一種用納米陶瓷粉體改善合金鋼鐵性能的方法及其專用設備的製作方法

2023-09-19 15:14:00 3

專利名稱：一種用納米陶瓷粉體改善合金鋼鐵性能的方法及其專用設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用納米陶瓷粉體改善合金鋼鐵性能的方法以及用於實現該方法 的設備。
背景技術：
納米陶瓷粉體具有粒徑小、比表面積大、表面活性高等特點，與金屬、半導體、絕緣 體等都具有極好的附著力，因此在科學研究及技術應用的相關領域有很多潛在的應用。眾所周知，鋼鐵工業在全球經濟發展中在21世紀仍將保持其領導地位。目前高技 術在鋼鐵工業上的應用已使鋼鐵工業成為世界上最高、最有效和技術先進的工業之一。隨 著社會的發展，高質量、高性能鋼鐵的需求越來越大，在不斷的探索中發現，晶粒細化是改 變鋼鐵性能的有效方法，晶粒細化就是改變晶核的數量或晶體生長速度的處理，使得鋼鐵 結構更為縝密有序。

發明內容
本發明的主要目的是提供一種用納米陶瓷粉體改善合金鋼鐵性能的方法。為了實現上述發明目的，本發明所採用的技術方案是一種用納米陶瓷粉體改善 合金鋼鐵性能的方法，其特徵是在無氧環境下將佔合金鋼鐵總量萬分之十以下的納米陶瓷 粉體添加到鋼水中。按照本發明的處理方法，納米陶瓷粉體在金屬冶煉的過程中以適當的配比和適當 的方式加入可以起到很好的晶粒細化效果，這種方法還可以同時增強金屬的韌性和強度， 有效的提高了鋼鐵性質。本發明的另一個目的是提供一種實施上述方法的的設備。技術方案是一種用於添加納米陶瓷粉體到合金鋼鐵中的設備，其特徵在於氣 瓶與吹粉槍連通，吹粉槍至少有兩個出口，第一出口與罐體連通，第二出口管與罐體出口管 連通。上述的設備結構簡單，性能可靠能夠可靠地實現將納米粉體材料分散到鋼鐵中的 目的。


