[发明专利]一种超低碳高纯度工业纯铁及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域钢铁材料纯铁，特别属于冶金行业钢铁冶金的新型低碳超高纯度工业纯铁。尤其是用于高纯度超低碳、低硫磷、低硅锰钢用的纯铁，如马氏体时效钢、高纯度超低碳不锈钢。

背景技术

目前我国采用GB9971、GB6983生产原料纯铁和工业纯铁，一般用于制造电磁元件、软磁材料，也有用于制造硅锰硫磷较高，一般用转炉或转炉+炉外精炼制造，有的经AOD炉制造，近几年太钢、宝钢、武钢、南京钢厂等均有生产，国外也大量进口，但是，纯度不高，纯铁杂质元素高，化学成分控制(wet％)：C≤0.025、SiMn≤0.2、S≤0.015、P≤0.015、Cr≤0.2、Ni≤0.2、Cu≤0.15；实物水平(wet％)：C0.005～0.02、SiMnO.02～0.20、S0.005～0.01、P0.005～0.015，实物质量纯度较低，特别是碳、硫、磷较高，只能用于制造普通的零部件。随着对精密合金、磁性元器件的要求越来越高，尖端高技术产品对纯度要求也越来越高，这些纯铁已经不适合制造高端产品，不适合用于生产超低碳高纯洁度马氏体时效钢、高强不锈钢、高级功能材料(软磁合金等)用的原材料，不能用于尖端技术和高质量零部件。

国外对于这些高纯度工业纯铁，日本用电解方法制造，纯度可以达到含铁量在99.9％，但价格太高，不适合用于如马氏体时效钢、高纯度不锈钢的原材料。国内采用GB9971、GB6983生产原料纯铁和工业纯铁制造的电器元件和软磁材料只能用于低档次零部件，无法与国外实物相比，用该纯铁生产的马氏体时效钢性能低。目前我国还没有用电解法生产制造工业纯铁的生产能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种超低碳高纯度工业纯铁及其制造方法，它能够改善工业纯铁的纯度，进而提高钢的性能。

本发明实现上述目的的技术方案为：一种超低碳高纯度工业纯铁，包括如下重量百分配比的化学元素：C≤0.008％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、S≤0.002％、P≤0.005％、Al≤0.05％。

优选地，所述的超低碳高纯度工业纯铁，包括如下重量百分配比的化学元素：C≤0.006％、Si≤0.03％、S≤0.001％。

工业纯铁中碳氮形成固溶体，常温下易析出形成碳化物和氮化物，产生磁时效，碳高使磁导率下降，矫顽率提高，铁损增加，磁化困难；同时碳氮在马氏体时效钢(Ni-Co-Mo-Ti)中形成碳化钛和氮化钛，降低钢的强度、影响钢的塑韧性，因此，碳氮必须控制较低水平；硅锰高易形成夹杂物，作为高纯度钢的原料使钢的塑韧性降低；硫磷使钢的塑韧性降低，特别是作为高强度高韧性钢的原材料，降低钢的塑韧性，因此必须限制；铝是最有效的脱氧元素，控制铝含量将有效降低钢的含氧量。

所述超低碳高纯度工业纯铁的制造方法，包含以下步骤：

(1)采用电炉(20吨电炉)工艺：采用电炉脱磷，保证电炉达到P的技术要求；重要是电炉氧化末期彻底扒净氧化渣，防止还原期回P；

反应式：

2[P]+5FeO+4CaO_s＝4CaOP₂O₅(s)+5Fe             (1)

△G°＝—343000+143.35T(J/mol)

2[P]+5FeO+3CaO_s＝3CaOP₂O₅(s)+5Fe             (2)

△G°＝—338600+142.05T(J/mol)

(a)氧化法冶炼；

(b)配料成分C：0.7-1.0％，P≤0.020％，优质低S、P平钢和电极块组成，(白灰要求精选，萤石要求特级的，加入量为常规量)；

(c)熔氧期进行脱P操作，控制温度1540-1570℃，直至C≤0.08％P≤0.002％，扒渣100％，补加渣料后吹氧升温至1650℃。本阶段工艺同现行电弧炉冶炼工艺；

(d)还原：分三批加入白灰15～20Kg/吨.批、萤石5～8Kg/吨.批；当硫≤0.010％扒渣100％，加CaO15～20kg/吨、CaF₂1～2kg/吨、铝1～2.52kg/吨造新渣出钢，入AOD炉；

(2)AOD冶炼：AOD吹氧氩混合气体去碳，当碳小于0.008％加铝升温≥1680℃，同时加入CaO和CaF₂进行还原，当硫小于0.0015％，出钢；

氧化原理：2[C]+O₂＝2CO