一種高性能鍛軋錳的生產工藝以及專用生產設備的製作方法

2023-11-06 12:04:22 2

本發明涉及合金生產技術領域，尤其是一種高性能鍛軋錳的生產工藝以及專用生產設備。

背景技術：

鍛軋錳英文名為mn-briquette，它是以錳粉為主要原材料，再添加部分改變性能的原材料，然後經模型鍛軋成型，再經過燒結工序而生產出來的一種新型的錳製品。適用於特種鋼、不鏽鋼合金行業的錳元素配置，具有回收率高，易保存，便於搬運，計量準確等優點。

電解金屬錳片晶間結構太緻密，且表面易形成氧化膜，冶煉時回收率太低；金屬錳粉是易燃危險品，且易氧化，比重小，使用時容易快速擴散，不能和爐料充分合金化；金屬錳塊形態、大小不一，使用時小塊的馬上在爐面熔解，大塊的易沉入爐底，且錳塊是中頻爐溶煉而成，晶間結構太緻密，冶煉時回收率太低。尤其是在新型鋁合金行業，原來因傳統錳產品不能用，而使用鍛軋錳鋁合金，但這樣成本沒有鍛軋錳低，使用效果也不如鍛軋錳好。鍛軋錳產品是根據近幾年來特種合金冶煉行業，特別是某些鋁合金行業新冶煉工藝的需求的研發的新產品。客戶需要在特種合金中加入一種有某種合金作用的，並帶有些助溶劑、助合成劑功能的錳的合金添加劑。而這種錳添加劑最好有固定的形狀，適當的硬度及比重，並在使用上可定量加入，並便於溶於合金中。這種錳製品必須錳含量較高，除特定的添加劑外，雜質必須較低。鍛軋錳根據其產品外形特點，一些生產廠家及客戶也稱其為錳球、錳枕、錳桃、錳餅等。鍛軋錳以其低硒、高純度而賦予優良高性能，是高性能鋼和普通鋼冶煉領域用的中間產品，具有高效的脫硫和脫氧作用，添加量與金屬錳片比較可節約30％。近年來歐美、印度、韓國等國的鋼鐵企業開始使用鍛軋錳替代了部分電解金屬錳、金屬錳，使鍛軋錳成為為冶煉優質鋼及高錳合金的主要原料之一，這也造成了近年來鍛軋錳在國際市場的需求量急劇增加。因此鍛軋錳成為近年來發展最為迅速的錳產品，據不完全統計，我國鍛軋錳年生產能力已經突破20萬噸，出口量已經超過電解金屬錳粉和金屬錳，成為錳產品中出口創匯的主要產品之一。

傳統鍛軋錳生產工藝如下：電解金屬錳片破碎到一定粒度後與粘結劑混合，將混合粉末在瞬間壓製成型，烘乾後包裝入庫。傳統的鍛軋錳工藝生產的產品存在幾何形狀不規則、表觀密度、化學成分均一性差，用戶很難實施精確添加等缺陷。因此，研製出一種在合金均勻化、回收率、產品質量指標等各方面都達到最好效果的、可滿足客戶需求、降低用戶成本的高性能鍛軋錳的生產方法以及專用生產設備，尤為重要。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種優質、省力且節能環保的高性能鍛軋錳的生產工藝以及專用生產設備。

本發明的技術方案為：一種高性能鍛軋錳的生產工藝以及專用生產設備，包括以下步驟：

(1)將電解金屬錳破碎成40～60目的金屬粉末，所述電解金屬錳的用量佔總物料質量的87～89％；

(2)將步驟(1)中製備的金屬粉末置於密閉的攪拌設備中，同時加入粘結劑、固化劑和添加劑進行充分攪拌，所述粘結劑、固化劑和添加劑的用量分別佔總物料用量的1.5～2.5％、1.5～2.5％和8％；

