[发明专利]钙、铝及硅合金以及其生产方法

说明书

描述可用于加工金属合金的钙(Ca)、铝(Al)及硅(Si)的合金，以及其生产方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月3日提交的巴西专利申请案第BR 10 2018 0136445号的优先权权益，其内容出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

下文所描述的产物和方法可应用于钢工业中，更确切地说，可应用于钢和其它合金的生产中。

背景技术

钢生产方法可以两个基本步骤概述：合金形成及其精炼，其依次进行。钢是通过添加各种金属合金且接着通过各种技术加以精炼来形成的。

除脱气(即降低氧气、氮气和氢气含量)以外，精炼步骤还可包括脱硫、改性和去除非金属夹杂物(如球状夹杂物)。

脱硫和改性和去除非金属夹杂物是获得优质钢的基础，因为夹杂物可能影响产物的机械特征。非金属夹杂物是存在于钢中的杂质，取决于非金属夹杂物的数量、大小、形态和化学组成而在不同程度上改变钢的特性。在大多数情况下，其可被视为对产物有害。例如，硫化铁(FeS)夹杂物的熔点相对于钢的熔点而言极低(FeS在大约1000℃下熔融)，使得其在热机械形成(通常在1000℃以上进行)的过程中的存在给钢带来所谓的“热脆性”。

出于这些原因，钢工业已在寻求减少和控制钢中的非金属夹杂物的含量，以便产生“洁净钢(cleaner steel)”并且因此更为均质且具有更好的机械特性。

一般来说，非金属夹杂物来源于在制造过程期间的反应，来源于在冷却期间的沉淀，或还是机械并入液体钢所接触的材料的结果。可以例如通过用钙、硅及铝合金处理来在形态上改性或消除这些夹杂物。

包含钙、硅及铝的用于钢精炼的金属合金在本领域中是广为人知的，且由全世界的几十家制造商和供应商大规模生产和商业化。

此类合金包括例如钙-硅(CaSi)、钙-钠-锰(FeSiMn)和铝酸钙合金，前者是夹杂物的脱氧剂和形态控制剂，后者是复合脱氧剂，并且第三者则提高精炼效率并具有其它可能的用途。

尽管前述现有合金在其相应目的方面(例如用于消除非金属夹杂物、在生产的中间阶段对钢进行脱氧和脱硫)相对有用，但需要开发出更便宜且更有效的新产品，所述新产品更好地满足钢的生产要求，例如具有更高的质量、更好的物理特性和耐久性，以及改进的获得钢的方法。

基于上文，可以推断出，例如，钙-硅-铝合金理论上是高效的脱氧剂，因为其依靠硅和铝的同时作用，其中钙在控制夹杂物中的利用率高。

然而，在Ca、Al及Si的纯物理混合物的情况下，每种元素本身具有独立的性态。因此，在氧化钢浴的环境中，优先的脱氧反应将为与最具反应性元素的脱氧反应。

因此，在Ca、Al及Si的物理混合物的情况下，主要脱氧剂将为钙，这偏离了其主要目的，即控制夹杂物。此外，由于各组分是分离的，因此将过早地达到相应平衡点，从而降低所需反应的程度。

发明内容

在试图开发符合市场需要且克服上文所列举的缺点的新型金属合金的过程中，本发明人已发现，相对于元素物理连接的合金，当合金的Ca、Al及Si元素化学互连时，使用Ca、Al及Si合金的钢精炼结果得到优化。

下文所描述和要求保护的钙、铝及硅合金(CaAlSi)由这三个元素之间的化学键合而形成，且因此由于铝和硅的组合作用的协同效应而为极佳脱氧剂，铝和硅在与钙化学键合时保留钙，使钙完全可用于作用于氧化产物(硅酸盐和铝酸盐)，从而将所述氧化产物转化成例如通过金属浴的浮选而易于移除的液体球状夹杂物。

另外，大量脱氧和元素钙的存在产生有益于借助于钙自身而去除残余硫的环境。