專利名稱：一種硼收得率高的含硼合金的冶煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種含硼合金的冶煉方法，特別涉及一種硼收得率高的含硼合金冶煉方
法，屬于金屬冶煉技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硼加入鋼鐵材料中，部分硼固溶于基體，可提高基體的淬硬性和淬透性，部分硼與鐵結(jié)合生成高硬度的鐵硼化合物，因此，硼加入鋼鐵材料中可大幅度提高鋼鐵材料的硬度，并改善耐磨性。但是，硼是活性很強的元素，加入鋼鐵材料中燒損量大，收得率較低，造成資源的巨大浪費。為了提高含硼合金冶煉過程中硼元素的收得率，中國發(fā)明專利CN1600884公開了一種含硼生鐵直接冶煉硼鋼的方法，以硼鐵礦經(jīng)高爐分離后的含硼生鐵為原料，先經(jīng)預(yù)處理脫硫，選用碳酸鈉基、石灰基或電石基或它們的復(fù)合基為脫硫劑；然后采用轉(zhuǎn)爐冶煉，工藝步驟是(l)裝料脫硫后的鐵水按重量50% 70%加入，其余為廢鋼和鐵礦石；(2)造渣選用造渣劑為Ca0和少量氧化鐵皮、氧化鎂，當(dāng)爐溫達到1400°C時，并維持爐溫140(TC條件下，加入造渣劑；(3)吹氧供氧時間為20 25mi n，供氧強度為2. 5 3. 5Nm3/t.mi n ; (4)終點控制出鋼溫度為1550 1580°C ，并加入錳鐵合金或硅錳合金，使鋼中Mn > 0. 6%，最終硼鋼中硼含量為B :0. 001 0. 006% (重量)。該發(fā)明的硼鋼冶煉成本低，硼在鋼中分布均勻，鋼的性能穩(wěn)定，為硼鐵礦高爐分離產(chǎn)物進一步綜合利用開辟了新途徑。中國發(fā)明專利CN1718829也公開了一種薄膜奧氏體增韌的馬氏體耐磨鑄鋼，其具體組成為:C :0. 25 0. 34wt%， Si :1. 45 2. 05wt%， Mn :0. 90 1. 20wt%， Cr :1. 80 2. 50wt %， B :0. 0005 0. 005wt %， Ti :0. 01 0. 06wt %， RE :0. 015 0. 08wt %， Al :0. 015 0. 06wt%， S《0. 035wt%， P《0. 035wt^，余量為Fe。其制造步驟包括鋼水熔煉和熱處理，常規(guī)煉鋼工藝完成后，先后加入TiFe合金、RESiFe合金和BFe合金熔煉，然后經(jīng)高溫正火、保溫、水淬及低溫回火處理。但是，上述方法應(yīng)用于硼含量較高的含硼合金冶煉時是不適應(yīng)的，這是因為硼含量較高的含硼合金冶煉過程中，需要加入較多的硼鐵，若采用上述方法將硼鐵加入合金中，將導(dǎo)致合金溫度急劇下降，且合金成分不均勻。因此，目前含硼量較高的含硼合金冶煉過程中，都是在合金熔煉后期，直接將硼鐵加入熔煉爐內(nèi)，然后加熱至要求的出爐溫度后出爐入澆包，最后澆注成鑄件或鑄錠。存在硼元素收得率低(小于80%)和硼元素浪費嚴(yán)重的不足，導(dǎo)致含硼合金成本升高。為了減輕硼元素的燒損，提高其收得率，中國發(fā)明專利CN101250659還公開了一種真空冶煉含硼鋼提高和穩(wěn)定硼回收率的方法，其特征在于，鋼水真空處理前進行硼合金化。鋼水真空處理后，取鋼水樣分析，硼回收率穩(wěn)定在90%以上?？蓪崿F(xiàn)生產(chǎn)同一含硼鋼種，爐與爐之間熔煉成分硼含量偏差小于2卯m(即0. 0002% )。解決了鋼水真空處理后進行硼合金化，硼回收率不穩(wěn)定而且硼合金化過程會對鋼水造成二次污染問題。中國發(fā)明專利CN101451209也公開了一種鋼鐵冶煉過程中硼鐵的加入方法，所述的鋼鐵冶煉過程包括電爐熔化、精煉、真空處理，本方法控制精煉后鋼液中氧含量不大于20卯m、鋁含量不小于0. 010% ;真空前喂入鋁至鋼液中鋁百分含量為0.080-0. 120%，然后加入硼鐵，進行真空處理，處理過程大吹氬攪拌。采用該發(fā)明方法后，冶煉后硼的回收率能達到90%以上。但是，采用真空方法熔煉高硼合金，工藝復(fù)雜、設(shè)備昂貴，導(dǎo)致材料生產(chǎn)成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有含硼合金冶煉過程中存在硼收得率低的不足，提供了大氣條件下冶煉含硼合金新工藝。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)中含硼合金熔煉后期，先加入硅鈣合金預(yù)脫氧，再加入鋁終脫氧，然后加入鈦固定金屬溶液中的氮，最后將硼鐵加入金屬液體中。為了防止硼的氧化和燒損，先將硼鐵預(yù)熱至250 35(TC，然后在硼鐵中加入占金屬液體總量0. 3% 0. 6%的鈦鐵，鈦鐵粒度控制在6 12mm。并用厚度2 4mm的鋁板將硼鐵和鈦鐵包裹嚴(yán)實，一起加入電爐中，最后出爐即可用于鑄件或鑄錠的澆注。
