專利名稱：一種氮化錳硅合金及其冶煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化鐵合金及其冶煉技術(shù)，屬于冶金工程的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種氮化錳硅合金及其冶煉方法。
背景技術(shù)：
我們知道，在冶金生產(chǎn)行業(yè)中，在冶煉生產(chǎn)20錳硅等低合金系列鋼種時，需要使用含有錳、硅的添加劑原料，就目前來說，冶金生產(chǎn)企業(yè)在冶煉生產(chǎn)20錳硅低合金鋼時可供選用的添加劑種類繁多，較為常見并經(jīng)常使用的就有氮化金屬硅、氮化硅鐵和錳系合金等多種氮化冶金添加劑。無需置疑，多年來，這些傳統(tǒng)的添加劑在推進我國冶金事業(yè)的高速發(fā)展、特別是在冶煉合金鋼的生產(chǎn)過程中發(fā)揮了積極的作用。但是這些仍在普遍使用的添加劑存在著一個致命的缺陷就是它們的密度較小，例如氮化金屬硅的密度約為2.2t/m3左右，氮化硅鐵的密度也僅為3.4t/m3左右，在實際煉鋼過程中加入的這些密度較小的添加劑很難沉入熔融的鋼水內(nèi)部，大部分添加劑將會懸浮于鋼液表面而熔化、然后被直接氧化燃燒損失浪費掉，致使這些添加劑的主元素錳、硅的有效利用率一直處于僅為40～50％的低吸收率水平，并且所冶煉鋼產(chǎn)品的固熔強化特性較差，這不僅嚴重浪費了寶貴的物質(zhì)資源，還大大增加了20錳硅等低合金系列鋼種的生產(chǎn)管理成本。怎樣研制開發(fā)出一種密度較高的含錳、硅的氮化合金作為這類鋼種的冶煉添加劑，正是目前長期困擾著我國氮化冶金行業(yè)而又一直渴望解決的技術(shù)性難題，這也正是本發(fā)明所要解決的問題。迄今為止，在氮化冶金中已有冶煉氮化金屬硅、氮化硅鐵、氮化錳鐵、氮化鉻鐵、氮化金屬錳的成熟工藝，而氮化硅錳鐵合金有文獻報道為采用錳硅合金與硅鐵共同熔化后，制粉采用專用氮化爐兩次氮化的工藝生產(chǎn)，但是該方法工藝流程較長、生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種氮化錳硅合金及其冶煉方法，按照本發(fā)明提出的冶煉方法所生產(chǎn)的氮化錳硅合金，它能作為一種適用于冶煉20錳硅低合金系列鋼種和HRB400以上級鋼筋鋼種的新型添加劑，它同現(xiàn)有傳統(tǒng)的添加劑相比較具有的顯著優(yōu)點是它的密度較高，使它能夠快速沉入熔融的鋼水內(nèi)部并充分地與鋼液密切接觸，可將主元素錳、硅的有效利用率提高至85％以上的高吸收率水平，大大增強鋼的固熔強化特性，降低20錳硅等低合金系列鋼種的生產(chǎn)成本。
所說的氮化錳硅合金，其特征在于它按重量百分比計的化學(xué)成分為Mn 55～70％，Si 13～20％，N 9～15％，C 1～2％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。冶煉這種氮化錳硅合金的方法是依次按以下步驟進行(1)備取原料將錳硅合金送入破碎機內(nèi)破碎后，再將其送入球磨機內(nèi)球磨成粒度為40～400目的錳硅合金粉料，并按如下重量比備取原料供氮化冶煉用錳硅合金粉料 1份，氮氣 0.10∽0.4份，上述錳硅合金原料中按重量計含有Mn60～80％，Si 