(3)將步驟(2)中製備的混合均勻的金屬錳粉物料在輥式鍛軋設備中鍛軋，得到鍛軋錳；

(4)將步驟(3)中製備的鍛軋錳放置在真空冶煉爐中進行真空二次燒結、重結晶，真空冶煉爐中壓力抽至20～50pa，同時採用真空冶煉爐內設置的自動溫控系統控制溫度使鍛軋錳物料溫度達到700℃；

(5)將步驟(4)中製備的金屬物料仍然置於真空冶煉爐中進行一段時間的保溫、降溫，其中保溫採用真空冶煉爐內設置的自動溫控系統進行保溫，降溫採用從真空冶煉爐一端往爐內以10～20l/min的流速充入氮氣，另一端往外排氮氣的方法以使氮氣帶出熱量而實現降溫，降溫時爐內壓力穩定保持在0.2～0.3mpa，通氮氣30min後，使溫度降到150～200℃停止通入氮氣；

(6)打開真空爐將金屬物料推出，冷卻後進行保包裝。

優選地，所述步驟(1)中電解金屬錳採用雙輥破碎機進行破碎。

優選地，所述步驟(2)中攪拌設備為雙軸攪拌機。

優選地，所述步驟(2)中粘結劑為矽酸鈉水溶液。

優選地，所述步驟(2)中固化劑為氟矽酸鈉水溶液。

優選地，所述步驟(2)中添加劑為羧甲基纖維素水溶液。

優選地，所述步驟(3)中輥式鍛軋設備包括依序排布的送料系統、預壓系統和對輥式鍛軋系統；所述物料採用輸送皮帶輸送至預壓系統，所述預壓系統為一可控、自控、精確無極調速的垂直螺旋式動力裝置，所述預壓系統在壓密物料的同時將物料以0.05～0.1m3/min的流量速率輸送至對輥式鍛軋系統，所述輥式鍛軋系統由兩個精確對位的輥軋轉子組成且其上均勻分布具有規則形狀的半球窩凹槽，所述兩個精確對位的輥軋轉子以相反方向轉動時，所述半形球窩凹槽則對應形成一整個球窩空間以形成鍛軋錳的一個壓模。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：1.普通乾燥(200℃左右)在升溫過程中錳會與氧氣接觸氧化，而真空燒結不會；2.真空燒結效果要好，產品水分比普通乾燥要低；3.真空燒結有二次重構、調質的過程，使物質緻密度進一步提高，進而使產品物理機械性能得到進一步提升；4.粉末少，具有環保優勢；5.採用真空冶煉爐內一端通氮氣而另一端排氮氣的方法帶走熱量降溫，不僅可防止氧氣、水汽的進入，而且降溫迅速，高效穩定；6.輥式鍛軋設備形成了混料-鍛軋的自動化生產線，減少了勞動力的使用。

具體實施方式

下面結合具體實施方式，對本發明做進一步說明。

一種高性能鍛軋錳的生產工藝以及專用生產設備，包括以下步驟：

(1)將電解金屬錳採用雙輥破碎機進行破碎成40～60目的金屬粉末，電解金屬錳的用量佔總物料質量的87～89％。

(2)將步驟(1)中製備的金屬粉末置於密閉的攪拌設備中，攪拌設備為雙軸攪拌機，同時加入定量的粘結劑以及固化劑，以及特種合金冶煉需要的添加劑進行充分攪拌。選擇適當的粘結劑及固化劑是使鍛軋錳具有較高鍛軋成型率，較好的物理機械性能以及較高表面光潔度的重要因素。該步驟中的粘結劑、固化劑、添加劑雖然用量少，但對於鍛軋錳產品的構成、用途起著關鍵作用，可以提高產品在使用時的收率，並也起到促進合金化作用，這也是本發明的關鍵之處。

其中粘結劑、固化劑和添加劑分別為矽酸鈉水溶液、氟矽酸鈉水溶液和羧甲基纖維素水溶液；粘結劑、固化劑和添加劑的用量分別佔總物料用量的1.5～2.5％、1.5～2.5％和8％。

