CN101798618A - 利用含钒炉渣进行钒合金化增钒精炼方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用含钒炉渣进行钒合金化增钒精炼方法，用于解决降低冶炼含钒钢种生产成本问题。所述方法生产含钒钢种时，根据钢种钒含量在LF炉精炼过程中加入转炉含钒炉渣进行钒合金化，其中LF炉含钒炉渣合金化增钒量控制在0.005％～0.050％之间且含钒炉渣用量控制在10kg/吨钢以内，在上述条件下吨钢含钒炉渣加入量由吨钢含钒炉渣加入量公式确定。本发明利用价格低廉的含钒炉渣部分或全部替代含钒铁合金，打破传统的在初始炼钢炉内或出钢过程中使用合金微合金化的生产工艺流程，将有钒元素合金化环节移至LF炉精炼过程中进行。采用此方法生产的含钒高强度钢种，在成分、性能达到相关标准要求基础上可显著降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种炼钢技术，特别是LF炉利用转炉含钒炉渣进行钒合金化增钒精炼方法，属于冶金炉外精炼技术领域。
背景技术
目前，为达到高强度钢种的要求，钢铁企业在冶炼过程中通常采用在钢中添加V及Ti、Nb、Cr等元素进行微合金化的生产方法，起到沉淀强化和抑制晶粒长大的作用，从而显著提高钢的力学性能。在钢中添加上述元素进行微合金化的方法主要以加入铁合金为主，即在转炉出钢过程中将合金加入钢包内进行微合金化，此方法具有用量少、吸收率稳定的优势。但由于铁合金价格昂贵，使高强度钢种的生产成本居高不下，影响了产品的市场竞争力。对于以钒铁矿为原料的钢铁企业，具有得天独厚的钒钛资源优势，铁水中含有丰富的V元素，钒含量可达0.25～0.40％，同时在转炉提钒过程产生的炉渣中也含有含量较高的V的氧化物，其中V2O5的含量为5％～25％，是生产钒合金的主要原料。虽然钒渣含钒品位较低，同等重量下仅为钒产品含钒品位的6％～10％，但其价格低廉，仅为钒产品价格的2.5％～4％。因此寻求使用价格低廉的含钒炉渣进行合金化生产含钒高强度钢种，能显著降低炼钢成本，为企业提高市场竞争力，拓展生存发展空间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种在LF炉利用含钒炉渣进行钒合金化增钒精炼方法，从而以价格低廉的含钒炉渣部分或全部替代含钒铁合金，生产出低成本高强度钢种。
本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
一种利用含钒炉渣进行钒合金化增钒精炼方法，其特别之处是：生产含钒钢种时，根据钢种钒含量在LF炉精炼过程中加入转炉含钒炉渣进行钒合金化，其中LF炉含钒炉渣合金化增钒量控制在0.005％～0.050％之间且含钒炉渣用量控制在10kg/吨钢以内，在上述条件下吨钢含钒炉渣加入量由下式确定：
上式中钒元素吸收率为0.95，含钒炉渣的V2O5含量为5％～25％。
上述利用含钒炉渣进行钒合金化增钒精炼方法，所述方法包括如下步骤：
a.含钒炉渣备料：将炼钢厂自产原始状态含V2O5等氧化物的含钒炉渣破碎成1～5cm粒度的碎块，然后将碎块放入LF炉料仓内备用；
b.含钒炉渣加入LF炉：LF炉在钢水进站经化渣升温，当温度升至1540℃-1580℃范围时，将电极升起，并进行大气量吹氩，吹氩强度控制在4-6L/min·t钢，然后根据转炉出钢后初始成份分析结果，将含钒炉渣加入钢包内，加完含钒炉渣后，继续进行30～60s的搅拌；
