專利名稱：一種超低鈦高碳鉻鐵合金及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種用作冶煉軸承鋼原料的低鈦高碳鉻鐵合金，屬于冶金工程的技術領域，具體地說是一種特別適用于冶煉優質軸承鋼的超低鈦高碳鉻鐵合金及其生產方法。
背景技術：
眾所周知，軸承是用來支承傳動軸并承受載荷的機械零件，它是機械設備制造行業中一種常用的易損件，其使用消耗的數量非常巨大。軸承質量將直接影響機械設備的使用性能，而軸承的質量又主要是由軸承鋼材料的性能來決定的。隨著我國軸承工業的高速發展，對具有優良性能的優質軸承鋼的需求數量也在不斷地增加。我們知道普通軸承鋼是采用含鈦量較低的低鈦高碳鉻鐵為原料冶煉而成的，低鈦高碳鉻鐵原料中有害雜質鈦的含量是直接影響軸承鋼質量的一項重要技術指標，有害雜質鈦是以TiO2的形式分布于軸承鋼材質中，它將破壞軸承鋼的晶體結構從而導致耐磨性能和機械強度大幅下降。因此，要求低鈦高碳鉻鐵中含鈦量越低越好，這是冶煉優質軸承鋼最基本的原料物質條件。就目前來說，在鐵合金生產中是用“控制還原法”來生產用作冶煉軸承鋼原料的低鈦高碳鉻鐵產品的，它是選用低鈦的鉻礦為原料，用焦炭作還原劑，在礦熱爐內通過控制還原劑用量和渣型的選擇進行冶煉生產。但是，這種控制還原劑用量的“控制還原法”的技術工藝存在著如下技術性缺陷首先是它在控制還原劑用量以減少原料中鈦還原的同時，也會顯著降低主元素鉻的還原而使渣中的Cr2O3含量增高、使鉻的生產利用回收率降低；其次它的冶煉電耗較高、生產成本高；第三，它所生產的低鈦高碳鉻鐵產品的含鈦量只能達到0.02％∽0.05％的較低水平，一般來說，它只能用作冶煉普通軸承鋼的生產原料，而對于要求生產含鈦量低至0.02％∽0.03％的低鈦高碳鉻鐵產品來說，由于實際生產工藝難于穩定受控，它的產品合格率僅為60％左右，并且生產成本將隨之急劇上升。因此，現行的“控制還原法”根本無法生產出冶煉優質軸承鋼所要求的含鈦量低于0.02％的超低鈦高碳鉻鐵合金產品。而通常最常見的普通高碳鉻鐵產品的含鈦量為0.10％∽0.30％，這種高含鈦量的高碳鉻鐵產品更是不宜用作冶煉軸承鋼的生產原料。迄今為止，也未見到有關冶煉含鈦量低于0.02％的超低鈦高碳鉻鐵合金及其生產方法的相關文獻報道。這是目前冶煉優質軸承鋼在原料上所面臨的技術性難題，同時也是我國軸承工業迫切需要解決的重大課題，這正是本發明所要解決的問題。
發明內容
本發明的目的是在現有技術基礎上提出一種“選擇氧化法”冶煉超低鈦高碳鉻鐵合金及其生產方法，它是以含鈦量為0.10％∽0.30％(也可是含鈦量高于0.30％)的普通高碳鉻鐵為原料，以鉻礦、鐵礦石為氧化劑，冶煉生產含鈦量可達到低于0.02％先進水平的超低鈦高碳鉻鐵合金產品，它特別適用于冶煉優質軸承鋼，為冶金工業規模化生產高級優質軸承鋼系列鋼種產品提供了優質豐富的原料物質基礎。
依照本發明所提出的“選擇氧化法”冶煉生產的超低鈦高碳鉻鐵合金，其特征在于它按重量百分比計的化學成分為Cr 45～75％，C 4～10％，Ti 0.001～0.020％，余量為鐵及不可避免的雜質。
