰镁合金脱氧剂。经检测合金成分为Mg：8.45%，Mn：46.54%，C：0.05%，其余为铁。使用本合金对重轨钢钢进行脱氧和夹杂物处理，加入量为0.5kg/t，实验钢中T.O<0.0020%，较加入铁锰镁合金前降低了约32%，夹杂物平均尺寸较加入前减小42%以上。