專利名稱：高碳錳鐵合金的固相脫碳方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高碳錳鐵合金的固相脫碳方法，屬黑色金屬錳鐵脫除碳元素的技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
錳鐵合金是鋼鐵工業(yè)最重要的原材料，隨著鉻錳系不銹鋼及低碳合金鋼的快速發(fā) 展，高碳錳鐵合金的脫碳已成為鋼鐵冶金技術(shù)的一大關(guān)鍵，由于錳的蒸氣壓較高，錳與氧的 結(jié)合能較大，使液相錳鐵脫碳受到嚴(yán)重影響，例如脫碳效率低，脫碳能耗高，環(huán)境污染嚴(yán)重， 脫碳的綜合效果不佳。固相脫碳具有反應(yīng)溫度低，選擇性好，工藝流程短等優(yōu)點(diǎn)，但由于固相反應(yīng)是依靠 反應(yīng)分子在反應(yīng)界面上吸附和擴(kuò)散，需經(jīng)歷成核成相過程，所以固相反應(yīng)比液相、氣相反應(yīng) 需要更長的反應(yīng)時(shí)間和更高的反應(yīng)能量；在固相反應(yīng)中，對(duì)于粉狀物料高碳錳鐵合金材料， 加熱方式和元素?cái)U(kuò)散是提高和控制固相反應(yīng)速率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，加熱和擴(kuò)散的最重要環(huán)節(jié)是 加熱場(chǎng)，微波加熱場(chǎng)不但可以加熱粉狀物料，還具有增強(qiáng)固相反應(yīng)離子擴(kuò)散的作用，提高固 相反應(yīng)速率，因此，粉狀物料加熱場(chǎng)的選擇和特性就成為固相脫碳的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的就是針對(duì)背景技術(shù)的不足，采用微波加熱場(chǎng)，在高碳錳鐵合金粉中 添加碳酸鈣粉作為脫碳劑，經(jīng)微波加熱，脫除高碳錳鐵合金中的碳元素，得到含有脫硫脫磷 劑的低碳錳鐵合金原料。技術(shù)方案本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)原料為高碳錳鐵合金粉、碳酸鈣粉、氮?dú)?，其組合用量是 以千克、厘米3為計(jì)量單位高碳錳鐵合金粉=(FeMn)3C 60kg士 Ikg碳酸鈣粉CaCO340kg士 Ikg氮?dú)釴250000cm3士 IOOcm3脫碳方法如下(1)精選化學(xué)物質(zhì)原料，并進(jìn)行質(zhì)量純度控制高碳錳鐵合金粉固態(tài)粉體，含碳量> 6 %碳酸鈣粉固態(tài)粉體，CaCO3 >95%氮?dú)鈿鈶B(tài)氣體N2 > 99. 5%(2)球磨、過篩對(duì)精選的化學(xué)物質(zhì)原料要分別進(jìn)行球磨、過篩，成細(xì)粉，反復(fù)球磨，反復(fù)過篩；高碳錳鐵合金粉球磨轉(zhuǎn)數(shù)20 30轉(zhuǎn)/min篩網(wǎng)目數(shù)200目
細(xì)粉粒徑<0. 075mm碳酸鈣粉球磨轉(zhuǎn)數(shù)20 30轉(zhuǎn)/min篩網(wǎng)目數(shù)325目細(xì)粉粒徑<0. 045mm(3)原料混合攪拌將原料細(xì)粉按比例置于不銹鋼容器中進(jìn)行配制、混合，用攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí) 間30min±2in ；高碳錳鐵合金粉碳酸鈣粉=60 40高碳錳鐵合金粉60kg士 Ikg碳酸鈣粉40kg士Ikg成混合原料細(xì)粉(4)預(yù)熱混合原料細(xì)粉將混合原料細(xì)粉置于陶瓷容器中，然后置于干燥箱中預(yù)熱，預(yù)熱溫度150°C，預(yù)熱 時(shí)間30min，并用氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)；(5)微波加熱、固相脫碳、廢氣回收①在豎式微波加熱固相脫碳爐中進(jìn)行；②清理固相脫碳爐開啟微波固相脫碳爐，用吸塵器抽吸爐腔內(nèi)粉塵及有害物質(zhì)，抽吸時(shí)間5min，使固 相脫碳爐腔內(nèi)潔凈；③清理固相脫碳爐內(nèi)坩堝用金屬鏟、金屬刷清除坩堝內(nèi)殘留物及有害物質(zhì)，使坩堝內(nèi)潔凈；④輸入氮?dú)?，?qū)除爐內(nèi)和坩堝內(nèi)有害氣體開啟氮?dú)馄繗怏w閥門，向爐內(nèi)輸送氮?dú)?