1.本发明属于精炼铬铸铁技术领域，具体涉及一种高纯净铬9中铬铸铁材料的生产工艺。
背景技术：
2.铬系铸铁材料(包括铬3低铬铸铁材料、铬9中铬铸铁材料、铬15高铬铸铁材料、铬26超高铬铸铁材料)是目前国内外应用十分广泛的耐磨材料之一，已广泛应用于建筑、矿山、冶金、电力等行业。
3.国内现有中铬铸铁材料及材料性能介绍如下：c：2.6-3.0％，mn：0.8-3.0％，si：0.8-1.2％，cr：5.0-10.0％，s：≤0.1％，p：≤0.1％，余量为铁。现有技术的中铬铸铁材料的冲击韧度为3.0-6.0j/cm2，但洛氏硬度值hrc仅为为48-55，导致了应用区域受限。
4.因此如何进一步优化工艺，提高铬9中铬铸铁材料的洛氏硬度值hrc，以便扩大应用区域范围。
技术实现要素：
5.本发明提供一种高纯净铬9中铬铸铁材料的生产工艺，以解决如何进一步优化工艺，提高铬9中铬铸铁材料的洛氏硬度值hrc的问题。
6.为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
7.一种高纯净铬9中铬铸铁材料的生产工艺，包括以下步骤：
8.(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在精炼高纯净铬9中铬铸铁材料装置底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；
9.(2)根据装置容积大小设计制造气体扩散器，气体扩散器其粒度设计为能使气流最佳化并具有抗金属穿透性；
10.(3)将气体扩散器安装在装置底部中心，装置的进气管连接好流量调节器、减压阀、氦气瓶；所述装置包括：炉壳、炉衬、炉壁层、底座、气体扩散器、透气砖、进气管、活接头、炉体保护触头、触头保护器、导线，所述炉壳包裹着炉衬，所述炉衬外表面设置有炉壁层，所述炉壳的底部设置有底座，所述底座上方设置有气体扩散器和透气砖，所述透气砖包裹着气体扩散器，所述进气管与气体扩散器连接，所述活接头与进气管衔接并固定于底座上，所述炉体保护触头、触头保护器、导线组成炉衬保护装置，所述炉体保护触头镶嵌于炉衬内，所述触头保护器与炉体保护触头通过导线相连；
11.(4)准备材料：按铬铸铁的化学成分要求，称量好熔炼铬铸铁的各种材料，备用；
12.(5)加料熔炼：将准备好的原材料逐步投入装置中熔炼，当铬铸铁料熔化形成熔池时，开始打开流量调节器吹注氦气，氦气经过透气砖参与铬铸铁水熔炼过程，随着熔炼继续，吹氦气的流量随着铬铸铁水的增加而增加，直至炉料熔清，取样分析炉内成份；
13.(6)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
14.(7)装置内镇静：装置内铬铸铁液达到要求温度后停电镇静，继续吹氦气，使铬铸
铁液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣剂结合；
15.(8)控温出钢：控制温度，出钢后经浇注、退火、淬火，制得高纯净铬9中铬铸铁材料，采用光谱分析，所述的高纯净铬9中铬铸铁材料，按质量百分含量计，包括以下成分：8.01-9.85％的cr、3.34-3.80％的c、0.30-0.97％的si、1.05-1.48％的mn、0.84-1.00％的cu、0.09-0.36％的mo、o元素含量≤0.00086％、h元素含量≤0.00022％，其它微量元素含量≤0.36％，余量为fe。
16.进一步地，步骤(3)中所述炉壁层的厚度为0.8-2.2cm。
17.进一步地，步骤(3)中所述炉体保护触头采用无磁钢材料制成。
18.进一步地，步骤(3)中所述炉体保护触头设置有6个。
19.进一步地，步骤(5)中当铬铸铁料熔化形成熔池时，即铬铸铁水覆过炉底29.3cm以上时，开始打开流量调节器吹注氦气。
20.进一步地，步骤(5)中吹氦气的流量随着铬铸铁水的增加而增加，具体控制过程如下：前10-14min，吹氦气压力控制在6.3-6.5kg/cm2，氦气流量控制在16.2-17.3l/min；第15-21min，吹氦气压力控制在6.6-6.9kg/cm2，氦气流量控制在17.2-17.4l/min；第22-31min，吹氦气压力控制在7.0-7.2kg/cm2，氦气流量控制在17.5-17.7l/min；第32-53min，吹氦气压力控制在6.4-6.7kg/cm2，氦气流量控制在16.7-17.3l/min；
21.进一步地，在第32min开始时，向铬铸铁水表面覆盖造渣剂，添加量为0.75-0.80kg/吨铬铸铁。