本發明提出的冶煉超低鈦高碳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于它依次按以下步驟進行(1)計量配料各反應原料按重量份計為高碳鉻鐵 1份氧化劑 0.02∽0.30份造渣劑 0.05∽0.25份所述的高碳鉻鐵是指含鈦量為0.10％∽0.30％的普通高碳鉻鐵產品，也可是含鈦量高于0.30％的普通高碳鉻鐵產品。
所述的氧化劑為鉻礦或者鐵礦石中的一種，或者兩種的混合物。
所述的造渣劑為石灰，或者白云石，或者螢石中的一種，或者任意兩種或者三種的混合物。
分別稱取上述原料混合配制為冶煉物料。
(2)入爐冶煉將計量配料步驟中混合配制的冶煉物料一次或分批次加入感應電爐內，送電升溫進行熔化冶煉作業，控制溫度在1550∽1780℃范圍。爐內主要冶煉反應式如下
本發明的技術理論依據是基于氧化物ΔG°-T關系圖氧化物的還原性在同溫下，直線位置處于較低的元素，易將其上部的氧化物還原出來。高碳鉻鐵中的Ti、Si能夠將氧化劑鉻礦Cr2O3中的Cr、鐵礦石FeO中的Fe還原出來進入合金中；而氧化劑鉻礦中Cr2O3、鐵礦石中FeO中的O能與Ti、Si結合生成TiO2和SiO2并進入渣中，能夠最大程度地降低合金中有害雜質Ti和Si的含量。
(3)熔融扒渣控制爐內溫度為1550∽1780℃，待物料全部熔化反應徹底后，停電傾爐扒出爐內積渣。
(4)錠模澆注將熔融扒渣后的鐵水澆注于錠模中，進一步精整棄去殘余爐渣，冷凝后，吊鐵并精整入庫即制得合格的超低鈦高碳鉻鐵產品。
按上述方法冶煉制得的超低鈦高碳鉻鐵產品，它按重量百分比計的化學成分為Cr 45～75％，C 4～10％，Ti 0.001～0.020％，余量為鐵及不可避免的雜質。實現生產含鈦量低于0.02％的超低鈦高碳鉻鐵合金產品的目的，它特別適合用作冶煉優質軸承鋼的生產原料，為規模化生產高級優質軸承鋼提供了優質豐富的原料保障，從而徹底解決了當前冶煉高級優質軸承鋼在原料結構上存在的技術性難題。
本發明突出的實質性特點和顯著進步表現為(1)它是以資源豐富且價格低廉的含鈦量為0.10％∽0.30％的普通高碳鉻鐵為原料，冶煉成含鈦量達到低于0.02％先進水平的超低鈦高碳鉻鐵合金產品，能為規模化冶煉高級優質軸承鋼提供優質豐富的生產原料資源。
(2)它能充分利用鉻礦中寶貴的鉻資源，有效防止鉻元素流失于渣中，大大提高主元素鉻、鐵的有效吸收利用率，明顯降低超低鈦高碳鉻鐵合金產品的生產成本，節約物質資源、降低能源消耗和減少環境污染負荷。
(3)同傳統的“控制還原法”相比較，產品合格率高、工藝更流暢、易于操作管理、可大大降低綜合運行成本，具有極大的經濟效益。
(4)本發明提出來的“選擇氧化法”也可用于冶煉不同含鈦量技術指標要求的常規低鈦高碳鉻鐵系列產品的生產領域。
具體實施例方式
實施例一一種超低鈦高碳鉻鐵合金及其生產方法，它依次按以下步驟進行(1)計量配料按如下重量比分別稱取高碳鉻鐵、鉻礦和石灰原料，混合配制為冶煉物料供使用高碳鉻鐵500kg鉻礦75kg石灰40kg上述高碳鉻鐵按重量計主要含有Cr 60％、Ti 0.16％、Si 3％，上述鉻礦按重量計主要含有Cr2O348％、FeO 10％，上述石灰按重量計主要含有CaO 83％，(2)入爐冶煉首先將冶煉物料的1/3加入規格為2噸的中頻感應電爐內，送電，控制電壓800V∽1000V，電流900A∽1200A，待爐料熔化后，再加入剩余的冶煉物料，也可視爐內渣量，可分次停電傾爐扒渣后再次送電，分次加入剩余物料，控制爐內溫度為1750℃進行熔化冶煉，使高碳鉻鐵中的Ti、Si將氧化劑鉻礦中Cr2O3、FeO中的Cr、Fe還原出來進入合金中，使氧化劑鉻礦中Cr2O3、FeO中的O與Ti、Si結合生成TiO2和SiO2并全部進入渣中。