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【新刊速览】刘建民:工业纯铁铝氧含量控制工艺-米乐app官方

时间:2023-10-25 来源: 浏览:

【新刊速览】刘建民:工业纯铁铝氧含量控制工艺

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工业纯铁铝氧含量控制工艺

刘建民,姜彩伟,胡显军,顾晔

(江苏省(沙钢)钢铁研究院实验工场, 江苏 张家港 215625)

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摘 要

为了降低金刚线芯线用高碳钢盘条拉拔断丝率,控制其氧化铝夹杂物含量,提供满足要求的纯铁,研究了工业纯铁铝氧含量控制工艺。利用真空感应炉并采用双炉次熔炼工艺进行研究,其中第1炉次通过氧铝反应脱铝,设计了两种熔炼方案,分析了氧化铁加入量、氧化铁加入前炉内压力对纯铁液中铝氧含量的影响情况。结果表明,氧化铁加入量为300 g、氧化铁加入前炉内压力为0.1 mpa时,纯铁液内铝质量分数可降低至0.001%以内。第2炉次通过碳氧反应脱氧,研究了碳加入量对纯铁液中铝氧含量的影响情况。结果表明,碳加入量为0.03%时,纯铁液中铝质量分数低于0.002%、氧质量分数低于0.001%。对相关样品夹杂物情况进行统计分析发现,经氧脱铝及低碳脱氧过程的纯铁中夹杂物数量和尺寸大幅降低,没有尺寸大于10 μm的夹杂物,含氧化铝夹杂物基本消失,而高碳脱氧不利于夹杂物的脱除。该工艺用于高品质金刚线芯线的低铝低氧且夹杂物水平较低的原料制备,丰富了工业纯铁的提纯技术。

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关 键 词

真空感应炉; 纯铁; 铝; 氧; 夹杂物; 金刚线芯线
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引 言

金刚石线锯切割凭借其高效率、低成本、低污染等优点,已成为光伏产业中硅片的主要切割技术。金刚石线锯是在金刚线芯线表面电镀一层金刚石颗粒,而金刚线芯线是由高碳钢盘条经热处理、拉拔、电镀等一系列工艺制成的,理论极限直径约为30 μm,产业化极限直径约为35~36 μm。其在拉拔的过程中容易发生断丝现象,降低成材率,甚至导致无法生产。拉拔断丝的影响因素很多,而非金属夹杂物是其中最重要的原因,非金属夹杂物中硬脆性氧化铝对拉拔断丝的影响尤其明显,因此,为了降低金刚线芯线用高碳钢盘条拉拔断丝率,氧化铝夹杂物的控制就显得非常重要。
某企业采用真空感应炉→真空自耗炉→锻造→高线轧制工艺流程生产金刚线芯线用高碳钢盘条,而真空熔炼缺少炉渣的冶金效果,成分控制主要依靠原料。工业纯铁是铁元素控制原料,采购的工业纯铁中铝含量和氧含量均较高,分别为0.005 5%和0.004 0%(本文涉及的元素含量均为质量分数)左右,无法满足使用要求,需要对铝和氧进行脱除,从而使工业纯铁中铝氧含量均降低到0.002%以下且无尺寸大于10 μm的夹杂物,尤其是含al2o3的夹杂物。
工业纯铁的提纯方法很多,黄红兵等利用电解法制得纯度达99.98%的高纯铁,其氧含量为0.005%左右,铝含量为0.006%左右。takaki s等以电解铁为原料,以冷坩埚熔炼法为基础,制备出纯度高达99.998 7%的提纯铁。hyun s k等利用区域熔炼技术制备出纯度达到99.999%的高纯铁。masahito u等通过添加氧化铁作为氧化剂,采用等离子弧熔炼对铁进行氧化精炼,精炼过程中对氧的亲和力高于铁的杂质元素被消除,最终从99.93%的电解铁中可以获得99.996%的铁。电解铁价格昂贵且铝氧含量均较高,限制了电解铁在生产金刚线芯线上的应用。而冷坩埚熔炼、区域熔炼、等离子电弧熔炼等纯铁提纯技术,虽然可以制得高纯铁,但无法规模化生产。笔者利用真空感应炉并采用双炉次熔炼工艺进行研究,第1炉次通过氧铝反应脱铝,第2炉次通过碳氧反应脱氧,获得了低成本且可批量化生产、同时铝含量低于0.002%、氧含量低于0.001%的提纯铁。
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精 选 图 表

    
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结 论

1) 研究了氧化铁加入前炉内压力及氧化铁加入量对纯铁液内铝含量的影响。结果表明,氧化铁加入量为300 g、氧化铁加入前炉内压力为0.1 mpa时,纯铁液内铝质量分数可降低至0.001%以内。
2) 利用真空碳氧反应脱氧研究了碳加入量对铁液中铝含量的影响,结果表明,随碳加入量的增多,铝含量前期上升趋势比较微弱,当碳加入量为0.03%时开始较大幅度上升。为保证纯铁液中氧和铝质量分数均低于0.002%,碳的加入量确定为0.03%。
3) 经加氧处理后,虽然铁液中氧含量有所提高,但由于真空感应熔炼过程的净化作用,夹杂物数量、平均直径、面积分数均大幅下降,铁液中的铝与氧反应生成al2o3夹杂物后同样被排出铁液,夹杂物主要成份由mno、sio2、al2o3、feo变为mno、sio2、feo。
4) 低碳脱氧有利于夹杂物的去除。高碳脱氧由于碳与炉衬耐材中的al2o3反应生成[al],而[al]与纯铁液中的残余[o]反应生成al2o3夹杂物,反而提高了纯铁液中夹杂物的数量和尺寸,不利于纯铁液中铝的脱除。
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引 用 本 文

刘建民, 姜彩伟, 胡显军, 顾晔. 工业纯铁铝氧含量控制工艺[j]. 中国冶金, 2023, 33(9): 87-95. liu jianmin, jiang caiwei, hu xianjun, gu ye. control process of al and o content in industrial pure iron[j]. china metallurgy, 2023, 33(9): 87-95.
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链 接 本 文

  http://www.zgyj.ac.cn/cn/y2023/v33/i9/87
来源:《中国冶金》2023年第9期

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