一種超純度工業純鐵的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種金屬冶煉領域，具體設及一種超純度工業純鐵的制造方法。
【背景技術】
[0002] 二次硬化鋼是一種含碳的Cr-Ni-Co-Mo系高純凈度鋼種，用于制造飛機起落架、 操、軸等零部件，該類鋼所用純鐵化學成分要求(Wt %)為:C<0.3 ,Si <0.05 ,Mn <0.05, S< 0.0 Ol，P含0.003 ,Al含0.005，Ti含0.005;該純鐵沒有脫氧元素，在煉鋼的還原階段不能使 用含娃、儘、侶、鐵的脫氧劑，按照現有技術和常規冶煉工藝，無法制造該鋼種。
[0003] 目前國內采用GB997UGB6983生產原料純鐵和工業純鐵，用于制造電磁元件、軟磁 材料，也有用于制造含娃儘硫憐較高的材料。國內一般采用轉爐或轉爐+爐外精煉制造，有 的經AOD或VOD爐制造，但是其純度均不高，特別是硫、憐、侶含量較高，僅可W用于制造普通 的電子元器件和軟磁材料。隨著對二次硬化鋼的研究和對純鐵純度要求的增高，運些純鐵 已經不適合作為制造高端二次硬化鋼用的原材料。
[0004] 申請號為201110374986.5的中國專利公開了一種超純度工業純鐵的制造方法，其 步驟包括：（1)將原料進行EAF冶煉；（2)LF冶煉；（3)VD爐真空脫氣；（4)出鋼誘鑄。該制造方 法通過EAF冶煉烙氧期步驟中在Si、P達標后進行完全化渣W及在LF冶煉步驟中采用CaO+ 化F2+化C2渣系進行脫硫，將各雜質元素含量控制在技術要求范圍之內。但是存在W下缺點： 工藝方法較復雜，得到的純鐵中硫含量偏高。
[000引目前，日本采用電解方法制造高純度工業純鐵，純度可W達到含鐵量為99.9%，但 其價格非常高，用于生產二次硬化鋼、馬氏體時效鋼、高純度不誘鋼成本高。因此，尋求一種 既滿足技術要求價格又低廉的工業純鐵及制造方法具有十分重要的意義。
【發明內容】
[0006] 為了解決現有技術的問題，本發明提供了一種超純度工業純鐵的制備方法，其各 成分重量百分比為：C < 0.3wt%、Si < 0.05wt%、Mn < 0.05wt%、S < O.OOOSwt%、P < 0.003wt %、A1 < 0.005wt %、Ti含0.005wt %，余量為化和其他不可避免的雜質；用于制造高 純度二次硬化鋼、高純度葉片鋼和不誘鋼等。目前對純鐵的標準要求為(wt%):C^0.3、Si <0.05、Mn< 0.05、S< 0.001、P< 0.003、A1 < 0.005、Ti < 0.005;可用于制造高純度二次硬 化鋼、高純度葉片鋼和不誘鋼等。本發明方法得到的純鐵對二次硬化鋼、高級不誘鋼、功能 材料等即對硫、憐、娃、儘、侶、鐵都限制的鋼種具有非常重要的意義。
[0007] 為了實現上述目的，本發明采用了 W下技術方案：
[000引一種超純度工業純鐵的制造方法，該超純度工業純鐵按重量百分比由如下成分組 成：C < 0.3wt%、Si < 0.05wt%、Mn < 0.05wt%、S < O.OOOSwt%、P < 0.003wt%、A1 < 0.005wt %、Ti < 0.005wt %、La: 0.002~0.005 %、Ce: 0.003~0.01 %，余量為Fe和不可避免 的雜質;所述制造方法依次包括EBT冶煉、LF冶煉、VD爐真空脫氣W及誘鑄步驟，其中：在所 述LF冶煉步驟的深脫硫處理階段，使用化0+CaF2+CaC2渣系進行重新造渣，當S含0.0015wt% 時，添加銅姉合金進一步脫氧脫硫，直到S ^ O. OOOSwt %時出鋼。