22.进一步地，步骤(8)中所述的高纯净铬9中铬铸铁材料，按质量百分含量计，包括以下成分：9.06％的cr、3.57％的c、0.62％的si、1.24％的mn、0.93％的cu、0.17％的mo、o元素含量为0.00086％、h元素含量为0.00022％，其它微量元素含量为0.36％，余量为fe。
23.本发明具有以下有益效果：
24.(1)本发明在铬铸铁熔炼过程中进行吹氦气除杂，将大大降低氧、氢含量，这是：氦气是一种惰性气体，它不溶解于铬铸铁液，也不与铬铸铁中的元素发生化学反应而形成夹杂物，不污染铬铸铁液；氦气通过本发明的透气砖吹入铬铸铁液中，透气砖使氦气泡细小而充分均匀分散，当氦气穿过铬铸铁液时，铬铸铁液中溶解的[h]、[o]等会自动扩散，进入氦气泡内随气泡上升而自铬铸铁液排除，非金属夹杂物则粘附在惰性气体上，其结合物浮至铬铸铁液表面，然后粘到造渣剂内，从而净化铬铸铁液，降低氧、氢含量。
[0025]
(2)本发明通过进一步优化工艺，有效降低了铬9中铬铸铁中的氢和氧含量，提高了铬9中铬铸铁材料的洛氏硬度值hrc，扩大了应用区域范围。
附图说明
[0026]
图1为本发明精炼高纯净铬9中铬铸铁材料装置结构示意图。
具体实施方式
[0027]
为便于更好地理解本发明，通过以下实施例加以说明，这些实施例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
[0028]
如图1所示，一种精炼高纯净铬9中铬铸铁材料装置，包括：炉壳1、炉衬2、炉壁层3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、炉体保护触头9、触头保护器10、导线11，
所述炉壳1包裹着炉衬2，所述炉衬2外表面设置有炉壁层3，所述炉壳1的底部设置有底4座，所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气砖6，所述透气砖6包裹着气体扩散器5，所述进气管7与气体扩散器5连接，所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上，所述炉体保护触头9、触头保护器10、导线11组成炉衬保护装置，所述炉体保护触头9镶嵌于炉衬2内，所述触头保护器10与炉体保护触头9通过导线11相连。
[0029]
所述炉壁层3为耐高温的合成材料层。
[0030]
所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。
[0031]
所述耐高温的合成材料层厚度为0.8-2.2cm。
[0032]
所述进气管7为耐压橡胶管。
[0033]
所述耐压橡胶管的内径为0.3-0.6cm。
[0034]
所述炉体保护触头采用无磁钢材料制成。
[0035]
所述炉体保护触头设置有6个。
[0036]
本发明设计的精炼高纯净铬9中铬铸铁材料装置具有以下有益效果：
[0037]
(1)本发明通过去除炉盖，可以达到如下效果：1)可以保证在正常大气压条件下达到铬9中铬铸铁材料净化处理要求；2)有利于实时监测炉体温度；3)操作简单有效；4)减少配套机械装置，结构简单化，降低设备成本。
[0038]
(2)本发明通过增加设置炉衬保护装置，可以达到如下效果：1)可以检测铬9中铬铸铁材料净化处理过程中惰性气体给炉衬的冲刷程度，从而选择较佳的惰性气体压力和流量，节约成本；2)可以精准控制炉衬的使用寿命，当炉底由于高温铬9中铬铸铁水造成的熔蚀点触碰到感应触头时，预警炉衬寿命已至，需更换炉衬；3)可以有效保护炉体及整套电炉控制系统，当熔化的铬9中铬铸铁水渗出炉衬与炉壳导通时，触头保护器开启，及时关闭熔体总电源，避免穿炉事故发生。
[0039]
一种造渣剂，以重量份为单位，包括以下原料：坡缕石粉20-30份、氟石粉4-8份、滑石粉15-20份、膨润土粉7-10份、碳酸镁粉8-11份、石英粉3-6份、麦饭石粉5-9份、矿棉7-12份、粘合剂3-4份、水40-53份；
[0040]
所述坡缕石粉的质量指标为：sio2：53.06-55.17％；mgo：24.15-27.87％；粒度为800-900目；
[0041]
所述氟石粉的质量指标为：caf2：≥74.02％；粒度为700-800目；
[0042]
所述滑石粉的质量指标为：sio2：57.36-60.69％；mgo：28.25-32.04％；粒度为1000-1100目；
[0043]
所述膨润土粉的质量指标为：sio2：56.91-64.72％；al2o3：15.67-23.16％；粒度为800-900目；