本發(fā)明目的可以通過以下措施來實現(xiàn) 首先在電爐內(nèi)熔煉金屬合金材料，當(dāng)金屬合金材料的溫度高于其液相線溫度以上180 230°C時，加入占爐內(nèi)合金液體質(zhì)量0. 2% 0. 5%的硅鈣合金預(yù)脫氧，再加入占爐內(nèi)合金液體質(zhì)量O. 12% 0. 18%的鋁終脫氧，然后加入占爐內(nèi)合金液體質(zhì)量0. 2% 0. 3%的鈦鐵固定金屬溶液中的氮；將硼鐵預(yù)熱至250 350°C，并在硼鐵中加入占爐內(nèi)合金液體質(zhì)量0. 3% 0. 6%的鈦鐵，鈦鐵粒度控制在6 12mm ;用厚度2 4mm的鋁板將硼鐵和鈦鐵包裹嚴(yán)實，最后將用鋁板包裹嚴(yán)實的硼鐵和鈦鐵一起加入金屬液體中，當(dāng)含硼合金的溫度高于其液相線溫度以上200 26(TC時，含硼合金液體出爐即可用于鑄件或鑄錠的澆注。
上述硅f丐合金的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為Ca > 28%，C < 0. 8%，F(xiàn)e < 5. 0%，A1 < 2. 4%，P < 0. 04%， S < 0. 06%，余量Si。 上述鈦鐵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為28-32 % Ti， Al < 5 %， Si < 5 %， Mn < 2. 5 %， C
< 0. 15%， P < 0. 06%， S < 0. 04%， Cu < 0. 4X，余量Fe。 上述硼鐵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20-25% B， C < 0. 1%， Si < 3. 0%， Al < 4. 0%， S
< 0. 02%， P < 0. 03%， Cu < 0. lX，余量Fe。 本發(fā)明在含硼合金冶煉過程中，先用0. 2% 0. 5%的硅鈣合金預(yù)脫氧，再加入0. 12% 0. 18%的鋁終脫氧，可減少金屬熔液中的氧含量，防止硼鐵加入時硼元素的氧化燒損。另外，硼與氮也有較高的親合力，因此，在加入硼鐵前，還在金屬液體中加入0.2% 0.3X的鈦鐵，利用鈦與氮反應(yīng)形成Ti N，可以固定金屬熔液中的氮，防止硼與氮反應(yīng)，有利于提高硼的收得率。另外，硼鐵加入金屬液體以前，在250 35(TC進行預(yù)熱處理，可防止硼鐵加入后，出現(xiàn)金屬液體溫度急劇下降現(xiàn)象，可縮短冶煉時間，減輕硼的氧化燒損。此外，硼鐵加入金屬液體中，用厚度2 4mm的鋁板包裹嚴(yán)實，利用鋁的良好脫氧作用，可以進一步減少硼的氧化燒損，提高硼的收得率。此外，在硼鐵中加入占金屬液體總量0. 3% 0. 6%的鈦鐵，鈦鐵粒度控制在6 12mm，主要有兩個作用其一，使鈦鐵進一步起定氮作用；其二，利用鈦與氮、碳反應(yīng)形成的細小TiN和TiC，可以起凝固核心作用，有利于含硼合金隨后澆注的鑄件或鑄錠組織細小，改善其力學(xué)性能和熱加工性能。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點 1、本發(fā)明熔煉含硼合金，硼元素收得率達到93% 96%，與真空熔煉含硼合金時硼元素的收得率相當(dāng)，但熔煉成本明顯低于真空熔煉含硼合金；
2、本發(fā)明采用常規(guī)的大氣條件下冶煉含硼合作，操作簡便，本發(fā)明克服了常規(guī)冶煉條件下硼元素收得率低的不足，常規(guī)冶煉條件下硼元素收得率僅為75% 80%，可以明顯節(jié)約硼資源，降低含硼合金生產(chǎn)成本； 3、采用本發(fā)明熔煉的含硼合金澆注成鑄件或鑄錠，組織細小，可改善其力學(xué)性能和熱加工性能。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳述。