15～23％，(2)預(yù)抽真空按真空電阻爐的設(shè)計規(guī)格計量稱取錳硅合金粉料，由送料小車送入真空電阻爐內(nèi)，嚴密封閉爐門后，啟動真空泵組對真空電阻爐預(yù)抽真空，真空電阻爐內(nèi)的真空度達到500～30Pa時，送電升溫至700～1100℃，關(guān)閉真空泵組，(3)充氮冶煉在控制真空電阻爐內(nèi)的真空度為500～30Pa、溫度為700～1100℃的爐內(nèi)工況條件下，向真空電阻爐內(nèi)按20～80m3/h的流量充氮0.5∽5小時后，并在繼續(xù)保持充入氮氣的流量為20～80m3/h、控制真空度為500～30Pa的工況下，繼續(xù)送電升溫至1150～1250℃，促使錳硅合金粉料與充入的氮氣進行“固-氣態(tài)滲氮”冶煉反應(yīng)，即是說錳硅合金粉料將充分吸收氮氣而被逐漸氮化，(4)恒溫保壓在精確調(diào)節(jié)充氮流量維持爐內(nèi)氮氣壓力為0.5∽0.05Mpa、穩(wěn)定控制真空電阻爐內(nèi)溫度為1150～1250℃的恒溫保壓工況條件下繼續(xù)進行“固—氣態(tài)滲氮”冶煉反應(yīng)1∽6小時，能進一步促使錳硅合金粉料進行完全的深度氮化冶煉反應(yīng)，使錳硅合金粉料能夠盡量充分地吸收充入的氮氣而被深度氮化，這對提高氮化錳硅合金的密度將起到關(guān)鍵作用，斷電降溫后即可取出冶煉制得的呈粉狀的氮化錳硅合金的成品，它按重量百分比計的化學(xué)成分為Mn 55～70％，Si 13～20％，N 9～15％，C 1～2％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。它可作為一種煉鋼添加劑用于冶煉20錳硅等低合金系列鋼種，可將主元素錳、硅的吸收率提高至85％以上的水平，增強鋼的固熔強化特性。
(5)燒結(jié)制塊在恒溫保壓步驟后還有燒結(jié)制塊的步驟在恒溫保壓步驟中的“固—氣態(tài)滲氮”冶煉反應(yīng)1∽6小時后，繼續(xù)升溫至1300～1400℃，進行燒結(jié)反應(yīng)1∽8小時，即可燒結(jié)制成塊狀的氮化錳硅合金的成品，可方便于入庫儲存、銷售運輸和使用。
按本發(fā)明提出的冶煉方法制得的粉狀(或塊狀)氮化錳硅合金成品的化學(xué)成分按重量百分比計為Mn 55～70％，Si 13～20％，N 9～15％，C 1～2％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。經(jīng)測定氮化錳硅合金的密度約為6.1t/m3。它可作為一種新型的煉鋼添加劑，特別適用于冶煉20錳硅等低合金系列鋼種，它的突出的實質(zhì)性特點和顯著進步在于由于它的密度大大高于現(xiàn)有普遍使用的氮化硅鐵、氮化金屬硅和錳系合金等傳統(tǒng)的添加劑的密度，在煉鋼過程中使用這種具有高密度性能的氮化錳硅合金作煉鋼添加劑，它能夠快速沉入熔融的鋼水內(nèi)部并充分地與鋼液密切接觸，使主元素錳、硅的有效吸收利用率提高至85％以上，可大大增強鋼的固熔強化特性，能極大地降低20錳硅等低合金系列鋼種的生產(chǎn)成本，因此也就徹底解決了現(xiàn)有添加劑由于密度小，大部分添加劑將懸浮于鋼液表面直接熔化而被氧化燒損，致使主元素錳、硅的有效吸收利用率一直處于較低水平的技術(shù)性難題。
按本發(fā)明提出的冶煉方法生產(chǎn)的氮化錳硅合金也可作為一種新型的煉鋼添加劑用于冶煉HRB400以上級鋼筋鋼種產(chǎn)品，也有很好的使用效果。
本發(fā)明的優(yōu)點表現(xiàn)為(1)可有效回收利用由于粒度小的錳硅合金回爐料，在整個生產(chǎn)過程中無廢渣、廢氣排放，實現(xiàn)充分利用物質(zhì)資源、節(jié)約能源和減少環(huán)境污染的目的；(2)將氮化錳硅合金產(chǎn)品用作冶煉20錳硅低合金系列鋼種的添加劑，能極大地提高了主元素錳、硅的有效吸收利用率，可增強鋼的固熔強化特性，能大幅度地降低20錳硅低合金鋼的生產(chǎn)成本；(3)氮化錳硅合金產(chǎn)品作為煉鋼添加劑具有高吸收率的優(yōu)良特性，它可以替代現(xiàn)有傳統(tǒng)的多種類的添加劑系列原料，可極大地簡化冶金企業(yè)采購貯備煉鋼原料的種類和冶煉工序，便于生產(chǎn)組織和經(jīng)營管理，可大大降低管理運行成本，具有極大的經(jīng)濟效益。
