锰铁复合添加剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及金属冶炼技术领域，具体涉及锰铁复合添加剂及其制备方法。


背景技术：

2.钢铁冶炼也称“炼钢”，其是指把炼钢用生铁放到炼钢炉内按一定工艺熔炼，即得到钢的过程。在此过程中，控制碳含量(一般小于2％)，消除p、s、o、n等有害元素，保留或增加si、mn、ni、cr等有益元素并调整元素之间的比例，获得最佳性能。
3.在炼钢过程中，根据不同种类钢材的需要会添加不同的元素以保证钢材符合要求，目前用于钢铁冶炼的添加剂基本上包括硼酸、磷肥、助燃剂、烧结剂，这些添加剂功能单一，对钢铁的机械性能助益不理想。为了解决上述问题，现有技术中大多在钢铁加工过程中加入金属添加剂，通过引入中间合金的方式来降低合金元素熔融过程中所需的温度。但是，现有的添加剂在使用过程中普遍存在溶解温度较高的问题，一方面导致成本的增加，另一方面也使得金属添加剂很难完全发挥效用，导致钢铁的性能无法达到预期。


技术实现要素：

4.本发明意在提供锰铁复合添加剂及其制备方法，以解决现有技术中的金属添加剂在使用过程中存在的熔点高而导致钢铁的性能较差的问题。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：锰铁复合添加剂，包括如下质量份的原料，锰铁粉91-96份、表面活性剂0.5-2份、助熔剂0.1-3份，锰铁粉的粒径为梯度混合。
6.优选的，作为一种改进，粒径梯度范围及质量比为60-1200mesh10-12％、120-180mesh25-31％、180-250mesh20-29％、250-300mesh19-22％、300-500mesh9-23％，余量为≥500mesh。
7.优选的，作为一种改进，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠中的一种或两种。
8.优选的，作为一种改进，助熔剂为氟硼酸钾、氟钛酸钾、氟硅酸钾、氟铝酸钾中的一种或多种。
9.优选的，作为一种改进，助熔剂为氟硼酸钾与氟钛酸钾的混合物，氟硼酸钾与氟钛酸钾的质量比为(4.5-6.6):3.7。
10.优选的，作为一种改进，锰铁复合添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
11.步骤一、原料破碎及筛分：对锰铁合金进行破碎并筛分，筛分后原料的粒径为梯度混合，粒径梯度范围及质量比为60-120mesh10-12％、120-180mesh25-31％、180-250mesh20-29％、250-300mesh19-22％、300-500mesh9-23％，余量为≥500mesh；
12.步骤二、配料及混料：将筛分后的锰铁粉与表面活性剂及助熔剂混合，得到混合料；
13.步骤三、压制：将混合料压制成型，得坯料；
14.步骤四、烧结：对坯料进行烧结；
15.步骤五、筛分。
16.优选的，作为一种改进，步骤二中，混料时间为80min。
17.优选的，作为一种改进，步骤三中，压制过程采用液压机压制成型，压力为23-28mpa。
18.优选的，作为一种改进，步骤四中，烧结温度为700-750℃。
19.优选的，作为一种改进，步骤五中，筛分后粒径＜5mm。
20.本方案的原理及优点是：实际应用时，本技术方案中，针对现有技术中金属添加剂难以完全发挥效用而导致的钢铁性能不理想的问题，进行反向的原因分析：金属添加剂想要发挥最大的效用，需要其在熔体内快速融化完全并均匀分散在熔体体系内，发明人发现，融化速度、分散程度与金属粉末的粒径存在非常大的关联性。金属粉末粒径越大，压制后配料的紧密度越低，将其投入到钢铁体系内后，粉末状的物料非常容易脱落。且由于钢铁水的温度极高，脱落的物料会被快速熔解烧灼殆尽，存在大量的浪费问题。而金属粉末粒径越小，虽然压制较为紧密，但是其融化温度并没有明显的降低，而且还会因压制密度过大而出现配料快速下沉到炉底的现象，导致锰铁添加剂未完全熔化即沉降到炉底。当锰铁添加剂沉积在炉底时，会出现彼此堆积，受热不充分也不均匀的问题，使锰铁添加剂更加不易熔化。现有的金属添加剂普遍采用单一粒径的金属粉末进行压制，通过粒径的调控很难兼顾脱落与沉降的问题。而发明人经过多年潜心研究，跳脱出了现有技术壁垒，创造性的采用金属元素粉末进行梯度粒径配比使用，并添加助熔剂与表面活性剂，使其不仅能够平衡粉末状物料脱落与融化温度的问题，而且还能够在表面活性剂的作用下降低下沉速度，同时在助熔剂的作用下提高融化速度，保证锰铁添加剂完全融化、高效发挥作用。
