专利名称：一种超纯度工业纯铁的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种金属冶炼方法，尤其涉及一种工业纯铁的制造方法。
背景技术：
二次硬化钢是一种含碳的Cr-Ni-Co-Mo系高纯净度钢种，用于制造飞机起落架、 樑、轴等零部件，该类钢所用纯铁化学成分要求(wt%)为C彡0.3，Si<0. 05,Mn ^O. 05， S彡0. 001，P彡0. 003，Al ( 0. 005，Ti ( 0. 005 ；该纯铁没有脱氧元素，在炼钢的还原阶段不能使用含硅、锰、铝、钛的脱氧剂，按照现有技术和常规冶炼工艺，无法制造该钢种。目前国内采用6B9971、6B6983生产原料纯铁和工业纯铁，用于制造电磁元件、软磁材料，也有用于制造含硅锰硫磷较高的材料。国内一般采用转炉或转炉+炉外精炼制造， 有的经AOD或VOD炉制造，但是其纯度均不高，特别是硫、磷、铝含量较高，仅可以用于制造普通的电子元器件和软磁材料。随着对二次硬化钢的研究和对纯铁纯度要求的增高，这些纯铁已经不适合作为制造高端二次硬化钢用的原材料。目前，日本采用电解方法制造高纯度工业纯铁，纯度可以达到含铁量为99. 9%，但其价格非常高，不适合作为二次硬化钢、马氏体时效钢、高纯度不锈钢的原材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超纯度工业纯铁的制造方法，该纯铁制造方法生产的纯铁纯度高，能够满足制造二次硬化钢、高纯度要求的精密合金、高级叶片钢和不锈钢的要求。由于二次硬化钢含有<0.25%碳，碳主要起到强化作用，因此采用本发明所述的技术方案生产的纯铁可以含有0.3%以下的碳；硅、锰、铝、钛较易形成非金属夹杂物， 作为高纯度钢的原料，会使钢的塑韧性降低；硫、磷也会使钢的塑韧性降低。因此必须将本发明所述的技术方案生产的纯铁的化学成分控制在0. 3wt%, Si ^ 0. 05wt%, Mn 彡 0. 05wt%, S 彡 0. 001wt%, P 彡 0. 003wt%, Al 彡 0. 005wt%, Ti 彡 0. 005wt%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。根据上述发明目的，本发明提供了一种超纯度工业纯铁的制造方法，其包括下列步骤(1)将原料进行EAF冶炼使用的渣系为CaCHCaF2,原料成分满足C 0. 7 1. 0wt%, P 彡 0. 020wt%, S 彡 0. 02wt% ；在EAF冶炼的熔氧期控制温度为1540 1570 °C，直至C彡0. 08wt %, P^O. 002wt%时完全扒渣，接着补加渣料后吹氧升温至> 1650°C，完全扒渣，熔氧期内的 ■系配比为 CaO CaF2= (2. 5 3. 5) 1;在EAF冶炼的还原期加入碳粉使C含量为0. 15 0. 25wt%,加入CaO和CaF2造白渣，满足CaO CaF2 = O. 5 5) (1 1. 5)，当S彡0. 006wt%时完全扒渣后出钢；(2)LF 冶炼使用的渣系为 CaO+CaF2+CaC2,满足 CaO CaF2 CaC2 = (2. 5 3.5) (0.5 1.5) (0.3 1.5)，吹氩气搅拌，当S彡0.0015界1%时出钢；(3) VD炉真空脱气；(4)出钢浇铸，得到的超纯度工业纯铁的成分为C彡0. 3wt%, Si彡0. 05wt%, Mn 彡 0. 05wt%, S 彡 0. 001wt%, P 彡 0. 003wt%, Al 彡 0. 005wt%, Ti 彡 0. 005wt%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。发明人经过长期生产实践和大量的研究分析认为，采用VOD或AOD冶炼是无法制得本发明所述的超纯度工业纯铁的。这是因为，VOD或AOD冶炼吹氧虽然可以保证Si、Mn 元素达到超纯度工业纯铁的要求，但由于不能用Al元素脱氧，且温度无法保证，因此无法保证S元素达到超纯度工业纯铁的要求。因此，发明人设计了采用本发明所述的方法冶炼超纯度工业纯铁。但是采用这种方法进行冶炼也是具有难度的。