，輸入速?00cm7min，輸入時(shí)間IOminJg 除爐內(nèi)和坩堝內(nèi)的有害氣體；⑤預(yù)熱脫碳坩堝關(guān)閉微波脫碳爐爐門，開啟微波加熱器，預(yù)熱爐內(nèi)坩堝，使溫度升至100°C 士5°C， 預(yù)熱時(shí)間IOmin ；⑥坩堝內(nèi)布料打開脫碳微波爐爐門，將預(yù)熱的混合原料細(xì)粉均勻松散布于坩堝中；⑦關(guān)閉微波脫碳爐爐門，向微波加熱爐腔內(nèi)輸入氮?dú)?，輸入速?00cm7min，使?fàn)t 腔內(nèi)處于氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中⑧開啟電控箱、微波發(fā)生器、微波功率控制器，使微波脫碳爐溫度由預(yù)熱溫度 100°C升至1000°C 士5°C，升溫速度20°C /min ；在此溫度恒溫、保溫時(shí)間60min士2min ；微波加熱比功率10KW/lkg。⑨回收爐氣一氧化碳一氧化碳?xì)怏w由微波脫碳爐排出后，經(jīng)除塵后送入一氧化碳回收箱，通過高壓處 理，一氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)化成液態(tài)一氧化碳，并回收；⑩在固相脫碳過程中將發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)式如下
權(quán)利要求
1. 一種高碳錳鐵合金的固相脫碳方法，其特征在于使用的化學(xué)物質(zhì)原料為高碳錳 鐵合金粉、碳酸鈣粉、氮?dú)?，其組合用量是以千克、厘米3為計(jì)量單位 高碳錳鐵合金粉(FeMn) 3C 60kg 士 Ikg 碳酸鈣粉CaCO340kg士 Ikg氮?dú)釴250000cm3 士 IOOcm3脫碳方法如下(1)精選化學(xué)物質(zhì)原料，并進(jìn)行質(zhì)量純度控制 高碳錳鐵合金粉固態(tài)粉體，含碳量> 6%碳酸鈣粉固態(tài)粉體，CaCO3 > 95% 氮?dú)鈿鈶B(tài)氣體隊(duì)> 99. 5%(2)球磨、過篩對(duì)精選的化學(xué)物質(zhì)原料要分別進(jìn)行球磨、過篩，成細(xì)粉，反復(fù)球磨，反復(fù)過篩； 高碳錳鐵合金粉球磨轉(zhuǎn)數(shù)20 30轉(zhuǎn)/min 篩網(wǎng)目數(shù)200目 細(xì)粉粒徑< 0. 075mm 碳酸鈣粉球磨轉(zhuǎn)數(shù)20 30轉(zhuǎn)/min 篩網(wǎng)目數(shù)325目 細(xì)粉粒徑< 0. 045mm(3)原料混合攪拌將原料細(xì)粉按比例置于不銹鋼容器中進(jìn)行配制、混合，用攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間 30min士2in ；高碳錳鐵合金粉碳酸鈣粉=60 40 高碳錳鐵合金粉60kg士 Ikg 碳酸鈣粉40kg士 Ikg 成混合原料細(xì)粉(4)預(yù)熱混合原料細(xì)粉將混合原料細(xì)粉置于陶瓷容器中，然后置于干燥箱中預(yù)熱，預(yù)熱溫度150°C，預(yù)熱時(shí)間 30min，并用氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)；(5)微波加熱、固相脫碳、廢氣回收①在豎式微波加熱固相脫碳爐中進(jìn)行；②清理固相脫碳爐開啟微波固相脫碳爐，用吸塵器抽吸爐腔內(nèi)粉塵及有害物質(zhì)，抽吸時(shí)間5min，使固相脫 碳爐腔內(nèi)潔凈；③清理固相脫碳爐內(nèi)坩堝用金屬鏟、金屬刷清除坩堝內(nèi)殘留物及有害物質(zhì)，使坩堝內(nèi)潔凈；④輸入氮?dú)?，?qū)除爐內(nèi)和坩堝內(nèi)有害氣體開啟氮?dú)馄繗怏w閥門，向爐內(nèi)輸送氮?dú)?，輸入速?00cm7min，輸入時(shí)間lOmin，驅(qū)除爐 內(nèi)和坩堝內(nèi)的有害氣體；⑤預(yù)熱脫碳坩堝關(guān)閉微波脫碳爐爐門，開啟微波加熱器，預(yù)熱爐內(nèi)坩堝，使溫度升至100°C 士5°C，預(yù)熱 時(shí)間IOmin ；⑥坩堝內(nèi)布料打開脫碳微波爐爐門，將預(yù)熱的混合原料細(xì)粉均勻松散布于坩堝中；⑦關(guān)閉微波脫碳爐爐門，向微波加熱爐腔內(nèi)輸入氮?dú)猓斎胨俣?00cm7min，使?fàn)t腔內(nèi) 處于氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中⑧開啟電控箱、微波發(fā)生器、微波功率控制器，使微波脫碳爐溫度由預(yù)熱溫度100°C升 至1000°C 士5°C，升溫速度20°C /min ；在此溫度恒溫、保溫時(shí)間60min士2min ；微波加熱比功率10KW/lkg。