在中頻感應電爐內進行如下主要有效反應
(3)扒渣控制爐內溫度為1750℃，使物料全部熔化，爐內化學反應進行徹底后，停電，傾爐，扒出爐內全部積渣。
(4)錠模澆注將熔融扒渣后的鐵水澆注于錠模中，精整棄去殘余爐渣，冷凝后，吊鐵并精整入庫即制得合格的超低鈦高碳鉻鐵產品。
按上述方法冶煉制得的超低鈦高碳鉻鐵產品，它按重量百分比計的化學成分為Cr 45～75％，C 4～10％，Ti 0.001～0.020％，余量為鐵及不可避免的雜質。
按上述方法冶煉制得的超低鈦高碳鉻鐵合金產品，它的含鈦量達到低于0.02％先進水平，特別適用于冶煉生產高級優質軸承鋼。
實施例二一種超低鈦高碳鉻鐵合金及其生產方法，它依次按以下步驟進行(1)計量配料按如下重量比分別備取高碳鉻鐵、鉻礦、鐵礦石、石灰和白云石原料，
高碳鉻鐵500kg鉻礦55kg鐵礦石 35kg石灰40Kg白云石 20Kg上述高碳鉻鐵按重量計主要含有Cr 60％、Ti 0.26％、Si 4％，上述鉻礦按重量計主要含有Cr2O348％、FeO 10％，上述鐵礦石按重量計主要含有FeO 60％，上述石灰按重量計主要含有CaO 83％，先稱取400kg高碳鉻鐵與鉻礦、鐵礦石、石灰和白云石混合配制為冶煉物料。
(2)入爐冶煉首先向規格為2噸的中頻感應電爐內加100kg高碳鉻鐵，送電升溫，控制電壓800V∽1000V，電流900A∽1200A，待爐料熔化后，再加入冶煉物料，也可視爐內渣量，可分次停電傾爐扒渣后再分次送電，分次加入冶煉物料，控制爐內溫度為1650℃進行熔化冶煉，使高碳鉻鐵中的Ti、Si能夠將氧化劑鉻礦Cr2O3中的Cr、鐵礦石FeO中的Fe還原出來進入合金中，使氧化劑鉻礦Cr2O3、鐵礦石FeO中的O能與Ti、Si結合生成TiO2和SiO2并全部進入渣中，能夠最大程度地降低合金中有害雜質Ti和Si的含量。在中頻感應電爐內進行如下主要反應
(3)熔融扒渣控制溫度為1650℃，物料全部熔化反應完全徹底后，停電傾爐扒出爐內積渣。
(4)錠模澆注將熔融扒渣后的鐵水澆注于錠模中，進一步精整棄去殘余爐渣，冷凝后，即制得合格的超低鈦高碳鉻鐵產品，它按重量百分比計的化學成分為Cr 45～75％，C 4～10％，Ti 0.001～0.020％，余量為鐵及不可避免的雜質。
按上述方法冶煉制得的超低鈦高碳鉻鐵合金產品，它的含鈦量達到低于0.02％先進水平，特別適用于冶煉生產高級優質軸承鋼。
實施例三一種超低鈦高碳鉻鐵合金及其生產方法，它依次按以下步驟進行(1)計量配料按如下重量比分別稱取高碳鉻鐵、鐵礦石、石灰和螢石原料，混合配制為冶煉物料供使用高碳鉻鐵 500kg鐵礦石150kg石灰 40kg螢石 15kg(2)入爐冶煉將冶煉物料加入規格為2噸的中頻感應電爐內，送電升溫，控制電壓800∽1000V，電流900∽1200A，爐內溫度為1700℃，進行熔化冶煉，在中頻感應電爐內進行如下反應式
