本發(fā)明涉及合金生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種高性能鍛軋錳的生產(chǎn)工藝以及專用生產(chǎn)設(shè)備。
背景技術(shù)：
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，然后經(jīng)模型鍛軋成型，再經(jīng)過燒結(jié)工序而生產(chǎn)出來的一種新型的錳制品。適用于特種鋼、不銹鋼合金行業(yè)的錳元素配置，具有回收率高，易保存，便于搬運，計量準確等優(yōu)點。
電解金屬錳片晶間結(jié)構(gòu)太致密，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(tài)、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(jié)構(gòu)太致密，冶煉時回收率太低。尤其是在新型鋁合金行業(yè)，原來因傳統(tǒng)錳產(chǎn)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(chǎn)品是根據(jù)近幾年來特種合金冶煉行業(yè)，特別是某些鋁合金行業(yè)新冶煉工藝的需求的研發(fā)的新產(chǎn)品?？蛻粜枰谔胤N合金中加入一種有某種合金作用的，并帶有些助溶劑、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?shù)挠捕燃氨戎?，并在使用上可定量加入，并便于溶于合金中。這種錳制品必須錳含量較高，除特定的添加劑外，雜質(zhì)必須較低。鍛軋錳根據(jù)其產(chǎn)品外形特點，一些生產(chǎn)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(yōu)良高性能，是高性能鋼和普通鋼冶煉領(lǐng)域用的中間產(chǎn)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(jié)約30％。近年來歐美、印度、韓國等國的鋼鐵企業(yè)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(yōu)質(zhì)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(fā)展最為迅速的錳產(chǎn)品，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國鍛軋錳年生產(chǎn)能力已經(jīng)突破20萬噸，出口量已經(jīng)超過電解金屬錳粉和金屬錳，成為錳產(chǎn)品中出口創(chuàng)匯的主要產(chǎn)品之一。
傳統(tǒng)鍛軋錳生產(chǎn)工藝如下：電解金屬錳片破碎到一定粒度后與粘結(jié)劑混合，將混合粉末在瞬間壓制成型，烘干后包裝入庫。傳統(tǒng)的鍛軋錳工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品存在幾何形狀不規(guī)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，研制出一種在合金均勻化、回收率、產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)方法以及專用生產(chǎn)設(shè)備，尤為重要。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種優(yōu)質(zhì)、省力且節(jié)能環(huán)保的高性能鍛軋錳的生產(chǎn)工藝以及專用生產(chǎn)設(shè)備。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種高性能鍛軋錳的生產(chǎn)工藝以及專用生產(chǎn)設(shè)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占總物料質(zhì)量的87～89％；
(2)將步驟(1)中制備的金屬粉末置于密閉的攪拌設(shè)備中，同時加入粘結(jié)劑、固化劑和添加劑進行充分攪拌，所述粘結(jié)劑、固化劑和添加劑的用量分別占總物料用量的1.5～2.5％、1.5～2.5％和8％；
(3)將步驟(2)中制備的混合均勻的金屬錳粉物料在輥式鍛軋設(shè)備中鍛軋，得到鍛軋錳；
(4)將步驟(3)中制備的鍛軋錳放置在真空冶煉爐中進行真空二次燒結(jié)、重結(jié)晶，真空冶煉爐中壓力抽至20～50pa，同時采用真空冶煉爐內(nèi)設(shè)置的自動溫控系統(tǒng)控制溫度使鍛軋錳物料溫度達到700℃；
(5)將步驟(4)中制備的金屬物料仍然置于真空冶煉爐中進行一段時間的保溫、降溫，其中保溫采用真空冶煉爐內(nèi)設(shè)置的自動溫控系統(tǒng)進行保溫，降溫采用從真空冶煉爐一端往爐內(nèi)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(xiàn)降溫，降溫時爐內(nèi)壓力穩(wěn)定保持在0.2～0.3mpa，通氮氣30min后，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，冷卻后進行保包裝。
優(yōu)選地，所述步驟(1)中電解金屬錳采用雙輥破碎機進行破碎。
優(yōu)選地，所述步驟(2)中攪拌設(shè)備為雙軸攪拌機。
優(yōu)選地，所述步驟(2)中粘結(jié)劑為硅酸鈉水溶液。
優(yōu)選地，所述步驟(2)中固化劑為氟硅酸鈉水溶液。
優(yōu)選地，所述步驟(2)中添加劑為羧甲基纖維素水溶液。