[0044]
所述碳酸镁粉的粒度为800-900目；
[0045]
所述石英粉的粒度为900-1000目；
[0046]
所述麦饭石粉的粒度为700-800目；
[0047]
所述粘合剂为木薯淀粉；粒度为500-600目；
[0048]
所述造渣剂的制备方法，包括以下步骤：
[0049]
1)按重量份数，将坡缕石粉、氟石粉、滑石粉、膨润土粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉、矿棉、粘合剂、水加入搅拌机中，在转速500-600r/min下搅拌0.7-1h，制得均匀浆料；
[0050]
2)将步骤1)制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为0.9-1.3cm的颗粒；
[0051]
3)将步骤2)制得的颗粒送入烘箱中，在85-89℃下干燥8.4-9.6h，制得造渣剂。
[0052]
本发明造渣剂的技术原理及效果：
[0053]
坡缕石具有很大的比表面积和吸附能力，是低熔点的材料，也是隔热材料和膨胀材料，很好的流变性和催化性能，同时，具有理想的胶体性能和耐热性能，是一种较好的吸附材料，有利于吸附铬铸铁水中的氧、氢等不纯物。
[0054]
氟石粉的caf2是可改善造渣剂的物性，降低其熔点和粘度，提高其流动性，但是过高的caf2含量会使造渣剂太稀，影响耐火材料的寿命，对造渣剂碱度和夹杂物吸附能力的控制也不利，因此氟石粉需要控制在一定的含量。
[0055]
滑石粉具有助流、耐火性、吸附力强等优良的物理特性，熔点约为800℃，熔点较低，有利于吸附铬铸铁水中的氧、氢等不纯物。
[0056]
膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，蒙脱石是由二层共顶联接的硅氧四面体片夹一层共棱联接的铝(镁)氧(氢氧)八面体片，构成2:1型含结晶水的硅酸盐矿物，是一种良好的热膨胀材料，加热后体积能增加，具有很强的吸附力及阳离子交换性能，有利于吸附铬铸铁水中的氧、氢等不纯物。
[0057]
碳酸镁粉受热分解产生的氧化镁属于碱性氧化物，能提高造渣剂的碱度，增强造渣剂的脱硫、脱磷等能力，而分解产生的co2降低了铬9中铬铸铁材料中h的含量。
[0058]
石英粉含sio2，而sio2与氟石粉中的caf2反应达到脱氢的效果。
[0059]
麦饭石粉的表面吸附能力比较强，具有很好的流变性和催化性能，同时，具有理想的胶体性能和耐热性能，可吸附钢水中的氧、氢等不纯物。
[0060]
本发明采用坡缕石粉、氟石粉、滑石粉、膨润土粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉制备的造渣剂具有低熔点、高活性的优点，每吨铬铸铁水中的添加量仅为0.75-0.80kg，比现有的造渣剂添加量少，因此可极大降低生产成本，提高经济效益。
[0061]
下面通过更具体的实施例加以说明。
[0062]
实施例1
[0063]
如图1所示，一种精炼高纯净铬9中铬铸铁材料装置，包括：炉壳1、炉衬2、炉壁层3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、炉体保护触头9、触头保护器10、导线11，所述炉壳1包裹着炉衬2，所述炉衬2外表面设置有炉壁层3，所述炉壳1的底部设置有底4座，所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气砖6，所述透气砖6包裹着气体扩散器5，所述进气管7与气体扩散器5连接，所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上，所述炉体保护触头9、触头保护器10、导线11组成炉衬保护装置，所述炉体保护触头9镶嵌于炉衬2内，所述触头保护器10与炉体保护触头9通过导线11相连。
[0064]
所述炉壁层3为耐高温的合成材料层。
[0065]
所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。
[0066]
所述耐高温的合成材料层厚度为1.5cm。
[0067]
所述进气管7为耐压橡胶管。
[0068]
所述耐压橡胶管的内径为0.4cm。
[0069]
所述炉体保护触头采用无磁钢材料制成。
[0070]
所述炉体保护触头设置有6个。
[0071]
精炼高纯净铬9中铬铸铁材料装置的使用工艺过程如下：
[0072]