(4)生產(chǎn)流程短，生產(chǎn)成本低。
具體實施例方式實施例一一種氮化錳硅合金及其冶煉方法，它依次按以下步驟進行(1)備取原料將錳硅合金送入破碎機內(nèi)破碎后，送入球磨機內(nèi)球磨成粒度為300目的錳硅合金粉料，按如下重量比備取原料供氮化冶煉用錳硅合金粉料1份，氮氣 0.13份，上述錳硅合金按重量計主要化學(xué)成分含有Mn 75％，Si 16％，C 1.9％，
(2)預(yù)抽真空計量稱取1.8t粒度為300目的錳硅合金粉料，由送料小車送入規(guī)格為750kVA的真空電阻爐內(nèi)，嚴密封閉爐門后，啟動真空泵組對真空電阻爐預(yù)抽真空，真空電阻爐內(nèi)的真空度達到450Pa時，送電升溫至1050℃，關(guān)閉真空泵組，(3)充氮冶煉控制爐內(nèi)的真空度為450Pa、溫度為1050℃的工況條件下，向爐內(nèi)按80m3/h的流量充氮1小時后，并在繼續(xù)保持80m3/h充氮量、控制真空度為450Pa的工況下，將爐內(nèi)的溫度升至1200℃，進行“固態(tài)—氣態(tài)滲氮”冶煉反應(yīng)，(4)恒溫保壓控制爐內(nèi)溫度為1200℃、爐內(nèi)氮氣壓力為0.5Mpa的條件下繼續(xù)冶煉1小時，斷電降溫后即可取出冶煉合格的呈粉狀的氮化錳硅合金的成品，它按重量百分比計的主要化學(xué)成分為Mn68％，Si 14％，N 11％，C 1.7％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。測定氮化錳硅合金的密度為6.1t/m3。它可作為一種煉鋼添加劑用于冶煉20錳硅等低合金系列鋼種，能將主元素錳、硅的吸收率提高至85％以上的水平，增強鋼的固熔強化特性，降低了20錳硅等低合金系列鋼種的生產(chǎn)成本。
實施例二一種氮化錳硅合金及其冶煉方法，它依次按以下步驟進行(1)備取原料將錳硅合金置于球磨機內(nèi)，球磨成粒度為100目的錳硅合金粉料，并按如下重量比備取原料供氮化冶煉用錳硅合金粉料 1份，氮氣 0.2份，上述錳硅合金中按重量計主要含有Mn 65％，Si 22％，C 1.2％。
(2)預(yù)抽真空計量稱取1.8t粒度為100目的錳硅合金粉料，由送料小車送入規(guī)格為750kVA的真空電阻爐內(nèi)，封閉爐門后預(yù)抽真空電阻爐內(nèi)的真空度達到30Pa時，送電升溫至750℃，關(guān)閉真空泵組，(3)充氮冶煉控制真空電阻爐內(nèi)的真空度為30Pa、溫度為750℃的條件下，向真空電阻爐內(nèi)按20m3/h的流量充氮5小時后，并在繼續(xù)保持20m3/h充氮量、控制真空度為30Pa的工況下，將真空電阻爐內(nèi)的溫度升至1150℃進行“固態(tài)—氣態(tài)滲氮”冶煉反應(yīng)，(4)恒溫保壓在穩(wěn)定控制真空電阻爐內(nèi)溫度為1150℃、并精確調(diào)節(jié)充氮量維持爐內(nèi)氮氣壓力為0.05Mpa的條件下繼續(xù)冶煉6小時，進行完全的“固態(tài)—氣態(tài)滲氮”的深度氮化冶煉反應(yīng)，(5)燒結(jié)制塊在恒溫保壓步驟中的深度氮化冶煉反應(yīng)后，繼續(xù)升溫至1400℃，進行燒結(jié)4小時，即可燒結(jié)制成塊狀的氮化錳硅合金產(chǎn)品，可方便于入庫存貯和銷售運輸。該塊狀氮化錳硅合金產(chǎn)品按重量百分比計的化學(xué)成分主要為Mn 56％，Si 18％，N14％，C 1％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