⑨回收爐氣一氧化碳一氧化碳?xì)怏w由微波脫碳爐排出后，經(jīng)除塵后送入一氧化碳回收箱，通過高壓處理，一 氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)化成液態(tài)一氧化碳，并回收；⑩在固相脫碳過程中將發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)式如下1000°6,±5°61(FeM)3C+CaC03 ^爪/60 min—±2 min~~、3彘· Mn+CaO+2CO 個(gè) 關(guān)閉微波加熱器，繼續(xù)輸入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下錳鐵合金粉隨爐冷卻至 250C 士2°C ； 關(guān)閉氮?dú)馄繗怏w閥，停止輸入氮?dú)猓?開啟微波脫碳爐爐門，取出脫碳坩堝及錳鐵合金粉，即脫碳后的中低碳錳鐵合金粉；(6)壓塊中低碳錳鐵合金粉用壓塊機(jī)壓制成塊狀物料；(7)檢測(cè)、化驗(yàn)、分析對(duì)脫碳后的中低碳錳鐵合金粉要進(jìn)行形貌、色澤、成分、含碳量的檢測(cè)、化驗(yàn)、分析，結(jié)論碳含量< 1.0% ；(8)儲(chǔ)存對(duì)脫碳處理的中低碳錳鐵合金塊要置于不銹鋼容器中，儲(chǔ)存于干燥潔凈環(huán)境，要防水、 防潮、防酸堿鹽侵蝕，儲(chǔ)存溫度20°C 士2°C，相對(duì)濕度彡10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高碳錳鐵合金的固相脫碳方法，其特征在于制備是在微波 加熱固相脫碳爐中進(jìn)行的，在微波脫碳爐1的下部為爐座(2)，上部為密封蓋(4)、爐蓋(3)， 并由開合架(5)控制開合，在爐蓋(3)、密封蓋(4)上設(shè)有熱電偶(13)，氣孔(10)，在微波 脫碳爐(1)的爐壁上設(shè)有微波發(fā)生器(6)，在微波發(fā)生器(6)，在微波脫碳爐(1)內(nèi)為爐腔 (9)，在爐腔(9)的中間下部為坩堝座(7)，在坩堝座(7)的上部為坩堝(8)及提手(11)，在 坩堝(8)內(nèi)為高碳錳鐵合金粉+碳酸鈣粉(12)，爐腔(9)內(nèi)為氮?dú)?24)，在微波脫碳爐(1) 的側(cè)部設(shè)有電控箱(14)，電控箱(14)上設(shè)有顯示屏(15)、指示燈(16)、微波控制器(17)、 電源開關(guān)(20)，電控箱(14)通過導(dǎo)線(19)與微波脫碳爐1上的微波發(fā)生器6聯(lián)接，電控箱 14通過導(dǎo)線18與微波脫碳爐⑴上的熱電偶(13)聯(lián)接，氣孔(10)聯(lián)接CO氣體管(26)， CO氣體管(26)聯(lián)接CO氣體閥(27)、CO氣體回收箱(25)，回收箱(25)內(nèi)上部為CO氣體 (28)，CO氣體(28)下部為冷卻水(29)，冷卻水(29)下部為CO液體(32)，回收箱(25)右側(cè)部設(shè)有進(jìn)水管(30)、出水管(31)、加壓器(33)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高碳錳鐵合金的固相脫碳方法，其特征在于脫碳前錳鐵合 金的含碳量為6. 61%，脫碳后錳鐵合金的含碳量為0. 94%，脫碳后比脫碳前含碳量減少 5. 67%，脫碳率達(dá)到85. 78%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高碳錳鐵合金粉的固相脫碳方法，是針對(duì)錳鐵合金粉含碳高的實(shí)際情況，采用固相脫碳技術(shù)，以碳酸鈣粉為脫碳劑，以氮?dú)鉃槊撎急Ｗo(hù)氣體，在微波脫碳爐中進(jìn)行脫碳，微波加熱溫度1000℃，加熱時(shí)間60min，微波加熱比功率為10KW/1kg，脫碳率可達(dá)到85.78％，獲得的中低碳錳鐵合金用壓塊機(jī)壓塊，可制成塊狀物料進(jìn)行使用，其中含有的氧化鈣為良好的脫硫脫磷劑，產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w可回收利用，本方法無冶金廢渣排出，無廢氣廢渣廢水污染，是清潔脫碳技術(shù)，是理想的高碳錳鐵合金的固相脫碳方法。
文檔編號(hào)C22C33/00GK102002624SQ201010294120
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月22日
發(fā)明者劉科, 劉金營, 張猛, 趙晶, 郭麗娜, 陳津 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)