(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在精炼高纯净铬9中铬铸铁材料装置底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；
[0073]
(2)根据装置容积大小设计制造气体扩散器，气体扩散器其粒度设计为能使气流最佳化并具有抗金属穿透性；
[0074]
(3)将气体扩散器安装在装置底部中心，装置的进气管连接好流量调节器、减压阀、氦气瓶；
[0075]
(4)准备材料：按铬铸铁的化学成分要求，称量好熔炼铬铸铁的各种材料，备用；
[0076]
(5)加料熔炼：将准备好的原材料逐步投入装置中熔炼，当铬铸铁料熔化形成熔池时，即铬铸铁水覆过炉底29.3cm时，开始打开流量调节器吹注氦气，氦气经过透气砖参与铬铸铁水熔炼过程，随着熔炼继续，吹氦气的流量随着铬铸铁水的增加而增加，具体控制过程如下：前10-14min，吹氦气压力控制在6.3-6.5kg/cm2，氦气流量控制在16.2-17.3l/min；第15-21min，吹氦气压力控制在6.6-6.9kg/cm2，氦气流量控制在17.2-17.4l/min；第22-31min，吹氦气压力控制在7.0-7.2kg/cm2，氦气流量控制在17.5-17.7l/min；在第32min开始时，向铬铸铁水表面覆盖造渣剂，添加量为0.75kg/吨铬铸铁；第32-53min，吹氦气压力控制在6.4-6.7kg/cm2，氦气流量控制在16.7-17.3l/min；直至炉料熔清，取样分析炉内成份；
[0077]
(6)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
[0078]
(7)装置内镇静：装置内铬铸铁液达到要求温度后停电镇静，继续吹氦气，使铬铸铁液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣剂结合；
[0079]
(8)控温出钢：控制温度，出钢后经浇注、退火、淬火，制得高纯净铬9中铬铸铁材料，采用光谱分析，所述的高纯净铬9中铬铸铁材料，按质量百分含量计，包括以下成分：9.06％的cr、3.57％的c、0.62％的si、1.24％的mn、0.93％的cu、0.17％的mo、o元素含量为0.00086％、h元素含量为0.00022％，其它微量元素含量为0.36％，余量为fe。
[0080]
步骤(5)中所述造渣剂，以重量份为单位，包括以下原料：坡缕石粉21份、氟石粉5份、滑石粉16份、膨润土粉7份、碳酸镁粉8份、石英粉3份、麦饭石粉5份、矿棉8份、粘合剂3份、水42份；
[0081]
所述坡缕石粉的质量指标为：sio2：53.06％；mgo：24.78％；粒度为800目；
[0082]
所述氟石粉的质量指标为：caf2：75.36％；粒度为700目；
[0083]
所述滑石粉的质量指标为：sio2：58.05％；mgo：29.17％；粒度为1000目；
[0084]
所述膨润土粉的质量指标为：sio2：58.02％；al2o3：17.85％；粒度为900目；
[0085]
所述碳酸镁粉的粒度为800目；
[0086]
所述石英粉的粒度为1000目；
[0087]
所述麦饭石粉的粒度为700目；
[0088]
所述粘合剂为木薯淀粉；粒度为600目；
[0089]
所述造渣剂的制备方法，包括以下步骤：
[0090]
1)按重量份数，将坡缕石粉、氟石粉、滑石粉、膨润土粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉、矿棉、粘合剂、水加入搅拌机中，在转速500r/min下搅拌1h，制得均匀浆料；
[0091]
2)将步骤1)制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1cm的颗
粒；
[0092]
3)将步骤2)制得的颗粒送入烘箱中，在86℃下干燥9.4h，制得造渣剂。
[0093]
对比例1
[0094]
与实施例1的精炼铬9中铬铸铁材料工艺基本相同，唯有不同的是制备造渣剂的原料中缺少氟石粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉。
[0095]
对比例2
[0096]
与实施例1的精炼铬9中铬铸铁材料工艺基本相同，唯有不同的是制备造渣剂的原料中缺少氟石粉。
[0097]
对比例3
[0098]
与实施例1的精炼铬9中铬铸铁材料工艺基本相同，唯有不同的是制备造渣剂的原料中缺少碳酸镁粉。