實施例三一種氮化錳硅合金及其冶煉方法，它依次按以下步驟進行(1)備取原料將錳硅合金送入破碎機內(nèi)破碎后，送入球磨機內(nèi)球磨成粒度為400目的錳硅合金粉料，(2)預(yù)抽真空計量稱取1.8t粒度為400目的錳硅合金粉料，由送料小車送入規(guī)格為750kVA的真空電阻爐內(nèi)，嚴密封閉爐門后，預(yù)抽真空電阻爐內(nèi)的真空度達到250Pa時，送電升溫至900℃，(3)充氮冶煉控制爐內(nèi)的真空度為250Pa、溫度為900℃，向爐內(nèi)按50m3/h的流量充氮3小時后，并在繼續(xù)保持50m3/h的充氮量、控制真空度為250Pa的工況下，將爐內(nèi)的溫度升至1000℃，進行“固態(tài)—氣態(tài)滲氮”冶煉反應(yīng)，(4)恒溫保壓控制爐內(nèi)溫度為1000℃、爐內(nèi)氮氣壓力為0.3Mpa的條件下繼續(xù)冶煉4小時，斷電降溫后即可取出冶煉合格的呈粉狀的氮化錳硅合金的成品，它按重量百分比計的主要化學(xué)成分為Mn62％，Si 16％，N 12％，C 1.4％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。測定氮化錳硅合金的密度為6.1t/m3。它可作為一種冶煉HRB400以上級鋼筋鋼種產(chǎn)品的煉鋼添加劑。
權(quán)利要求
1.一種氮化錳硅合金，其特征在于它按重量百分比計的化學(xué)成分為Mn 55～70％，Si 13～20％，N 9～15％，C 1～2％，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
2.一種生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的氮化錳硅合金的冶煉方法，其特征在于它依次按以下步驟進行(1)備取原料將錳硅合金破碎、球磨成粒度為40～400目的錳硅合金粉料，(2)預(yù)抽真空將錳硅合金粉料送入真空電阻爐內(nèi)，封閉爐門，對真空電阻爐預(yù)抽真空至500～30Pa，送電升溫至700～1100℃，(3)充氮冶煉控制真空電阻爐內(nèi)的真空度為500～30Pa、溫度為700～1100℃工況條件下，向真空電阻爐內(nèi)充氮0.5∽5小時后，送電升溫至1150～1250℃，充入氮氣的流量為20～80m3/h，錳硅合金粉料與氮氣進行“固-氣態(tài)滲氮”反應(yīng)被氮化，(4)恒溫保壓調(diào)節(jié)充氮流量維持爐內(nèi)氮氣壓力為0.5∽0.05Mpa、控制爐內(nèi)溫度為1150～1250℃，繼續(xù)進行“固-氣態(tài)滲氮”冶煉反應(yīng)1∽6小時，錳硅合金粉料充分吸收氮氣而被深度氮化，即可制得粉狀的氮化錳硅合金的成品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化錳硅合金的冶煉方法，其特征在于在恒溫保壓步驟后還有燒結(jié)制塊的步驟在恒溫保壓步驟中的“固-氣態(tài)滲氮”冶煉反應(yīng)1∽6小時后，繼續(xù)升溫至1300～1400℃，進行燒結(jié)反應(yīng)1∽8小時，制成塊狀的氮化錳硅合金的成品。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種氮化錳硅合金及其冶煉方法，它按備取原料、預(yù)抽真空、充氮冶煉、恒溫保壓以及燒結(jié)制塊等步驟進行，所生產(chǎn)的氮化錳硅合金產(chǎn)品的化學(xué)成分按重量百分比計為Mn55～70％，Si13～20％，N9～15％，C1～2％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，密度為6.1t/m
文檔編號C22C1/04GK1876870SQ20061002127
公開日2006年12月13日 申請日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者穆婷云, 唐華應(yīng), 陳正勇, 伍崇華, 鐘健 申請人:四川川投峨眉鐵合金(集團)有限責(zé)任公司