[發(fā)明專利]一種增碳噴吹快冷制備泡沫鋼的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011278197.7
• 申請(qǐng)日: 2020-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114507804B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李廣幫;魏崇一;廖相巍;尚德禮;常桂華;呂春風(fēng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鞍鋼股份有限公司
• 主分類號(hào): C22C33/04
• 分類號(hào): C22C33/04;C21C7/072;C21C7/00;B22D25/00;B22D27/04
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務(wù)所(普通合伙) 21224
• 代理人: 陶新亞

本發(fā)明涉及一種增碳噴吹快冷制備泡沫鋼的方法，在熔煉后的鋼水中添加碳以增加鋼水中的碳含量，向增碳后的鋼水中噴吹CO₂，CO₂與鋼中的碳發(fā)生反應(yīng)生成CO；將反應(yīng)后的鋼水快速澆入帶水冷裝置的模具內(nèi)，使鋼水快速冷卻、凝固，得到氣泡均勻的泡沫鋼。本發(fā)明通過(guò)噴吹CO₂氣體與鋼水中的碳發(fā)生反應(yīng)生成CO氣體，CO氣體以氣泡形式留存在鋼中，再通過(guò)快速冷卻得到氣泡分布均勻的泡沫鋼。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及泡沫鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種增碳噴吹快冷制備泡沫鋼的方法。

背景技術(shù)

泡沫鋼是一種鋼基體中均勻分布著大量連通或不連通孔洞的結(jié)構(gòu)-功能一體化材料。作為功能材料，它具有吸聲、隔熱、阻燃、電磁屏蔽等多種性能。作為結(jié)構(gòu)材料，通過(guò)改變孔隙率和孔結(jié)構(gòu)，可以改變鋼材密度、彈性模量和屈服強(qiáng)度。在相同用鋼量的情況下，合理的設(shè)計(jì)可以有效地提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定性能，從而提高承載力，達(dá)到節(jié)約鋼材的目的。

目前泡沫鋼的制備方法主要有熔體金屬發(fā)泡法、金屬沉積法、空心球燒結(jié)法、滲流法和粉末燒結(jié)法。熔體金屬發(fā)泡法無(wú)法使發(fā)泡劑均勻分散到熔體中，氣泡大小和分布的均勻性難以控制，獲得的材料力學(xué)性能等較差；空心球法存在空心球制備困難、工藝設(shè)備要求高等不足；滲流法工藝流程長(zhǎng)、先驅(qū)體難以完全去除。快冷是一種工藝簡(jiǎn)單、成本較低的制備方法，并使氣孔得到有效地控制。

公開(kāi)號(hào)為CN107058781B的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種“金屬連續(xù)發(fā)泡工藝”，其過(guò)程為：(1)將熔化后的金屬液引入到攪拌罐中，加入粘稠劑；(2)將攪拌器伸入到攪拌罐，該攪拌器的攪拌桿內(nèi)部設(shè)有空腔，在攪拌器的攪拌槳葉上設(shè)置有與空腔相通的小氣孔，攪拌桿內(nèi)通過(guò)氣管與裝有液氮或干冰的罐相接；(3)啟動(dòng)攪拌器，通過(guò)氣管向攪拌桿內(nèi)通入液氮或干冰，液氮或干冰吸熱汽化，從小氣孔排出，邊通氣邊攪拌，汽化后的液氮或干冰在金屬液中形成氣泡，在通過(guò)攪拌器攪拌使氣泡均勻分布在金屬液中；(4)待溫度接近金屬液開(kāi)始凝固之前，打開(kāi)攪拌罐底部的出料口，攪拌完成后的金屬液流入到模鑄生產(chǎn)線中直接澆鑄成型；(5)待攪拌完成后，升起攪拌器，保持氣孔通暢下冷卻攪拌便于下次使用。該發(fā)明是通過(guò)汽化后的液氮或干冰進(jìn)入到金屬液中形成氣泡，但進(jìn)入金屬液中的氣體量難以控制，使金屬液中形成的氣泡數(shù)量不可控，造成泡沫鋼中的孔隙無(wú)法得到有效控制。

公開(kāi)號(hào)為105506335B的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種“利用混合氣體制備多孔金屬的方法”，其過(guò)程為：一、金屬材料先用丙酮清洗，然后依次使用無(wú)水乙醇和去離子水清洗干凈；二、清洗后的金屬在惰性氣體的保護(hù)下升溫到550～850℃，然后將燃料氣體和氧化氣體組成的混合氣體通入到承載體內(nèi)進(jìn)行多孔化處理。該發(fā)明直接利用燃料氣體和氧化性的氣體在金屬內(nèi)部形成H₂O和CO₂氣體的膨脹溢出，使金屬表面和內(nèi)部形成多孔結(jié)構(gòu)，具有工藝簡(jiǎn)單、制備方便、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，并且可以在己制備好的復(fù)雜金屬材料器件上實(shí)現(xiàn)二次加工，對(duì)設(shè)備的要求低。但該技術(shù)方案是向已經(jīng)固化的金屬中通入氣體，對(duì)金屬進(jìn)行多孔化處理，在金屬中只能形成幾百納米或幾微米的微納米孔隙，其只是一種多孔金屬，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)并不是泡沫鋼。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種增碳噴吹快冷制備泡沫鋼的方法，通過(guò)噴吹CO₂氣體與鋼水中的碳發(fā)生反應(yīng)生成CO氣體，CO氣體以氣泡形式留存在鋼中，再通過(guò)快速冷卻得到氣泡分布均勻的泡沫鋼。

因此，急需研發(fā)一種在鋼液中進(jìn)行反應(yīng)并生成氣體，鋼液中氣體保留在金屬內(nèi)，實(shí)現(xiàn)氣孔的均勻、彌散分布，充分保障泡沫鋼性能，且工藝簡(jiǎn)單，安全可靠的泡沫鋼制取方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種增碳噴吹快冷制備泡沫鋼的方法，在熔煉后的鋼水中添加碳以增加鋼水中的碳含量，向增碳后的鋼水中噴吹CO₂，CO₂與鋼中的碳發(fā)生反應(yīng)生成CO；將反應(yīng)后的鋼水快速澆入帶水冷裝置的模具內(nèi)，使鋼水快速冷卻、凝固，得到氣泡均勻的泡沫鋼。