[0009] 在上述超純度工業純鐵的制造方法中，作為一種優選實施方式，在所述邸T冶煉步 驟中，將高爐鐵水進行EBT氧化法冶煉，使用的渣系為Ca0+CaF2;更優選地，在EBT冶煉的烙 氧期，所述渣系中的化0和化F2的質量比為2.8~3.0:1(比如2.85:1、2.9:1、2.95:1)，控制 溫度為 1550~1560°C (比如1555°C、1557°C、1559°C )，直至C < 0.1 wt%，P < O.OOlwt%時完 全化渣，接著補加渣料后吹氧升溫至> 1660°C (比如1665°C、1670°C、1675°C、1680°C )，出鋼 后完全化渣。
[0010] 在上述超純度工業純鐵的制造方法中，作為一種優選實施方式，在所述LF冶煉步 驟的還原階段，加入碳粉使C含量為0.15~0.25wt% (比如0.16wt%、0.18wt%、0.20wt%、 0.%、0.24wt % )，加入CaO和CaF2造白渣，當S < 0.006wt %時，鋼包中進行化渣操作后 出鋼;更優選地，在所述LF冶煉步驟的還原階段，所述化0和化F2的質量比為化0: CaFs =( 3.5 ~4.0):(1.25~1.4)(比如3.5:1.4、4.0:1.4、3.5 :1.25、4.0:1.25'3.5:1.3'3.5:1.35、 4.0:1.3)。
[0011] 在上述超純度工業純鐵的制造方法中，作為一種優選實施方式，在所述LF冶煉步 驟的深脫硫處理階段，所述渣系中化〇XaF2XaC2的質量比為化0:化F2:化C2=(2.8~3.0): (1~1.2):(0.8~1.2)(比如2.8:1:0.8、2.8:1.2:0.8、2.8:1.2:1、3:1:1、3:1.1:0.8、3: 1.1:1.2、3:1.2:1);添加的所述銅姉合金的質量與所述化0XaF2和化C2造渣料的總質量的 百分比為 0.01-0.05"1%(比如0.015"1%、0.02"1%、0.025"1%、0.03"1%、0.035"1%、 0.04wt%、0.045wt%);所述出鋼時溫度TM660°C(比如1665°C、1670°C、1675°C、1680°C)。 加入的所述銅姉合金的質量與所述化〇、CaF2和化C2造渣料的總質量的百分比優選為0.025-0.045wt%。
[0012] 在上述超純度工業純鐵的制造方法中，作為一種優選實施方式，在所述邸T冶煉步 驟中，加入的高爐鐵水的成分要求P < 0.02wt %，S < 0.02wt %。
[0013] 在上述超純度工業純鐵的制造方法中，作為一種優選實施方式，在所述VD爐真空 脫氣步驟中，所述真空度不高于66.5化（比如50化、55?曰、60化、62?曰、65化），保持時間不低 于25min(；比如26min、28min、30min)。
[0014] 在上述超純度工業純鐵的制造方法中，作為一種優選實施方式，所述誘鑄步驟中， 所述誘鑄溫度為1590~1620°C (比如15951：、16001：、16101：、1615°(：)。誘注溫度過高，會增 加縮孔及二次縮孔的深度，顯著降低純鐵的利用率，增加成本。
[0015] 本發明與現有技術相比，具有如下有益效果：
[0016] 本發明通過邸T冶煉步驟中在Si、P達標后進行完全化渣W及在LF冶煉步驟中采用 渣系化0+化F2+CaC2和銅姉合金進行脫氧、脫硫，將各雜質元素含量控制在技術要求范圍之 內，尤其是高爐鐵水較之廢鋼具備更低的化、43、511、513、81元素含量，又因銅姉合金的添加， 可獲得更低的硫含量，硫含量可控制為低于O.OOOSwt%，有利于開發更加純凈的高級別鋼 種;另外，純鐵中殘余的銅姉元素對夾雜物起到改性的作用，可W阻止二次硬化鋼低烙點元 素在晶界的偏聚，阻止P、S在晶界的偏聚，從而間接提高了二次硬化鋼的斷裂初性，間接強 化晶界，采用本發明所述的技術方案制得的超純度工業純鐵更加純凈，殘余元素含量小于 O.OSwt%，可生產更加優質的二次硬化鋼、高級葉片鋼和不誘鋼。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合【具體實施方式】對本發明進行詳細說明，但本發明并不限于此。
