一种高碳铝铁合金及其制备工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103643089103643089A(43)申请公布日2014.03.19(21)申请号201310701589.3(22)申请日2013.12.19(71)申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号(72)发明人张立峰罗艳张瑞(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司11401代理人皋吉甫(51)Int.Cl.C22C21/00(2006.01)C22C37/10(2006.01)C22C30/00(2006.01)C22B4/06(2006.01)权利要求书1页权利要求书1页说明书3页说明书3页(54)发明名称一种高碳铝铁合金及其制备工艺(57)摘要本发明属于铁合金技术领域，具体是一种高碳铝铁合金及其制备工艺，该工艺采用碳热法还原铁矿石和铝土矿直接生产高碳铝铁合金，具体步骤如下：按一定比例的铁矿石、铝土矿、还原剂为原料，经细碎后的原料混合、混捏、压块制团及烧结成球团，在电炉中熔炼，待球团加热至熔融态的金属液时，加适量催化剂（废钢）促进碳热法还原，高效获得高碳铝铁合金，其所获合金组成（重量%）为：C5~8.5%，Al35~60%，Fe35~60%。该生产工艺的一个独创点就是通过加入适量的铁矿石，来降低铝还原的吉布斯自由能，从而实现矿石直接生产铝铁合金的方法。另外，本发明在一定程度上解决废钢固体废弃物的循环利用，改善环境。CN103643089ACN1036489ACN103643089A权利要求书1/1页1.一种高碳铝铁合金，其特征在于，该高碳铝铁合金的各组分的重量百分比为：C5~8.5%，Al35~65%，Fe27~60%，P≤0.1%，S≤0.04%。2.一种制备如权利要求1所述的高碳铝铁合金的工艺，其特征在于，该方法采用碳热法还原铝土矿和铁矿石直接生产高碳铝铁合金，具体包括以下步骤：步骤1：将原料为铝土矿、铁矿石和焦炭按照按权利要求1所述的各组分所占的重量百分比计算出每种原料的所需量，分别称取粉碎，备用；其中，所述铝土矿和铁矿石的粒径为10~20mm，焦炭的粒径控制不大于8mm；步骤2：将步骤1处理得到的原料混合、混捏、压块制团及造球团，备用；步骤3：将步骤2制取的球团装入电炉熔炼，在温度为1100-1250℃后加入催化剂—废钢，继续加热至1400~1750℃，熔炼时间2~4h；其中，所述催化剂—废钢加入量为原料总量的1-4%；步骤4：将经步骤3熔炼完成后，取样、检测熔融金属液P≤0.1%，S≤0.04%，在温度为1150~1200℃浇铸成型，得到高碳铝铁合金。3.如权利要求2所述的高碳铝铁合金的制备方法，其特征在于：所述铝土矿的化学成分的质量百分比：Al2O350-56.65%，SiO25%，Fe2O310-15%，TiO23-5%，H2O20-25%，其余为微量元素。4.如权利要求2所述的高碳铝铁合金的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的烧制球团的粒径控制在30~50mm，并且抗压强度不小于4kN/球。5.如权利要求2所述的高碳铝铁合金的制备方法，其特征在于：所述铝土矿、铁矿石和还原剂配比量中保证铁矿石含量占20%以上。2CN103643089A说明书1/3页一种高碳铝铁合金及其制备工艺[0001]技术领域[0002]本发明属于铁合金技术领域，具体涉及一种采用碳热法还原铁矿石和铝土矿直接生产高碳铝铁合金的制备方法。背景技术[0003]铝铁合金具有硬度高、耐热、耐磨、抗腐蚀等优良的力学性能，并且铝铁合金依旧保持了铝合金质量轻的特点，这正可以满足各类发动机和航空零部件对材料的性能要求。其次，铝、铁两种金属在地壳中蕴藏量极大，分布很广，是工业中普遍使用的原材料，价格较低，因此发展铝铁合金有着诱人的前景。以美国联合信号公司为代表的科研机构就正在重点研究Al-Fe合金系，并计划使该合金作为Ti-6Al-4N的替代材料，期望降低航天器件的生产成本，发挥Al-Fe合金在航天工业中的作用。同时，该合金在炼钢脱氧剂中也担任着重要的地位。但目前铝铁合金多数采用纯铝加铁经二次熔炼成铝铁合金，这样将耗费贵重的铝，造成成本高，又耗能。发明内容[0004]为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种碳热法还原铁矿石和铝土矿直接生产高碳铝铁合金的制备方法。该制备方法采用废钢作为碳热还原反应的催化剂，从而达到循环利用固体废弃物的目的，改善环境。[0005]本发明的目的是这样实现的：用电炉直接冶炼生产铝铁合金。根据铝的还原特性，氧与铝的亲和力，由吉布斯自由能方程式可得：算出氧化铝的还原反应平衡温度T=2342K，而三氧化二铁的还原反应平衡温度T=911K。铝的还原温度远高于铁的还原温度。在较低温度下，铝反应难以进行，需要辅助其