21.经过本技术方案制备得到的锰铁复合添加剂能够实现高熔点金属低温融化，保证金属添加剂能够完全融化分散在钢铁体系内，最大限度发挥效用，进而能够提高熔体纯净度，减少氧化物、减少co2的排放，改善材料的耐腐蚀性、耐磨性、抗疲劳性能和硬度。
具体实施方式
22.下面通过具体实施方式进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。若未特别指明，下述实施方式所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段；所用的实验方法均为常规方法；所用的材料、试剂等，均可从商业途径得到。
23.方案总述：
24.锰铁复合添加剂，包括如下质量份的原料，锰铁粉91-96份、表面活性剂0.5-2份、助熔剂0.1-3份，锰铁粉的粒径为梯度混合。粒径梯度范围及质量比为60-120mesh10-12％、120-180mesh25-31％、180-250mesh20-29％、250-300mesh19-22％、300-500mesh9-23％，余量为≥500mesh。
25.其中，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠中的一种或两种。
26.助熔剂为氟硼酸钾、氟钛酸钾、氟硅酸钾、氟铝酸钾中的一种或多种。
27.锰铁复合添加剂的制备方法，包括如下步骤：
28.步骤一、原料破碎及筛分：对锰铁合金进行破碎并筛分，筛分后原料的粒径为梯度混合，粒径梯度范围及质量比为60-1200mesh10-12％、120-180mesh25-31％、180-250mesh20-29％、250-300mesh19-22％、300-500mesh9-23％，余量为≥500mesh；
29.步骤二、配料及混料：将筛分后的锰铁粉与表面活性剂及助熔剂混合，得到混合料，混料时间为80min；
30.步骤三、压制：将混合料压制成型，得坯料；压制过程采用液压机压制成型，压力为23-28mpa；
31.步骤四、烧结：对坯料进行烧结，烧结温度为700-750℃；
32.步骤五、筛分：筛分后粒径＜5mm。
33.实施例1
34.锰铁复合添加剂，包括如下质量份的原料，锰铁粉91-96份、表面活性剂0.5-2份、助熔剂0.1-3份，锰铁粉的粒径为梯度混合，粒径梯度范围及质量比为60-1200mesh10％、120-180mesh25％、180-250mesh20％、250-300mesh19％、300-500mesh9％，余量为≥500mesh。
35.其中，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠与十二烷基硫酸钠按照质量比1:1的混合物。
36.助熔剂为氟硼酸钾与氟钛酸钾的混合物，氟硼酸钾与氟钛酸钾的质量比为4.5:3.7。
37.锰铁复合添加剂的制备方法，包括如下步骤：
38.步骤一、原料破碎及筛分：对锰铁合金进行破碎并筛分，筛分后原料的粒径为梯度混合，粒径梯度范围及质量比为60-120mesh10％、120-180mesh25％、180-250mesh20％、250-300mesh19％、300-500mesh9％，余量为≥500mesh；
39.步骤二、配料及混料：将筛分后的锰铁粉与表面活性剂及助熔剂混合，得到混合料，混料时间为80min；
40.步骤三、压制：将混合料压制成型，得坯料；压制过程采用液压机压制成型，压力为23mpa；
41.步骤四、烧结：对坯料进行烧结，烧结温度为700℃；
42.步骤五、筛分：筛分后粒径＜5mm。
43.实施例1-实施例3为本发明的实施例，对比例1-对比例5为本发明的对比例，各实施例及对比例与实施例1的不同之处在于原料的选择、添加量、粒径梯度范围，具体设计详见表1。
44.表1
45.46.[0047][0048]
实验例
[0049]
对上述各实施例及对比例制备得到的锰铁复合添加剂进行性能检测，检测指标包括：锰铁添加剂熔化温度、锰铁添加剂熔化时间的检测方法为传统观察记录，添加剂回收率计算公式为：(回收量/加入量)
×
100％，检测结果如下表2所示：
[0050]
表2