c.添加扩散脱氧剂：扩散脱氧剂包括铝粉和电石，其中，在钢水进站化渣阶段，含钒炉渣每加入1kg/吨钢，加入铝粉0.05-0.1kg/吨钢、加入电石0.1-0.2kg/吨钢；在主加热阶段含钒炉渣每加入1kg/吨钢，再加入电石0.1-0.2kg/吨钢；
d.补加合金料：含钒炉渣每加入1kg/吨钢，补加硅铁0.1～0.3kg/吨钢、硅锰合金或锰铁0.05～0.1kg/吨钢，合金料加入时机为造好还原渣的基础上加入；
e.添加石灰：含钒炉渣每加入Xkg/吨钢，石灰量按[(3-5)+X]kg/吨钢添加，其中50％-70％的石灰在化渣阶段加入，其余在主加热过程加入。
上述利用含钒炉渣进行钒合金化增钒精炼方法，所述c步骤中添加的扩散脱氧剂还包括硅钙粉和碳化硅，其中在钢水进站化渣阶段含钒炉渣每加入1kg/吨钢，添加硅钙粉量为0.02-0.1kg/吨钢；在主加热阶段含钒炉渣每加入1kg/吨钢，添加硅钙粉量为0.02-0.1kg/吨钢、加入碳化硅量为0.02-0.1kg/吨钢；
本发明根据钒铁矿为原料的钢铁企业提钒转炉钢渣中含有较高的V氧化物这一特点，利用价格低廉的含钒炉渣部分或全部替代含钒铁合金，实现含钒高强度钢种生产。本发明方法针对含钒炉渣特点，打破传统的在初始炼钢炉内或出钢过程中使用合金微合金化的生产工艺流程，将有钒元素合金化环节移至LF炉精炼过程中进行，以充分还原钒渣中V元素，使渣中的有益元素进入钢水内进行微合金化。本方法使用的含钒炉渣原料价格低廉，含钒炉渣只需经过简单的破碎过程，不再进行磁选、造球或其它加工工序，因而可以进一步降低生产成本。检测结果表明，采用此方法生产的含钒高强度钢种，其化学成分和性能指标完全可以达到相关标准要求，是一种低成本生产高强度钢种的方法。
具体实施方式
本发明适用于冶炼含钒高强度钢种，选择以提钒炼钢炉渣为主要原料。鉴于在LF钢包精炼炉上进行合金化具有合金吸收率高的特点，将钒渣合金化的位置选择在LF钢包精炼炉上进行，相比在转炉出钢时进行钒合金化钒元素吸收率提高5％，可达到95％。LF钢包精炼炉正常工艺主要是通过造还原渣来实现其脱硫、脱氧、去除夹杂物等功能，炉内保持还原性气氛。当含钒炉渣加入钢包内，在精炼过程中对于钒氧化物易发生以下反应：2V2O5+5Si＝4V+5SiO2；3V2O5+10Al＝6V+5Al2O3；V2O5+5C＝2V+5CO；以上反应在有CaO存在的情况下，提高炉渣的碱度，改善还原的热力学条件，能显著增强反应的趋势及速度，而LF炉通过造高碱度还原渣，依靠电极加热为还原炉渣中的V元素创造了极其有利的条件。
本发明方法包括如下步骤：
1.将炼钢厂提钒转炉自产的原始状态的含V2O5等氧化物的含钒炉渣破碎成1～5cm粒度的碎块，不需要进行磁选等工序，然后将碎块放入LF炉料仓内。
2.LF炉精炼过程含钒炉渣加入量控制：考虑含钒炉渣用量过多会造成温降过大，进而对精炼造成负面影响，同时考虑增钒量过大而影响钢水成分均匀性的因素，LF炉含钒炉渣合金化增钒量控制在0.005％～0.050％之间，同时将含钒炉渣总用量控制在10kg/吨钢以内，根据上述条件，吨钢含钒炉渣加入量由下式确定：
上式中钒元素吸收率为0.95(经验得出)，含钒炉渣的V2O5含量为5％～25％。
当生产钒含量要求在0.050％以下的钢种时可以不需要配加钒合金，全部使用含钒炉渣增钒(也可以配加少量钒合金联合LF炉含钒炉渣增钒)；当生产钒含量要求在0.050％以上的钢种时，LF精炼前钢水在出钢过程中需先配加一部分钒合金，其余靠含钒炉渣进行合金化增钒。