圖1是本發明示意圖；圖2是本發明局部結構圖。
具體實施例方式一種用納米陶瓷粉體改善合金鋼鐵性能的方法，其特徵是在無氧環境下將佔合金 鋼鐵總量萬分之十以下的納米陶瓷粉體添加到鋼水中。由於納米陶瓷粉體易於被氧化而失效，所以保證無氧環境是實現陶瓷粉體改善合金鋼鐵性能的環境要求。納米陶瓷粉體添加 量不可過多，過多不僅沒有起到改性作用，反而會降低合金鋼鐵的性能。所述的納米陶瓷粒子有納米氮化鈦、納米碳化矽、納米氮化釩、納米二硼化鈦、納 米碳化鈦。一切性質穩定，難熔融，難離解的納米無機陶瓷粉體都是可以用於添加到合金鋼 鐵中的。所述的合金鋼鐵為高錳鋼、高鉻鋼、球磨鑄鐵。當然其他合金鋼鐵也是可以根據實 際性能情況通過添加納米陶瓷粉體而得到改性的。所述的納米陶瓷粉體添加量最好是合金鋼鐵質量的十萬分之五到萬分之四。所述的添加方法為吹氬噴粉法和衝包法。其中吹氬噴粉法是利用氬氣氣流將納米 陶瓷粉體帶入高溫鋼爐的一種納米陶瓷粉體的添加方法。衝包法是待鋼液總量流入鋼包 1/3後，投入用不鏽鋼皮包裹經真空處理的納米粉袋，再快速進行適度攪拌，使納米粒子均 勻的進入鋼鐵組織中。此時鐵液出爐溫度要高於平時出爐溫度30 40°C，以保證納米粒子 有足夠的時間與鋼液進行混合。一種用於添加納米陶瓷粉體到合金鋼鐵中的設備，如圖1、圖2所示，氣瓶1與吹粉 槍2連通，吹粉槍2至少有兩個出口，第一出口 3與罐體4連通，第二出口 5管與罐體出口 管6連通。氣瓶1用於裝置氬氣，吹粉槍2可以有不同的管徑，這樣可以通過增大截面積 產生一定壓力差，起到一個穩壓的作用。氣瓶1中的氬氣經過吹粉槍2、第一出口 3將罐體 4裡的粉體吹入罐體出口管6而進入第二出口 5管道內。第二出口 5管與罐體出口管6連 通是利用氣體壓力將從罐體出口管6下來的粉體經管道16送入鋼水中。所述的氣瓶1與吹粉槍2之間的管道上依次設置有壓力表7、安全閥8、球閥9和 第一三通閥10。壓力表7是調節顯示進氣壓力，安全閥8是保證壓力在安全範圍內，球閥9 是裝置通氬的總開關，第一三通閥10起連接作用。所述的壓力表7位於氣瓶1與安全閥8之間。所述的罐體上部設有加料鬥11，下部設有透視鏡12。加料鬥11是用於添加納米陶 瓷粉體，下部的透視鏡12主要是為了便於觀察納米變質劑的添加狀態(是否添加完等)。所述的第一出口 3與罐體4之間設有用於通氬的開關閘閥13。便於對通氣與否的 狀態進行切換。所述的第二出口 5通過管道16與用於通氬和通粉之間進行切換的第二三通閥14 連通。這裡的第二三通閥14實現在通氬和通粉之間進行切換，第二三通閥14與吹粉槍2 左側的第一三通閥10之間還設置有一個用於通氬的管道，可以通過第二三通閥14的切換， 在停止吹粉後啟用通氬的管道以防止鋼水回流入管道。所述的第一三通閥10與第二三通閥14通過用於通氬的管道連通，管道上設有球 閥15。球閥15用於通氬路線上的關閉功能。該設備利用吹氬噴粉法將納米陶瓷粉體添加到鋼水中，具體操作步驟為a、先將 吹粉裝置裝配好；b、第一出口 3管道上閘閥13開啟，除去粉罐4中的空氣；C、打開第二出 口 5管道上閥門，除去管道中的空氣；d、加入納米納米陶瓷粉；e、在插入鋼爐前，適當增加 進氣壓力，試驗納米陶瓷粉體能否順利吹出；f、將吹入管插入鋼液4/5中，球閥9開啟2 4秒後關閉，迅速將管拿出，反覆進行b d操作保證既定質量的納米粉吹入鋼水中。添料 結束後將第二三通閥14切換，開啟球閥15所在的用於通氬的管道進行通氬氣，防止鋼水回流。實施例1試驗材質為用於攪攏葉片的鑄件。採用吹氬噴粉法加入質量分數為萬分之一的納米氮化鈦。產品性能實驗檢測數據 如下表所示。
權利要求
1.一種用納米陶瓷粉體改善合金鋼鐵性能的方法，其特徵是在無氧環境下將佔合金鋼 鐵總質量萬分之十以下的納米陶瓷粉體添加到鋼水中。
2.根據權利要求1所述的一種用納米陶瓷粉體改善合金鋼鐵性能的方法，其特徵在 於所述的納米陶瓷粒子有納米氮化鈦、納米碳化矽、納米氮化釩、納米二硼化鈦、納米碳化鈦。
3.根據權利要求1所述的一種用納米陶瓷粉體改善合金鋼鐵性能的方法，其特徵在 於所述的合金鋼鐵為高錳鋼、高鉻鋼、球磨鑄鐵。
4.根據權利要求1所述的一種用納米陶瓷粉體改善合金鋼鐵性能的方法，其特徵在 於所述的納米陶瓷粉體添加量是合金鋼鐵總質量的十萬分之五到萬分之四。
5.根據權利要求1所述的一種用納米陶瓷粉體改善合金鋼鐵性能的方法，其特徵在 於所述的添加方法為吹氬噴粉法或衝包法。
6.一種用於添加納米陶瓷粉體到合金鋼鐵中的設備，其特徵在於氣瓶(1)與吹粉槍 (2)連通，吹粉槍(2)至少有兩個出口，第一出口(3)與罐體(4)連通，第二出口(5)管與罐 體出口管(6)連通。
7.根據權利要求6所述的一種用於添加納米陶瓷粉體到合金鋼鐵中的設備，其特徵在 於所述的氣瓶(1)與吹粉槍(2)之間的管道上依次設置有壓力表(7)、安全閥(8)、球閥 (9)和第一三通閥(10)。
8.根據權利要求6或7所述的一種用於添加納米陶瓷粉體到合金鋼鐵中的設備，其特 徵在於所述的壓力表(7)位於氣瓶⑴與安全閥⑶之間。
9.根據權利要求6所述的一種用於添加納米陶瓷粉體到合金鋼鐵中的設備，其特徵在 於所述的罐體(4)上部設有加料鬥(11)，下部設有透視鏡(12)。
10.根據權利要求6所述的一種用於添加納米陶瓷粉體到合金鋼鐵中的設備，其特徵 在於所述的第一出口(3)與罐體(4)之間設有用於通氬開關的閘閥(13)。
11.根據權利要求6所述的一種用於添加納米陶瓷粉體到合金鋼鐵中的設備，其特徵 在於所述的第二出口(5)通過管道(16)與用於通氬和通粉之間進行切換的第二三通閥 (14)連通。
12.根據權利要求6或7或11所述的一種用於添加納米陶瓷粉體到合金鋼鐵中的設 備，其特徵在於所述的第一三通閥(10)與第二三通閥(14)通過用於通氬的管道連通，管 道上設有球閥(15)。
全文摘要
本發明涉及一種用納米陶瓷粉體改善合金鋼鐵性能的方法以及用於實現該方法的設備，其主要方案是在無氧環境下將佔合金鋼鐵總量萬分之十以下的納米陶瓷粉體添加到鋼水中；設備包括氣瓶與吹粉槍連通，吹粉槍至少有兩個出口，第一出口與罐體連通，第二出口的管壁與罐體出口管連通；按照本發明的處理方法，納米陶瓷粉體在金屬冶煉的過程中以適當的配比和適當的方式加入可以起到很好的晶粒細化效果，這種方法還可以同時增強金屬的韌性和強度，有效的提高了鋼鐵性質；該專用設備結構簡單，性能可靠能夠可靠地實現將納米粉體材料分散到鋼鐵中的目的。
文檔編號C22C33/04GK102031443SQ20101054120
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月12日 優先權日2010年11月12日
發明者張芬紅 申請人:合肥開爾納米能源科技股份有限公司