这是因为，EAF冶炼的熔氧期能够将P、Si、Mn元素氧化到其含量满足超纯度工业纯铁的要求，但是一旦进入LF炉，Si、P元素极易被还原，因此必须要保证Si、P元素在EAF冶炼的还原期不能被还原，基于此原因，本技术方案必须在熔氧期严格控制磷元素的含量，并且同时保证在磷元素达到控制要求后，100%扒渣，再造新渣还原，防止氧化期渣中大量S^2和P2O5中Si和P被还原。另外，在常规的LF冶炼过程中，多用CaCHCaF2渣系扩散脱氧、脱硫，同时采用铝、 硅元素沉淀脱氧，但是本技术方案所涉及的超纯度工业纯铁在冶炼过程中不能用Al、Si脱氧，如果仅用常规的CaCHCaF2渣系扩散脱氧，只能达到S彡0. 005wt %，是无法使硫达到彡0. 001%的。因此，发明人将该步骤的渣系设计为CaO+CaF2+CaC2。本技术方案中，在EAF冶炼步骤中，需要将P、Si、Mn、Al、Ti元素降到要求范围内。 具体的化学反应方程式与计算式如下2 [P] +5Fe0+4Ca0s = 4Ca0P205 (s) +5Fe ；AG° = -343000+143. 35T(J/mol)；2 [P] +5Fe0+3Ca0s = 3Ca0P205 (s) +5Fe ；AG° = -338600+142. 05T(J/mol)；[Si]+O2 = SiO2 ；2 [Mn] +O2 = 2Mn0 ；2[Α1]+302 = 2A1203oLF冶炼步骤的主要任务是脱硫，脱硫需先脱氧。具体的化学反应方程式如下[S]+ (CaO) = (CaS)+
；CaC2+[S] = (CaS)+ [C]；CaC2+3 (FeO) = (CaO) +3 (Fe) +2C0 ；3 (FeS) +2 (CaO) + (CaC2) = 3 (CaS) +3 (Fe) +2C0 ；在所述步骤(1)中熔氧期的渣系配比为CaO CaF2 = O. 5 3. 5) 1。优选地，在上述的超纯度工业纯铁的制造方法中，所述步骤(1)的出钢温度为 T 彡 1600"C。优选地，在上述的超纯度工业纯铁的制造方法中，所述步骤O)的出钢温度为 T 彡 1650"C。优选地，在上述的超纯度工业纯铁的制造方法中，所述步骤(3)中，控制真空度小于66. 71 保持大于20min，抽气后出钢。优选地，在上述的超纯度工业纯铁的制造方法中，所述步骤的浇铸温度为 1590 1610 。采用本发明所述的超纯度工业纯铁的制造方法生产的超纯度工业纯铁达到了超低杂质元素的水平，残余元素含量小于0. 097wt%，完全能够满足二次硬化钢、高纯度要求的精密合金、高级叶片钢和不锈钢的生产需要。
具体实施例方式实施例1-7采用下述步骤制造超纯度工业纯铁(具体工艺参数见表1 ；)(1)将原料进行EAF冶炼使用的渣系为CaCHCaF2,原料成分满足C 0. 7 1. 0wt%, P 彡 0. 020wt%, S 彡 0. 02wt% ；在EAF冶炼的熔氧期控制温度为1540 1570 °C，直至C彡0. 08wt %, P^O. 002Wt%时完全扒渣，接着补加渣料后吹氧升温至> 1650°C，完全扒渣，熔氧期渣系配比为 CaO CaF2 = (2. 5 3. 5) 1 ；在EAF冶炼的还原期加入碳粉使C含量为0. 15 0. 25wt %，加入CaO和CaF2造白渣，满足CaO CaF2 = O. 5 5) (1 1. 5)，当S彡0. 006wt%时完全扒渣后出钢， 出钢温度为T彡16000C ；(2)LF 冶炼使用的渣系为 CaO+CaF2+CaC2,满足 CaO CaF2 CaC2 = (2. 5 3.5) (0.5 1.5) (0. 3 1.5)，吹氩气搅拌，当S彡0. 0015wt%时出钢，出钢温度为 T 彡 1650 0C ；(3) VD炉真空脱气，控制真空度小于66. 7Pa保持大于20min，抽气后出钢；(4)出钢浇铸，浇铸温度为1590 1610°C，得到的超纯度工业纯铁的成分为C 彡 0. 3wt Si ^ 0. 05wt %, Mn ^ 0. 05wt S ^ 0. OOlwt P ^ 0. 003wt
Al ^ 0. 005wt%,Ti ^ 0. 005wt%，余量为！^和其他不可避免的杂质。表 1.