含钒炉渣加入的时机为：在钢水进站经化渣升温，当温度升至1540℃-1580℃范围时，将电极升起，并进行大气量吹氩，吹氩强度控制在4-6L/min·t钢，然后将含钒炉渣加入钢包内，加完含钒炉渣后，继续进行30～60s的搅拌，以保证含钒炉渣熔化均匀。
3.添加扩散脱氧剂、合金料以及石灰：在含钒炉渣加入以后，由于含钒炉渣中不仅带入了V2O5，而且也带入了一定量的FeO(在炉渣中含量为15％～25％)、SiO2(在炉渣中含量为15％～25％)，会增加钢包渣氧化性、增加钢中合金元素的烧损以及降低钢包渣碱度。因此，为保证炉内保持还原性气氛，获得高碱度还原渣，提高渣中有益元素的还原回收效果，必须在正常LF炉非含钒炉渣合金化的炉次造渣制度的基础上增加扩散脱氧剂、合金料以及石灰的用量。
添加扩散脱氧剂：含钒炉渣每加入1kg/吨钢，在钢水进站化渣阶段加入铝粉0.05-0.1kg/吨钢、加入电石0.1-0.2kg/吨钢，在主加热阶段加入电石0.1-0.2kg/吨钢。除此以外还可以在钢水进站化渣阶段含钒炉渣每加入1kg/吨钢，添加硅钙粉量为0.02-0.1kg/吨钢；在主加热阶段含钒炉渣每加入1kg/吨钢，添加硅钙粉量为0.02-0.1kg/吨钢；、加入碳化硅量为0.02-0.1kg/吨钢；
补加合金料：含钒炉渣加入后，在还原稀有元素V的过程中主要以硅元素烧损为主，锰元素烧损较少，因此需在正常精炼制度的基础上补加合金料，所补加的合金料主要为硅铁、硅锰合金或锰铁，按每加入1kg/吨钢含钒炉渣补加硅铁0.1～0.3kg/吨钢、硅锰合金或锰铁0.05～0.1kg/吨钢，合金料加入时机为造好还原渣的基础上加入。
添加石灰：由于含钒炉渣中SiO2含量为15％～25％左右，加入后会造成钢包渣碱度的降低，进而影响脱硫效果，因此，为保证钢包渣碱度，LF炉精炼过程中石灰的加入量也应比非含钒炉渣合金化的炉次提高。具体加入量为：含钒炉渣每加入Xkg/吨钢，石灰量按[(3-5)+X]kg/吨钢添加，其中50％-70％的石灰在化渣阶段加入，其余在主加热过程加入。
以下提供几个具体的实施例：
实施例1：
生产钢种为∮12mm的HRB400，成品V含量要求为：0.025～0.060％。使用V2O5含量为5％含钒炉渣进行合金化，按照吨钢含钒炉渣加入量公式计算，含钒炉渣最大加入量为10kg/吨钢时其增钒量为0.026％。LF炉在钢水进站时化验钢水余钒0.006％，经化渣升温，当温度升至1580℃时，将电极升起，并进行大气量吹氩，吹氩强度控制在6L/min·t钢，然后按照10kg/吨钢的加入量将含钒炉渣加入钢包内，加完含钒炉渣后，继续进行60s的搅拌。在钢水进站化渣阶段按1kg/吨钢加入铝粉、按2kg/吨钢加入电石；在主加热阶段再按2kg/吨钢加入电石。在化渣阶段按照7.5kg/吨钢加入石灰，在主加热阶段按照7.5kg/吨钢再次加入石灰。按3kg/吨钢加入硅铁，按1kg/吨钢加入硅锰合金，上述合金料在造好还原渣的基础上加入。按照上述方法生产的产品取样V含量为0.032％。
实施例2：