[0099]
对比例4
[0100]
与实施例1的精炼铬9中铬铸铁材料工艺基本相同，唯有不同的是制备造渣剂的原料中缺少石英粉。
[0101]
对比例5
[0102]
与实施例1的精炼铬9中铬铸铁材料工艺基本相同，唯有不同的是制备造渣剂的原料中缺少麦饭石粉。
[0103]
对比例6
[0104]
与实施例1的精炼铬9中铬铸铁材料工艺基本相同，唯有不同的是步骤(5)加料熔炼中不进行吹氦气除杂。
[0105]
对实施例1、对比例1-6精炼的铬9中铬铸铁材料的洛氏硬度值(hrc)及氧、氢含量进行检测，结果如下：
[0106][0107][0108]
注：洛氏硬度试验按gb/t 230.1规定进行；氧、氢含量采用光谱分析检测；
“‑”
表示不检查’。
[0109]
由上表可知：(1)由实施例1的数据可见，采用本发明的造渣剂，获得的铬9中铬铸铁材料的洛氏硬度值(hrc)为62.5，氧含量为8.6ppm，氢含量为2.2ppm，可见采用本发明的造渣剂，使得氧含量和氢含量大大降低，获得的铬9中铬铸铁材料的洛氏硬度值(hrc)远大于国标的洛氏硬度值(hrc)，说明本发明的技术具有显著进步。
[0110]
(2)由实施例1和对比例1的hrc数据，可以计算得出氟石粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉一起使用时产生的hrc的效果值＝62.5-47.1＝15.4；由实施例1和对比例2的hrc数据，可以计算得出氟石粉单独使用时产生的hrc的效果值＝62.5-59.6＝2.9；由实施例1和对比例3的hrc数据，可以计算得出碳酸镁粉单独使用时产生的hrc的效果值＝62.5-59.1＝3.4；由实施例1和对比例4的hrc数据，可以计算得出石英粉单独使用时产生的hrc的效果值＝62.5-60.3＝2.2；由实施例1和对比例5的hrc数据，可以计算得出麦饭石粉单独使用时产生的hrc的效果值＝62.5-58.2＝4.3。
[0111]
结合以上数据可以计算得出氟石粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉分别单独使用时叠加产生的hrc的效果值＝2.9+3.4+2.2+4.3＝12.8，综上，可以计算得出氟石粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉一起使用时产生的hrc的效果值比氟石粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉分别单独使用时叠加产生的hrc的效果值提高的百分数＝(15.4-12.8)
÷
12.8
×
100％＝20.3％＞10％，该值大于10％，说明了氟石粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉在制备铬9中铬铸铁材料中起到了协同作用，协同提高了铬9中铬铸铁材料的hrc。这是因为：氟石粉的caf2是可改善造渣剂的物性，降低其熔点和粘度，提高其流动性，但是过高的caf2含量会使造渣剂太稀，影响耐火材料的寿命，对造渣剂碱度和夹杂物吸附能力的控制也不利，因此氟石粉需要控制在一定的含量。碳酸镁粉受热分解产生的氧化镁属于碱性氧化物，能提高造渣剂的碱度，增强造渣剂的脱硫、脱磷等能力，而分解产生的co2降低了铬9中铬铸铁材料中h的含量。石英粉含sio2，而sio2与氟石粉中的caf2反应达到脱氢的效果。麦饭石粉的表面吸附能力比较强，具有很好的流变性和催化性能，同时，具有理想的胶体性能和耐热性能，可吸附钢水中的氧、氢等不纯物。在氟石粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉相互配合下，降低了铬9中铬铸铁材料中的氢含量，协同提高了铬9中铬铸铁材料的hrc。
[0112]
(3)由实施例1和对比例6的hrc数据可见，铬铸铁熔炼过程中不进行吹氦气除杂，将会影响铬9中铬铸铁材料的hrc及氧、氢含量，这是：氦气是一种惰性气体，它不溶解于铬铸铁液，也不与铬铸铁中的元素发生化学反应而形成夹杂物，不污染铬铸铁液；氦气通过本发明的透气砖吹入铬铸铁液中，透气砖使氦气泡细小而充分均匀分散，当氦气穿过铬铸铁液时，铬铸铁液中溶解的[h]、[o]等会自动扩散，进入氦气泡内随气泡上升而自铬铸铁液排除，非金属夹杂物则粘附在惰性气体上，其结合物浮至铬铸铁液表面，然后粘到造渣剂内，从而净化铬铸铁液，降低氧、氢含量，提高铬9中铬铸铁材料的hrc。