實施例1 : 采用500公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉硼含量超過0.5%的含硼高速鋼材料，具體工藝步驟如下 (1)在電爐內(nèi)加入廢鋼、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵、生鐵和釩鐵等原材料，然后送電熔煉，當(dāng)合金的溫度高于液相線溫度以上1831:時，加入0.2%的硅鈣合金預(yù)脫氧(硅鈣合金的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為29. 37% Ca，O. 30% C， 1. 16% Fe，O. 73% Al，余量Si)，再加入0. 18%的鋁終脫氧，然后加入O. 3%的鈦鐵(鈦鐵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30. 69% Ti，O. 72% Al，l. 18% Si，0. 63% Mn，O. 06% C，O. 11% Cu，余量Fe。)固定金屬熔液中的氮。 (2)將硼鐵(硼鐵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為22.07% B，0.04% C，1.08% Si，l. 25% Al，
0. 03% Cu，余量Fe。)預(yù)熱至35(TC，在硼鐵中加入占金屬液體總量0. 3%的鈦鐵，鈦鐵粒度控制在6 12mm，并用厚度4mm的鋁板將硼鐵和鈦鐵包裹嚴(yán)實。 (3)最后將用鋁板包裹嚴(yán)實的硼鐵和鈦鐵一起加入金屬液體中，當(dāng)含硼合金的溫度高于液相線溫度以上202t:時，含硼合金液體出爐并澆注成軋輥。采用上述方法冶煉的含硼高速鋼材料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1. 38% B，O. 95% C，5. 77% Cr， 1. 06% W， 2. 45% Mo， 1. 93%V，O. 08% Ti，余量Fe，硼元素的收得率達到95. 3% 。
實施例2: 采用750公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉硼含量超過0. 5%的含硼耐磨鑄鋼合金，具體工藝步驟如下 (1)在電爐內(nèi)加入廢鋼、生鐵、鉻鐵、硅鐵和錳鐵等原材料，然后送電熔煉，當(dāng)合金的溫度高于液相線溫度以上229t:時，加入0. 5%的硅鈣合金預(yù)脫氧(硅鈣合金的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為29. 37% Ca，O. 30% C， 1. 16% Fe，O. 73% Al，余量Si)，再加入O. 12%的鋁終脫氧，然后加入O. 2%的鈦鐵(鈦鐵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30. 69% Ti，O. 72%A1，1. 18% Si，O. 63% Mn，0.06% C，O. 11% Cu，余量Fe。)固定金屬熔液中的氮。 (2)將硼鐵(硼鐵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為22.07% B，0.04% C，1.08% Si，l. 25% Al，
0. 03% Cu，余量Fe。)預(yù)熱至25(TC，在硼鐵中加入占金屬液體總量0. 6%的鈦鐵，鈦鐵粒度控制在6 12mm，并用厚度2mm的鋁板將硼鐵和鈦鐵包裹嚴(yán)實。 (3)最后將用鋁板包裹嚴(yán)實的硼鐵和鈦鐵一起加入金屬液體中，當(dāng)含硼合金的溫度高于液相線溫度以上255t:時，含硼合金液體出爐并澆注成破碎機錘頭。采用上述方法冶煉的含硼耐磨鑄鋼材料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.62% B，O. 38% C，2. 39% Cr， 1. 21 % Mn， 0. 88%Si，O. 11% Ti，余量Fe，硼元素的收得率達到94. 8%。
實施例3 :
采用500公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉硼含量低于0. 5%的含硼鑄鋼材料，具體工藝步驟如下 (1)在電爐內(nèi)加入廢鋼、鉻鐵、鉬鐵、生鐵、鎳板、硅鐵和錳鐵等原材料，然后送電熔煉，當(dāng)合金的溫度高于液相線溫度以上217t:時，加入0. 4%的硅鈣合金預(yù)脫氧(硅鈣合金的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為29. 37%Ca，0. 30%C，1. 16%Fe，0. 73% Al，余量Si)，再加入0. 15%的鋁終脫氧，然后加入O. 2%的鈦鐵(鈦鐵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30. 69% Ti，O. 72% Al，l. 18% Si，0. 63% Mn，O. 06% C，O. 11% Cu，余量Fe。)固定金屬熔液中的氮。 (2)將硼鐵(硼鐵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為22.07% B，0.04% C，1.08% Si，l. 25% Al，