(3)將步驟(2)中製備的混合均勻的金屬錳粉物料在輥式鍛軋設備中鍛軋，得到鍛軋錳。

具體地，輥式鍛軋設備包括依序排布的送料系統、預壓系統和對輥式鍛軋系統。其中物料採用輸送皮帶輸送至預壓系統；預壓系統為一可控、自控、精確無極調速的垂直螺旋式動力裝置，預壓系統在壓密物料的同時將物料以0.05～0.1m3/min的最佳流量速率輸送至對輥式鍛軋系統；輥式鍛軋系統由兩個精確對位的輥軋轉子組成且其上均勻分布具有規則形狀的半球窩凹槽，兩個精確對位的輥軋轉子以相反方向轉動時，半形球窩凹槽則對應形成一整個球窩空間以形成鍛軋錳的一個壓模，這就形成了混料-鍛軋的自動化生產線，減少了勞動力的使用。

(4)將步驟(3)中製備的鍛軋錳放置在真空冶煉爐中進行真空二次燒結、重結晶，真空冶煉爐中壓力抽至20～50pa，同時採用真空冶煉爐內設置的自動溫控系統控制溫度使鍛軋錳物料溫度達到700℃。

高性能鍛軋錳產品生產工藝採用自動控制真空燒結系統完成。真空燒結爐是在抽真空後充氮氣保護狀態下，利用金屬鎳鉻帶加熱的原理，使處於爐內產生高溫，通過熱輻射傳導到工作上，可用光導纖維紅外輻射溫度計和鎧裝熱電偶連續測溫(0～2500℃)，並通過智能控溫儀與設定程序相比較後，選擇執行狀態反饋給電源，自動控制溫度的高低及保溫程序。

首先將鍛軋錳定量堆放在物料盤上，放入真空冶煉爐中，當系統密閉之後，採用真空滑閥泵-羅茨泵真空機組，將真空冶煉爐中整壓抽至20～50pa，這時系統中已幾乎沒有任何氧氣，這是保證鍛軋錳質量的重要手段。其次在抽真空的同時真空燒結爐啟動加熱裝置(即真空冶煉爐內設置的自動溫控系統)對鍛軋錳進行升溫，用自動溫控系統使鍛軋錳物料溫度達到700℃左右，這時錳中晶體進行了一個二次重構、調質的過程，其物質緻密度進一步提高，其物理機械性能得到進一步提升，完全滿足了客戶對鍛軋錳形狀、外觀、硬度等物理指標的要求。

與普通乾燥相比，真空冶煉爐實現真空燒結具有以下優勢：1.普通乾燥(200℃左右)在升溫過程中錳會與氧氣接觸氧化，而真空燒結不會；真空燒結效果要好，產品水分比普通乾燥要低；3.真空燒結有二次重構、調質的過程，使物質緻密度進一步提高，進而使產品物理機械性能得到進一步提升；4.粉末少，具有環保優勢。

(5)將步驟(4)中製備的金屬物料仍然置於真空冶煉爐中進行一段時間的保溫、降溫。其中保溫採用真空冶煉爐內設置的自動溫控系統進行保溫，降溫採用從真空冶煉爐一端往爐內以10～20l/min的流速充入氮氣，另一端往外排氮氣的方法以使氮氣帶出熱量而實現降溫；降溫時爐內壓力穩定保持在0.2～0.3mpa，通氮氣30min後，使溫度降到150～200℃停止通入氮氣。

本發明採用真空冶煉爐內一端通氮氣而另一端排氮氣的方法帶走熱量降溫，不僅可防止氧氣、水汽的進入，而且降溫迅速，高效穩定。

(6)當真空使爐內壓力降為常壓後開爐門，打開真空爐爐門後將金屬物料推出，冷卻後進行保包裝。

上述的實施例僅為本發明的優選實施例，不能以此來限定本發明的權利範圍，因此，依本發明申請專利範圍所作的修改、等同變化、改進等，仍屬本發明所涵蓋的範圍。