優(yōu)選地，所述步驟(3)中輥式鍛軋設(shè)備包括依序排布的送料系統(tǒng)、預(yù)壓系統(tǒng)和對輥式鍛軋系統(tǒng)；所述物料采用輸送皮帶輸送至預(yù)壓系統(tǒng)，所述預(yù)壓系統(tǒng)為一可控、自控、精確無極調(diào)速的垂直螺旋式動力裝置，所述預(yù)壓系統(tǒng)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(tǒng)，所述輥式鍛軋系統(tǒng)由兩個精確對位的輥軋轉(zhuǎn)子組成且其上均勻分布具有規(guī)則形狀的半球窩凹槽，所述兩個精確對位的輥軋轉(zhuǎn)子以相反方向轉(zhuǎn)動時，所述半形球窩凹槽則對應(yīng)形成一整個球窩空間以形成鍛軋錳的一個壓模。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：1.普通干燥(200℃左右)在升溫過程中錳會與氧氣接觸氧化，而真空燒結(jié)不會；2.真空燒結(jié)效果要好，產(chǎn)品水分比普通干燥要低；3.真空燒結(jié)有二次重構(gòu)、調(diào)質(zhì)的過程，使物質(zhì)致密度進一步提高，進而使產(chǎn)品物理機械性能得到進一步提升；4.粉末少，具有環(huán)保優(yōu)勢；5.采用真空冶煉爐內(nèi)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(wěn)定；6.輥式鍛軋設(shè)備形成了混料-鍛軋的自動化生產(chǎn)線，減少了勞動力的使用。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式，對本發(fā)明做進一步說明。
一種高性能鍛軋錳的生產(chǎn)工藝以及專用生產(chǎn)設(shè)備，包括以下步驟：
(1)將電解金屬錳采用雙輥破碎機進行破碎成40～60目的金屬粉末，電解金屬錳的用量占總物料質(zhì)量的87～89％。
(2)將步驟(1)中制備的金屬粉末置于密閉的攪拌設(shè)備中，攪拌設(shè)備為雙軸攪拌機，同時加入定量的粘結(jié)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?shù)恼辰Y(jié)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(jié)劑、固化劑、添加劑雖然用量少，但對于鍛軋錳產(chǎn)品的構(gòu)成、用途起著關(guān)鍵作用，可以提高產(chǎn)品在使用時的收率，并也起到促進合金化作用，這也是本發(fā)明的關(guān)鍵之處。
其中粘結(jié)劑、固化劑和添加劑分別為硅酸鈉水溶液、氟硅酸鈉水溶液和羧甲基纖維素水溶液；粘結(jié)劑、固化劑和添加劑的用量分別占總物料用量的1.5～2.5％、1.5～2.5％和8％。
(3)將步驟(2)中制備的混合均勻的金屬錳粉物料在輥式鍛軋設(shè)備中鍛軋，得到鍛軋錳。
具體地，輥式鍛軋設(shè)備包括依序排布的送料系統(tǒng)、預(yù)壓系統(tǒng)和對輥式鍛軋系統(tǒng)。其中物料采用輸送皮帶輸送至預(yù)壓系統(tǒng)；預(yù)壓系統(tǒng)為一可控、自控、精確無極調(diào)速的垂直螺旋式動力裝置，預(yù)壓系統(tǒng)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(tǒng)；輥式鍛軋系統(tǒng)由兩個精確對位的輥軋轉(zhuǎn)子組成且其上均勻分布具有規(guī)則形狀的半球窩凹槽，兩個精確對位的輥軋轉(zhuǎn)子以相反方向轉(zhuǎn)動時，半形球窩凹槽則對應(yīng)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(chǎn)線，減少了勞動力的使用。
(4)將步驟(3)中制備的鍛軋錳放置在真空冶煉爐中進行真空二次燒結(jié)、重結(jié)晶，真空冶煉爐中壓力抽至20～50pa，同時采用真空冶煉爐內(nèi)設(shè)置的自動溫控系統(tǒng)控制溫度使鍛軋錳物料溫度達到700℃。
高性能鍛軋錳產(chǎn)品生產(chǎn)工藝采用自動控制真空燒結(jié)系統(tǒng)完成。真空燒結(jié)爐是在抽真空后充氮氣保護狀態(tài)下，利用金屬鎳鉻帶加熱的原理，使處于爐內(nèi)產(chǎn)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(xù)測溫(0～2500℃)，并通過智能控溫儀與設(shè)定程序相比較后，選擇執(zhí)行狀態(tài)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(tǒng)密閉之后，采用真空滑閥泵-羅茨泵真空機組，將真空冶煉爐中整壓抽至20～50pa，這時系統(tǒng)中已幾乎沒有任何氧氣，這是保證鍛軋錳質(zhì)量的重要手段。其次在抽真空的同時真空燒結(jié)爐啟動加熱裝置(即真空冶煉爐內(nèi)設(shè)置的自動溫控系統(tǒng))對鍛軋錳進行升溫，用自動溫控系統(tǒng)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(gòu)、調(diào)質(zhì)的過程，其物質(zhì)致密度進一步提高，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。
與普通干燥相比，真空冶煉爐實現(xiàn)真空燒結(jié)具有以下優(yōu)勢：1.普通干燥(200℃左右)在升溫過程中錳會與氧氣接觸氧化，而真空燒結(jié)不會；真空燒結(jié)效果要好，產(chǎn)品水分比普通干燥要低；3.真空燒結(jié)有二次重構(gòu)、調(diào)質(zhì)的過程，使物質(zhì)致密度進一步提高，進而使產(chǎn)品物理機械性能得到進一步提升；4.粉末少，具有環(huán)保優(yōu)勢。
(5)將步驟(4)中制備的金屬物料仍然置于真空冶煉爐中進行一段時間的保溫、降溫。其中保溫采用真空冶煉爐內(nèi)設(shè)置的自動溫控系統(tǒng)進行保溫，降溫采用從真空冶煉爐一端往爐內(nèi)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(xiàn)降溫；降溫時爐內(nèi)壓力穩(wěn)定保持在0.2～0.3mpa，通氮氣30min后，使溫度降到150～200℃停止通入氮氣。
本發(fā)明采用真空冶煉爐內(nèi)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(wěn)定。
(6)當真空使爐內(nèi)壓力降為常壓后開爐門，打開真空爐爐門后將金屬物料推出，冷卻后進行保包裝。
上述的實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，不能以此來限定本發(fā)明的權(quán)利范圍，因此，依本發(fā)明申請專利范圍所作的修改、等同變化、改進等，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。