[0051][0052][0053]
从表2结果可知，本技术方案能够有效降低锰铁复合添加剂的融化温度至1495℃，并缩短其融化时间(相较于对比例缩短近20min)，实践证明降低1℃转炉温度可节省10元/
吨钢成本。此外，本技术方案能够降低n含量至10
‑‑
20ppm，同时能够降低o含量。经检测，添加剂的回收率能够达到99％以上，在行业内具有重要的意义。
[0054]
应用例
[0055]
以上述各实施例及对比例制备得到的锰铁复合添加剂进行钢铁冶炼，对钢铁的性能进行测试，测试指标包括：耐腐蚀性、耐磨性、抗疲劳性能和硬度，测试结果表明，本技术方案的复合添加剂能够显著提升钢铁的耐腐蚀性、耐磨性、抗疲劳性能和硬度，提升率达10～20％，对铸造高质量钢铁材料具有关键助益。
[0056]
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.锰铁复合添加剂，其特征在于：包括如下质量份的原料，锰铁粉91-96份、表面活性剂0.5-2份、助熔剂0.1-3份，锰铁粉的粒径为梯度混合。2.根据权利要求1所述的锰铁复合添加剂，其特征在于：所述粒径梯度范围及质量比为60-120mesh10-12％、120-180mesh25-31％、180-250mesh20-29％、250-300mesh19-22％、300-500mesh9-23％，余量为≥500mesh。3.根据权利要求2所述的锰铁复合添加剂，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠中的一种或两种。4.根据权利要求3所述的锰铁复合添加剂，其特征在于：所述助熔剂为氟硼酸钾、氟钛酸钾、氟硅酸钾、氟铝酸钾中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的锰铁复合添加剂，其特征在于：所述助熔剂为氟硼酸钾与氟钛酸钾的混合物，氟硼酸钾与氟钛酸钾的质量比为(4.5-6.6):3.7。6.根据权利要求1-5任一所述的锰铁复合添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、原料破碎及筛分：对锰铁合金进行破碎并筛分，筛分后原料的粒径为梯度混合，粒径梯度范围及质量比为60-1200mesh10-12％、120-180mesh25-31％、180-250mesh20-29％、250-300mesh19-22％、300-500mesh9-23％，余量为≥500mesh；步骤二、配料及混料：将筛分后的锰铁粉与表面活性剂及助熔剂混合，得到混合料；步骤三、压制：将混合料压制成型，得坯料；步骤四、烧结：对坯料进行烧结；步骤五、筛分。7.根据权利要求6所述的锰铁复合添加剂的制备方法，其特征在于：步骤二中，混料时间为80min。8.根据权利要求7所述的锰铁复合添加剂的制备方法，其特征在于：步骤三中，压制过程采用液压机压制成型，压力为23-28mpa。9.根据权利要求8所述的锰铁复合添加剂的制备方法，其特征在于：步骤四中，烧结温度为700-750℃。10.根据权利要求9所述的锰铁复合添加剂的制备方法，其特征在于：步骤五中，筛分后粒径＜5mm。

技术总结
本发明涉及金属冶炼技术领域，公开了锰铁复合添加剂及其制备方法，锰铁复合添加剂包括如下质量份的原料，锰铁粉91-96份、表面活性剂0.5-2份、助熔剂0.1-3份，锰铁粉的粒径为梯度混合。制备方法包括如下步骤：原料破碎及筛分：对锰铁合金进行破碎并筛分，筛分后原料的粒径为梯度混合，粒径梯度范围及质量比为60-1200mesh10-12％、120-180mesh25-31％、180-250mesh20-29％、250-300mesh19-22％、300-500mesh9-23％，余量为≥500mesh；配料及混料：将筛分后的锰铁粉与表面活性剂及助熔剂混合，得到混合料；压制：将混合料压制成型，得坯料；干燥：对坯料进行干燥；步筛分。本发明能够实现高熔点金属低温融化，且能够提高熔体纯净度，减少氧化物、减少CO2的排放，改善材料的耐腐蚀性、耐磨性、抗疲劳性能和硬度。抗疲劳性能和硬度。


技术研发人员：付黎 付博文 陈晓健 陈远君 邹云钢 刘军
受保护的技术使用者：重庆润际远东新材料科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/23