[发明专利]一种冶炼铝钙铁合金的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种冶炼铝钙铁合金的方法，属于金属材料冶金技术领域。

背景技术：

为有效地对钢进行脱氧，对钢中非金属夹杂物进行控制、变性和去除，必须按照钢种的要求和炼钢的需求，选择“高纯度、高精度、高功能”的合金，保证炼钢、连铸的顺利进行。对优质钢、合金钢、洁净钢、特种钢的生产，往往采用SiMn、A1Mn、SiAlFe、AlFe、A1等对钢进行脱氧操作，从而易造成钢水中较高的Al₂O₃夹杂和高的残铝量，最后往往需进一步用Ca合金进行Ca处理，若对Al₂O₃夹杂处理不当，会造成浇注时结瘤、堵水口等后果。直接采用AlCa系列复合合金对钢进行脱氧的同时，能够进行Ca处理，改变Al₂O₃夹杂物的形态，降低钢中非金属夹杂，提高钢的质量。AlCa复合脱氧剂的脱氧潜力大，能够控制和节约合金用量，降低炼钢成本，从而促进铁合金科技向前发展。

目前，冶炼铝钙铁合金的方法主要是对掺法，即以“Al粉+纯Ca粉+Fe粉”机械混合物后在电炉中重熔获得，该方法需要纯净的铝和钙金属，不但增加了二次重熔中金属钙的损失，还增加了重熔热耗，工艺过程复杂，成本较高。除此之外，部分研究人员提出了相关改进工艺，如专利申请号201010158375.2炼钢脱氧的铝钙合金，它包括金属铝粒、碳化硅、石灰石、钙渣，炼钢脱氧的铝钙合金中，A1重量百分含量≥18%、Si≥12%、Ca≥10%。该方法制备的铝钙合金中钙含量较低，且没有完全避开采用纯金属原料的缺点，能耗尽管与直接掺杂法相比略低，但整体原料成本依然较高，合金中含有超过12%的Si，不利于冶炼对硅含量有限制的钢种，应用有一定的局限性。专利申请号201010256500.3用于炼钢的铁包铝钙合金及其制备方法中，为加大铝钙合金的比重，避免直接采用掺杂法生产铝钙铁合金过程烧损严重的现状，采用将铝钙合金用钢板包覆的方法，提高铝钙合金的脱氧效果，但该方法依然是以掺杂法为基础的，并没有从根本上改善铝钙合金的生产方法。

发明内容：

本发明主要依据高温晶格间C-O反应的原理，实现同一炉内直接冶炼铝钙铁合金。本发明的目的是提供一种能够降低电耗、降低劳动强度、提高炼钢过程脱氧效率的铝钙铁合金，替代目前主要以掺杂法生产铝钙合金的生产工艺。

本发明的技术方案是这样实现的：首先，在矿热炉炉内以石灰（CaO）与碳质还原剂生成电石（CaC₂），其中石灰中CaO含量≥85%，碳质还原剂可选择木炭、烟煤或焦炭，保证产物中CaC₂含量≥96%，为提高渣的流动性，配加总渣量8%-15%的CaF₂；第二步是以液态电石(CaC₂)、Al₂O₃、Fe₂O₃、少量碳质还原剂为原料，在同一矿热护内冶炼铝钙铁合金。

该发明冶炼铝钙铁合金的主要化学反应式为：

CaO+3C=CaC₂+CO           △G⁰=111315-56.8T

Al₂O₃+Fe₂O₃+3CaC₂=3Ca+2Al+2Fe+6CO       △G⁰=415600-251.63T

该发明的第一步主要目的是制备高纯度CaC₂，以石灰为原料，配加一定量的碳质还原剂（木炭、烟煤、焦炭或三者混合物），保证CaO：固定C（摩尔比）=1：3.3-3.6的富碳操作，同时保证反应温度T≥1600℃，反应时间为30-45min；

第二步是在第一步制备出CaC₂含量≥96%的基础上，往电极中心区域，添加Al₂O₃、Fe₂O₃和碳质还原剂，其中反应物中各物质的加入量分别为CaC₂30-40%、Fe₂O₃20-35%、Al₂O₃30-45%、碳质还原剂3-5%。

该发明的操作工艺为：

（1）CaC₂制备工序