实施例1234567EAF熔氧末期的温度(°C)1570154015401540155015601540EAF熔氧期渣系配比(CaO: CaF2)3. 2 13 18 33 13 12. 8 13. 5 1EAF还原期渣系配比(CaO CaF2)2. 5 12.3: 13. 5 13 15 1. 57 33 权利要求
1.一种超纯度工业纯铁的制造方法，其特征在于，包括下列步骤(1)将原料进行EAF冶炼使用的渣系为CaCHCaF2,原料成分满足C0. 7 1. Owt %， P 彡 0. 020wt%, S 彡 0. 02wt% ；在EAF冶炼的熔氧期控制温度为1540 1570°C，直至C彡0. 08wt%,P^ 0. 002wt% 时完全扒渣，接着补加渣料后吹氧升温至> 1650°C，完全扒渣；在EAF冶炼的还原期加入碳粉使C含量为0. 15 0. 25wt%，加入CaO和CaF2造白渣，满足CaO CaF2 = O. 5 5) (1 1. 5)，当S彡0. 006wt%时完全扒渣后出钢；(2)LF 冶炼使用的渣系为 CaO+CaF2+CaC2，满足 CaO CaF2 CaC2 = O. 5 3.5) (0.5 1.5) (0.3 1.5)，吹氩气搅拌，当S彡0.0015界1%时出钢；(3)VD炉真空脱气；(4)出钢浇铸，得到的超纯度工业纯铁的成分为C彡0.3wt%, Si彡0. 05wt%, Mn 彡 0. 05wt%, S 彡 0. 001wt%, P 彡 0. 003wt%, Al 彡 0. 005wt%, Ti 彡 0. 005wt%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的超纯度工业纯铁的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)的出钢温度为T彡1600°C。
3.如权利要求1所述的超纯度工业纯铁的制造方法，其特征在于，所述步骤(2)的出钢温度为T彡1650°C。
4.如权利要求1所述的超纯度工业纯铁的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)中，控制真空度小于66. 7Pa保持大于20min，抽气后出钢。
5.如权利要求1所述的超纯度工业纯铁的制造方法，其特征在于，所述步骤(4)的浇铸温度为1590 1610°C。
6.如权利要求1所述的超纯度工业纯铁的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中熔氧期的渣系配比为CaO CaF2= (2. 5 3. 5) 1。
全文摘要
本发明公开了一种超纯度工业纯铁的制造方法，其步骤包括(1)将原料进行EAF冶炼；(2)LF冶炼；(3)VD炉真空脱气；(4)出钢浇铸。该制造方法通过EAF冶炼熔氧期步骤中在Si、P达标后进行完全扒渣以及在LF冶炼步骤中采用CaO+CaF2+CaC2渣系进行脱硫，将各杂质元素含量控制在技术要求范围之内，从而使得采用本发明所述的技术方案制得的超纯度工业纯铁达到超低杂质元素的水平，完全能够满足二次硬化钢、高纯度要求的精密合金、高级叶片钢和不锈钢的生产需要。
文档编号C22C38/14GK102382925SQ20111037498
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者张景海, 张淑平, 田玉新, 罗辉, 赵肃武, 郭军霞 申请人:宝山钢铁股份有限公司