0. 03% Cu，余量Fe。)預(yù)熱至30(TC，在硼鐵中加入占金屬液體總量0. 4%的鈦鐵，鈦鐵粒度控制在6 12mm，并用厚度3mm的鋁板將硼鐵和鈦鐵包裹嚴(yán)實。 (3)最后將用鋁板包裹嚴(yán)實的硼鐵和鈦鐵一起加入金屬液體中，當(dāng)含硼合金的溫度高于液相線溫度以上227t:時，含硼合金液體出爐并澆注成挖掘機斗齒。采用上述方法冶煉的含硼鑄鋼材料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 004% B，O. 33% C， 1. 52% Cr，O. 47% Mo，O. 70% Ni，
1. 26% Si，O. 56% Mn，O. 09% Ti，余量Fe，硼元素的收得率達到93. 1%。 采用本發(fā)明熔煉含硼合金材料，硼元素?fù)p失少、收得率高。另外采用本發(fā)明澆注的鑄件，組織致密，使用效果良好。應(yīng)用本發(fā)明熔煉含硼合金材料，可降低合金生產(chǎn)成本，具有很好的經(jīng)濟效益。
權(quán)利要求
一種硼收得率高的含硼合金的冶煉方法，其特征在于，包括以下步驟首先在電爐內(nèi)熔煉金屬合金材料，當(dāng)金屬合金材料的溫度高于其液相線溫度以上180～230℃時，加入占爐內(nèi)合金液體質(zhì)量0.2％～0.5％的硅鈣合金預(yù)脫氧，再加入占爐內(nèi)合金液體質(zhì)量0.12％～0.18％的鋁終脫氧，然后加入占爐內(nèi)合金液體質(zhì)量0.2％～0.3％的鈦鐵固定金屬溶液中的氮；將硼鐵預(yù)熱至250～350℃，并在硼鐵中加入占爐內(nèi)合金液體總質(zhì)量0.3％～0.6％的鈦鐵，鈦鐵粒度控制在6～12mm；用厚度2～4mm的鋁板將硼鐵和鈦鐵包裹嚴(yán)實，最后將用鋁板包裹嚴(yán)實的硼鐵和鈦鐵一起加入爐內(nèi)合金液體中，當(dāng)含硼合金的溫度高于其液相線溫度以上200～260℃時，含硼合金液體出爐即可用于鑄件或鑄錠的澆注。
2. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅鈣合金的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為Ca > 28%，C < 0. 8%， Fe < 5. 0%， Al < 2. 4%， P < 0. 04%， S < 0. 06%，余量Si。
3. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鈦鐵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為28-32% Ti， Al< 5%， Si < 5%， Mn < 2. 5%， C < 0. 15%， P < 0. 06%， S < 0. 04%， Cu < 0. 4%，余量Fe。
4. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硼鐵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20-25% B， C< 0. 1%， Si < 3. 0%， Al < 4. 0%， S < 0. 02%， P < 0. 03%， Cu < 0. lX，余量Fe。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硼收得率高的含硼合金冶煉方法，其特征在于先在電爐內(nèi)熔煉含硼合金，當(dāng)合金的溫度高于液相線溫度以上180～230℃時，加入0.2％～0.5％的硅鈣合金預(yù)脫氧，再加入0.12％～0.18％的鋁終脫氧，然后加入0.2％～0.3％的鈦鐵固定金屬溶液中的氮，最后將用鋁板包裹嚴(yán)實的硼鐵和鈦鐵一起加入金屬液體中，當(dāng)含硼合金的溫度高于液相線溫度以上200～260℃時，含硼合金液體出爐即可用于鑄件或鑄錠的澆注。采用本發(fā)明熔煉含硼合金，硼元素收得率超過90％，可明顯減少硼元素的消耗，降低含硼合金生產(chǎn)成本，具有較好的經(jīng)濟和社會效益。
文檔編號C21C7/06GK101736123SQ20101003382
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者侯建強, 符寒光, 邢建東, 雷永平 申請人:北京工業(yè)大學(xué)