生产钢种为∮12mm的HRB400，成品V含量要求为：0.025～0.060％。使用V2O5含量为5％含钒炉渣进行合金化，按照吨钢含钒炉渣加入量公式计算，使用此品位的含钒炉渣增钒0.005％时的用量为2.0kg/吨钢。本实施例通过在出钢过程中加入80钒铁和在LF炉精炼过程中加入含钒炉渣实现合金化。在出钢过程中按0.25kg/吨钢加入80钒铁，LF炉在钢水进站时化验钢水含钒为0.023％，经化渣升温，当温度升至1540℃时，将电极升起，并进行大气量吹氩，吹氩强度控制在4L/min·t钢，然后按照2.0kg/吨钢的加入量将含钒炉渣加入钢包内，加完含钒炉渣后，继续进行30s的搅拌。在钢水进站化渣阶段按0.15kg/吨钢加入铝粉、按0.3kg/吨钢加入电石，按0.04kg/吨钢加入硅钙粉；在主加热阶段再按0.3kg/吨钢加入电石，按0.04kg/吨钢加入硅钙粉，按0.04kg/吨钢加入碳化硅。在化渣阶段按照3.5kg/吨钢加入石灰，在主加热阶段按照1.5kg/吨钢再次加入石灰。按0.4kg/吨钢加入硅铁，按0.2kg/吨钢加入硅锰合金，上述合金料在造好还原渣的基础上加入。按照上述方法生产的产品取样V含量为0.028％。
实施例3：
生产钢种为∮25mm的HRB400，成品V含量要求为：0.040～0.065％。使用V2O5含量为15％含钒炉渣进行合金化，按照吨钢含钒炉渣加入量公式计算，使用此品位的含钒炉渣增钒0.050％时的用量为6.26kg/吨钢。LF炉在钢水进站时化验钢水余钒0.005％。经化渣升温，当温度升至1560℃时，将电极升起，并进行大气量吹氩，吹氩强度控制在5L/min·t钢，然后按照6kg/吨钢的加入量将含钒炉渣加入钢包内，加完含钒炉渣后，继续进行40s的搅拌。在钢水进站化渣阶段按0.3kg/吨钢加入铝粉、按0.6kg/吨钢加入电石，按0.6kg/吨钢加入硅钙粉；在主加热阶段再按0.6kg/吨钢加入电石，按0.6kg/吨钢加入硅钙粉，按0.6kg/吨钢加入碳化硅。在化渣阶段按照7.7kg/吨钢加入石灰，在主加热阶段按照3.3kg/吨钢再次加入石灰。按1.2kg/吨钢加入硅铁，按0.42kg/吨钢加入锰铁，上述合金料在造好还原渣的基础上加入。按照上述方法生产的产品取样V含量为0.053％。
实施例4：
生产钢种为∮25mm的HRB400，成品V含量要求为：0.040～0.065％。本实施例通过在出钢过程中加入80钒铁和在LF炉精炼过程中加入含钒炉渣合金化。在出钢过程中按0.278kg/吨钢加入80钒铁，LF炉在钢水进站时化验钢水含钒0.023％。根据吨钢含钒炉渣加入量公式计算，使用V2O5含量为15％含钒炉渣进行合金化，增钒0.032％的用量为4kg/吨钢。经化渣升温，当温度升至1560℃时，将电极升起，并进行大气量吹氩，吹氩强度控制在5L/min·t钢，然后按照4kg/吨钢的加入量将含钒炉渣加入钢包内，加完含钒炉渣后，继续进行40s的搅拌。在钢水进站化渣阶段按0.3kg/吨钢加入铝粉、按0.6kg/吨钢加入电石，按0.2kg/吨钢加入硅钙粉；在主加热阶段再按0.6kg/吨钢加入电石，按0.2kg/吨钢加入硅钙粉，按0.2kg/吨钢加入碳化硅。在化渣阶段按照5kg/吨钢加入石灰，在主加热阶段按照3kg/吨钢再次加入石灰。按0.4kg/吨钢加入硅铁，按0.2kg/吨钢加入硅锰合金，上述合金料在造好还原渣的基础上加入。按照上述方法生产的产品取样V含量为0.055％。
实施例5：
