真空感应炉冶炼高纯工业纯铁的工艺研究

发布时间：2020-06-16 16:53

【摘要】：工业纯铁是钢的一种,其化学成分主要是铁,含量在99.6%～99.8%,含碳量在0.04%以下,其他成分越少越好。工业纯铁具有良好的电磁性能与力学性能,在国防、科研、工业生产以及人们的日常生活中均有着十分广泛的应用,可作为电磁材料、包装材料、电磁屏蔽材料。随着航空航天、核能等工业的发展,对金属材料的纯度和质量要求越来越高,为获得各种高温合金、耐热合金、高强度时效钢等,必须以高纯度的工业纯铁为原料,因此,开展低成本、短流程的高纯工业纯铁冶炼工艺的探索具有十分重要的意义。本课题主要是在真空感应炉上利用高氧含量的工业纯铁进行高纯工业纯铁冶炼工艺的探索,开发成本低,操作简单,工艺稳定的冶炼工艺。实验主要分为两部分:第一部分是在真空感应炉上对高氧含量的工业纯铁进行脱氧、脱氮试验,并对冶炼后的纯铁进行成分分析,结合冶炼过程中的情况和冶炼后的成分对冶炼工艺进行改进;第二部分就是通过金相显微镜和扫描电镜对冶炼后的纯铁中的夹杂物进行数量统计和成分的分析。通过对高纯工业纯铁冶炼工艺的研究发现:仅用铝对工业纯铁进行脱氧的工艺,脱氧、脱氮效果不理想,且易产生A12O3夹杂;仅用碳进行真空碳脱氧的冶炼工艺具有很好的脱氧、脱氮效果,能将纯铁中的氧的质量分数降低到16x10-4%,氮的质量分数降低到15×104%,但是冶炼过程中容易造成钢液的喷溅,且冶炼时间相对较长,冶炼工艺不易控制;改进后的脱氧工艺是先用铝脱氧,再用碳进行深脱氧,通过试验,最佳的冶炼工艺是拟用铝将高氧含量的工业纯铁中的氧的质量分数降低到0.07%,再用碳将氧的质量分数降低到50×104%以下,冶炼后的纯铁中的氧的质量分数降低到22×10-4%,氮的质量分数降低到16x10-4%,冶炼工艺相对稳定易控制。对高纯工业纯铁中的夹杂物进行统计发现,随着纯铁中的全氧含量的降低,残留在纯铁中的夹杂物的数量明显减少,尺寸也明显变小,夹杂物尺寸在2 μm以下所占的比例增加。通过扫描电镜对用铝和碳共同脱氧后的高纯工业纯铁进行夹杂物成分分析发现,纯铁中的主要夹杂物成分是FeO夹杂,有少量的A1203夹杂和极少数的MgO·Al2O3。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF56
【图文】：

感应熔炼,搅拌作用

逡逑在此过程中，由于整个过程发生在真空环境下，因此，有利于金属内部气体杂质的逡逑去除，得到的金属合金材料更加纯净。同时，如图２．１所示，在熔化过程中，因为感应逡逑熔炼技术的特点，液态的金属材料在坩埚内部由于受到电磁力的相互作用，可以自动实逡逑现搅拌，使成分更加均匀，这也是感应熔炼技术的一大优势［２４］。逡逑『媝Ｓｉ邋Ｐ逡逑ＬＬｉ＾逡逑图２．１感应熔炼的搅拌作用逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｓｔｉｒｒｉｎｇ邋ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ邋ｓｍｅｌｔｉｎｇ逡逑２．２．３真空感应炉的工艺流程逡逑真空感应炉冶炼的工艺主要分为以下几个阶段［２５］：装料、熔化、精炼、浇注。逡逑（１）

元素,钢液,温度,脱氧产物

逦－６８１３５０＋２２８．５Ｆ逦３５５８５／７＾１．９３逡逑通过热力学计算，各元素的脱氧能力如图２．４所示ｔ５３Ｉ，从图中可以看出，Ｓｉ、Ｍｎ逡逑的脱氧能力较弱，难以将钢液中的氧含量降低到很低的水平。因此，目前普遍采用Ａ１逡逑脱氧。逡逑铝作为脱氧剂对钢液进行沉淀脱氧时，脱氧迅速且成本低，但铝在溶解过程中易上逡逑浮到钢液表面，造成脱氧效率低，另外，其脱氧产物ａｉ２ｏ３性脆，轧制后易形成具有尖逡逑－１３－逡逑

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