(3)扒渣控制爐內溫度為1700℃，使物料全部熔化，爐內化學反應進行徹底后，停電，傾爐，扒出爐內全部積渣。
(4)錠模澆注將熔融扒渣后的鐵水澆注于錠模中，冷凝后，吊鐵并精整入庫即制得合格的超低鈦高碳鉻鐵產品。按上述方法冶煉制得的超低鈦高碳鉻鐵產品，它按重量百分比計的化學成分為Cr 45～75％，C 4～10％，Ti 0.001～0.020％，余量為鐵及不可避免的雜質。
按本發明提出的方法所冶煉制得的超低鈦高碳鉻鐵合金產品可用作冶煉生產高級優質軸承鋼的原料，從而為生產高級優質軸承鋼提供了優質豐富的原料保障，對推進我國軸承工業高速發展具有積極意義。
權利要求
1.一種超低鈦高碳鉻鐵合金，其特征在于它按重量百分比計的化學成分為Cr 45～75％，C 4～10％，Ti 0.001～0.020％，余量為鐵及不可避免的雜質。
2.一種冶煉如權利要求1所述的超低鈦高碳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于它依次按以下步驟進行(1)計量配料各反應原料按重量份計為高碳鉻鐵 1份氧化劑 0.02∽0.30份造渣劑 0.05∽0.25份分別稱取上述原料混合配制為冶煉物料，(2)入爐冶煉將計量配料步驟中混合配制的冶煉物料加入電爐內，送電升溫進行熔化冶煉作業，(3)熔融扒渣待物料全部熔化，停電傾爐扒出爐內積渣，(4)錠模澆注將熔融扒渣后的鐵水澆注于錠模中，冷凝后，即制得合格的超低鈦高碳鉻鐵產品。
3.根據權利要求2所述的超低鈦高碳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于所述的氧化劑為鉻礦或者鐵礦石中的一種，或者兩種的混合物。
4.根據權利要求2所述的超低鈦高碳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于所述的造渣劑為石灰，或者白云石，或者螢石中的一種，或者任意兩種或者三種的混合物。
全文摘要
本發明提出了一種超低鈦高碳鉻鐵合金及其生產方法，它是以資源豐富且價廉的高碳鉻鐵為原料，按計量配料、入爐冶煉、熔融扒渣、錠模澆注等步驟，用“選擇氧化法”冶煉生產含鈦量低于0.02％先進水平的超低鈦高碳鉻鐵合金產品，其主要成分為Cr 45～75％，C 4～10％，Ti 0.001～0.020％，它特別適用于冶煉高級優質軸承鋼，為冶煉高級優質軸承鋼提供了豐富的原料資源，并徹底解決了長期困擾我國冶金工業生產高級優質軸承鋼在原料結構上存在的技術性難題，本發明具有工藝簡捷、操作方便、產品合格率高、生產成本低、能源消耗低、節約物質資源和減輕環境污染負荷等顯著優點，具有巨大的經濟效益。
文檔編號C22C33/00GK1974828SQ200610022468
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月11日 優先權日2006年12月11日
發明者穆婷云, 唐華應, 楊玉勝, 陳正勇 申請人:四川川投峨眉鐵合金(集團)有限責任公司