[发明专利]基于铝热自蔓延梯度还原与渣洗精炼制备硼铁合金的方法

说明书

一种基于铝热自蔓延梯度还原与渣洗精炼制备硼铁合金的方法，属于铁合金技术领域。该方法将原料预处理后，按质量比，硼酐∶Fe₂O₃粉末∶铝粉∶CaO＝1.0∶(1.33～4.49)∶(1.22～2.29)∶(0.6～3.2)称量，然后采用梯度加料的方式进行铝热自蔓延反应得到高温熔体，进行梯度还原熔炼，加料完毕之后进行保温熔分，向高温熔体中加入CaO‑CaF₂基精炼渣，除渣后得到硼铁合金。该梯度加料的方法实现反应过程及温度的控制以及金属氧化物的彻底还原，且配铝系数梯度越小，合金熔体中铝残留越低。该渣洗精炼，实现渣金界面化学反应和渣金分离的彻底进行，提高硼回收率，同时，降低了熔体温度，利用了体系反应热，降低能耗。

技术领域

本发明属于铁合金技术领域，特别涉及一种基于铝热自蔓延梯度还原与渣洗精炼制备硼铁合金的方法。

背景技术

硼铁是钢铁工业重要铁合金之一，它是炼钢生产中的强脱氧剂及硼元素加入剂，在钢中添加0.07％B可显著提高钢的淬透性。将硼元素加入18％Cr、8％Ni的不锈钢中经过处理可使沉淀硬化，改善高温强度和硬度。因此，硼铁可用于合金结构钢、弹簧钢、低合金高强度钢、耐热钢、不锈钢等。此外，硼在铸铁中可提高韧性、耐磨性，在汽车、拖拉机、机床等制造中有广泛应用。目前，低铝、低碳硼铁是非晶态合金的主要原材料。根据含碳量，硼铁(硼含量：5～25％)可分为低碳(C≤0.05％～0.1％,B为9％～25％)和中碳(C≤2.5％,B为4％～19％)两种。制备硼铁的方法主要是炉外铝热法。该方法采用硼酐(B₂O₃ 95％)作为含硼原料，以铁矿或铁鳞(氧化铁皮)作为铁源，用镁(制成铝镁合金)代替部分铝作还原剂，并以氯酸钾作为发热剂。该方法硼回收率低，仅为60％～65％，且在制备含硼≥20％的硼铁成分偏析较大。中国专利(CN 101476077 A)介绍了一种低成本生产硼铁的方法。该方法采用铁精粉或硼铁精粉球或混合硼铁精粉球、石油焦、木片在矿热炉中进行熔炼得到硼铁，该方法能耗高、生产的硼铁合金中碳含量高。

本发明基于目前制备硼铁合金过程中合金元素回收率较低、合金成分偏析较大等缺点，提出基于铝热自蔓延梯度加料与渣洗精炼制备硼铁合金的新方法。

发明内容

鉴于目前制备硼铁合金方法中，反应过程合金元素回收率较低、合金成分偏析较大等缺点，提出基于铝热自蔓延梯度还原与渣洗精炼制备硼铁合金的方法。即首先以硼酐(B₂O₃)、Fe₂O₃等为原料，采用梯度加料的方式进行铝热自蔓延反应得到高温熔体，进行梯度还原熔炼，即将投放物料的配铝量由高于化学计量比逐渐降低至低于化学计量比，并采用分批加料或连续加料方式实现反应过程及温度的控制以及金属氧化物的彻底还原，且配铝系数梯度越小，合金熔体中铝残留越低；加料完毕之后保温熔分，然后向高温熔体中加入高碱度CaO-CaF₂基精炼渣，调整渣的碱度和熔点，进行渣洗精炼，实现渣金界面化学反应和渣金分离的彻底进行，提高硼回收率；最后除渣后得到硼铁合金。

本发明基于铝热自蔓延梯度还原与渣洗精炼制备硼铁合金的方法，具体包括以下步骤：

步骤1：物料预处理

将铝热自蔓延反应原料分别进行预处理，得到预处理后的铝热自蔓延反应原料；

所述的铝热自蔓延反应原料包括硼酐、Fe₂O₃粉末、铝粉和CaO；

按配比，称量预处理后的铝热自蔓延反应原料，按质量比，硼酐∶Fe₂O₃粉末∶铝粉∶CaO＝1.0∶(1.33～4.49)∶(1.22～2.29)∶(0.6～3.2)；