[0018] 本發明提供的超純度工業純鐵的制造方法，得到的純鐵的各成分重量百分比滿足 如下要求：(：<0.3訊1%，51<0.05訊1%，]\111<0.05訊1%，5<0.0008訊1%，口< 0.003訊1%，八1< 0.005wt %，Ti ^ 0.005wt %，余量為化和其他不可避免的雜質，可用于制造高純度二次硬化 鋼、高純度葉片鋼和不誘鋼等。
[0019] 由于二次硬化鋼含有含0.25%碳，碳主要起到強化作用，因此采用本發明所述的 技術方案生產的純鐵可W含有0.3% W下的碳;娃、儘、侶、鐵較易形成非金屬夾雜物，作為 高純度鋼的原料，會使鋼的塑初性降低;硫、憐也會使鋼的塑初性降低。因此必須將本發明 所述的技術方案生產的純鐵的化學成分控制在：C < 0.3wt% ,Si < 0.05wt% ,Mn < 0.05wt %，S < 0.0 OOSwt %，P < 0.003wt %，Al < 0.005wt %，Ti < 0.005wt %，余量為化和其 他不可避免的雜質。
[0020] 本發明提供的超純度工業純鐵的制造方法，依次包括邸T冶煉、LF冶煉、VD爐真空 脫氣、出鋼誘鑄步驟;其中：
[0021 ] 所述邸T冶煉步驟:將高爐鐵水紅送至邸T氧化法冶煉，使用的渣系為化0+化F2，紅 送高爐鐵水，鐵水的成分要求P、S < 0.02% ;
[0022] 在邸T冶煉的烙氧期:烙氧期內的渣系配比為化0:化F2 = 2.8~3.0:1，控制溫度為 1550~1560°C，直至C < 0.1 wt%，P < O.OOlwt%時完全化渣，接著補加渣料后吹氧升溫至> 1660°C，出鋼后完全化渣。
[0023] LF 冶煉：
[0024] 在所述LF冶煉步驟的還原階段，加入碳粉使C含量為0.15~0.25wt%，加入化0和 〔曰尸2造白渣，所述〔曰0和〔曰尸2的質量比為〔曰0:〔曰尸2=(3.5~4.0):(1.25~1.4);當8< 0.006wt %時出鋼，鋼包中進行化渣操作；
[0025] 在所述LF冶煉步驟的深脫硫處理階段，使用化0+化F2+CaC2渣系進行重新造渣，所 述渣系中CaO、CaF2、CaC2 的質量比為 Ca0:CaF2:CaC2 = (2.8~3.0):(l~1.2):(0.8~1.2); 吹氣氣攬拌，當S含0.0015wt %時，添加銅姉合金進一步脫氧脫硫，直到S含0.0 OOSwt %時出 鋼。所述添加的銅姉合金的質量與所述Ca0、CaF2和CaC2渣系的總質量的百分比為0.01-0.05wt %，示例性地可W為0.025%、0.035%、0.045% ;所述出鋼時溫度T > 1660°C，示例性 可W為1660°C、1665°C、1670°C、1680°C、1690°C。加入的所述銅姉合金的質量與所述CaO、 化F2和化C2渣系的總質量的百分比優選為0.025-0.035wt %。
[0026] VD爐真空脫氣:真空度小于0.5毛(66.5Pa)保持時間大于25min。其中，所述VD爐真 空脫氣步驟中，所述真空度不高于0.5毛（66.5Pa)，設備能力達不到，保持時間t不低于 25111；[]1，示例性地可^為2〇111；[]1、25111；[]1、3〇111；[]1、4〇111；[]1，進一步優選為 30~40min。真空時間太 長效果反而不好。
[0027] 誘鑄，得到的超純度工業純鐵的成分為：C < 0.3wt%、Si < 0.05wt%、Mn < 0.05wt %、S < 0.0 OOSwt %、