生产钢种为∮40mm的HRB400，成品V含量要求为：0.055～0.080％。使用V2O5含量为25％含钒炉渣进行合金化，按照吨钢含钒炉渣加入量公式计算，使用此品位的含钒炉渣增钒0.050％时的用量为3.76kg/吨钢。可见使用高品位含钒炉渣，用量较少，增钒效果较好。本实施例通过在出钢过程中加入80钒铁和在LF炉精炼过程中加入含钒炉渣实现合金化。在出钢过程中按0.1kg/吨钢加入80钒铁，LF炉在钢水进站时化验钢水含钒0.013％。根据吨钢含钒炉渣加入量公式计算，使用V2O5含量为25％含钒炉渣进行合金化，增钒0.047％的用量为3.5kg/吨钢。经化渣升温，当温度升至1570℃时，将电极升起，并进行大气量吹氩，吹氩强度控制在5.5L/min·t钢，然后按照3.5kg/吨钢的加入量将含钒炉渣加入钢包内，加完含钒炉渣后，继续进行50s的搅拌。在钢水进站化渣阶段按0.2kg/吨钢加入铝粉、按0.5kg/吨钢加入电石、按0.07kg/吨钢加入硅钙粉；在主加热阶段再按0.5kg/吨钢加入电石，按0.07kg/吨钢加入硅钙粉，按0.07kg/吨钢加入碳化硅。在化渣阶段按照4kg/吨钢加入石灰，在主加热阶段按照2.5kg/吨钢再次加入石灰。按1.03kg/吨钢加入硅铁，按0.30kg/吨钢加入锰铁，上述合金料在造好还原渣的基础上加入。按照上述方法生产的产品取样V含量为0.060％。
Claims (3)
1.一种利用含钒炉渣进行钒合金化增钒精炼方法，其特征在于：生产含钒钢种时，根据钢种钒含量在LF炉精炼过程中加入转炉含钒炉渣进行钒合金化，其中LF炉含钒炉渣合金化增钒量控制在0.005％～0.050％之间且含钒炉渣用量控制在10kg/吨钢以内，在上述条件下吨钢含钒炉渣加入量由下式确定：
上式中钒元素吸收率为0.95，含钒炉渣的V2O5含量为5％～25％。
2.根据权利要求1所述的利用含钒炉渣进行钒合金化增钒精炼方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
a.含钒炉渣备料：将炼钢厂自产原始状态含V2O5等氧化物的含钒炉渣破碎成1～5cm粒度的碎块，然后将碎块放入LF炉料仓内备用；
b.含钒炉渣加入LF炉：LF炉在钢水进站经化渣升温，当温度升至1540℃-1580℃范围时，将电极升起，并进行大气量吹氩，吹氩强度控制在4-6L/min·t钢，然后根据转炉出钢后初始成份分析结果，将含钒炉渣加入钢包内，加完含钒炉渣后，继续进行30～60s的搅拌；
c.添加扩散脱氧剂：扩散脱氧剂包括铝粉和电石，其中，在钢水进站化渣阶段，含钒炉渣每加入1kg/吨钢，加入铝粉0.05-0.1kg/吨钢、加入电石0.1-0.2kg/吨钢；在主加热阶段含钒炉渣每加入1kg/吨钢，再加入电石0.1-0.2kg/吨钢；
d.补加合金料：含钒炉渣每加入1kg/吨钢，补加硅铁0.1～0.3kg/吨钢、硅锰合金或锰铁0.05～0.1kg/吨钢，合金料加入时机为造好还原渣的基础上加入；
e.添加石灰：含钒炉渣每加入Xkg/吨钢，石灰量按[(3-5)+X]kg/吨钢添加，其中50％-70％的石灰在化渣阶段加入，其余在主加热过程加入。
3.根据权利要求2所述的利用含钒炉渣进行钒合金化增钒精炼方法，其特征在于：所述c步骤中添加的扩散脱氧剂还包括硅钙粉和碳化硅，其中在钢水进站化渣阶段含钒炉渣每加入1kg/吨钢，添加硅钙粉量为0.02-0.1kg/吨钢；在主加热阶段含钒炉渣每加入1kg/吨钢，添加硅钙粉量为0.02-0.1kg/吨钢；、加入碳化硅量为0.02-0.1kg/吨钢。
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