CN103509911A - 一种对含铬钢直接合金化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对含铬钢直接合金化的方法。一种对含铬钢直接合金化的方法，包括以下步骤：（1）将按照公式：m₁=m₀/w，m₂=3M(1+t)m₀/152，t为0.2～0.4计算出质量的铬矿粉、还原剂混合；（2）加至转炉出钢的钢水，并在压力为0.5～1.5MPa、流量为150～300L/min件下吹还原性气体搅拌；（3）将所述钢包转入LF站，在压力为0.1～0.5MPa、流量为60～150L/min的条件吹所述还原性气体搅拌，在温度1500～1700℃下进行LF钢包炉精炼10～50min该方法采用铬矿粉熔融还原法在精炼过程中直接进行合金化，铬的收得率大于90%，同时节约资源，降低成本，降低了炼钢过程中所造成的环境污染。

Description

一种对含铬钢直接合金化的方法

技术领域

本发明涉及炼钢工艺领域，尤其涉及一种对含铬钢直接合金化的方法。

背景技术

铬是炼钢生产含铬合金钢中最重要的合金元素之一。我国是贫铬国家，伴随着世界铬矿资源的不断减少，国际市场上铬铁价格也逐渐走高。我国铁合金行业所用的铬铁矿90％以上均为进口矿。随着我国含铬钢需求的增大。铬矿资源的供需矛盾将十分突出。目前铬矿山开采的铬矿其粉矿比例为30-50%，铬矿粉的价格比块矿便宜15-20％。尽管铬矿粉比铬矿块便宜（例如块矿40元/度吨，粉矿33元/度吨），由于其粒度细，直接加入炉内与熔渣接触，便于其尽快融化，尽快还原速度。据2012年12月18日网上查询的车板价铬矿粉为33元/度吨，即吨钢水中每增加1%的铬大约需铬矿粉（按收得率90%计）不到40元（没计入运费、损耗和税费，以及碳粉消耗等）。现有的合金化方法是在炼钢出钢过程中将铬铁加入钢包中，利用钢水的热量和出钢冲击力使其融化和均匀化。1吨钢水中每增加1%的铬大约需要164元铬铁。通常炼钢生产含铬合金钢时，是将铬铁合金在炼钢炉出钢时加人钢水中来生产含铬钢。铬铁合金的生产方法主要有高炉冶炼法和电炉冶炼法，高炉冶炼法铬铁合金成本较低（杂质多些），多用于生产含铬合金钢。其工艺流程为将铬矿块（人造块）投入铬铁高炉冶炼成铬铁，然后将铬铁进行炼钢合金化成为含铬的合金钢。因此，在铬铁的生产过程中，将消耗大量的能源、人力和材料，加工成本高，所造成环境污染较严重。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种对含铬钢直接合金化的方法，该方法采用铬矿粉熔融还原法在精炼过程中直接进行合金化，从而节约资源，降低成本，降低了炼钢过程中所造成的环境污染。

一种对含铬钢直接合金化的方法，包括以下步骤：

（1）以铬矿粉中Cr₂O₃的质量m₀为基准，将按照以下公式计算出还原剂与所述铬矿粉的质量，将还原剂和铬矿粉混合得到熔融还原混合物，所述公式为：

m1=m0/w，m2=3M(1+t)m0/152

所述m₁为铬矿粉的质量，m₂为还原剂的质量，M为还原剂的摩尔质量，w为铬矿粉中Cr₂O₃的质量百分比含量，t为0.2～0.4；

（2）将所述熔融还原混合物加入转炉出钢的温度为1500～1700℃的钢水中，对所述钢水的钢包在压力为0.5～1.5MPa、流量为150～300L/min的条件下吹还原性气体搅拌；

（3）待步骤（2）所述的钢水充分熔化后，将所述钢包转入LF站，在压力为0.1～0.5MPa、流量为60～150L/min的条件吹所述还原性气体搅拌，在温度1500～1700℃下进行LF钢包炉精炼10～50min。

其中，所述还原剂为碳粉、硅粉、金属活泼性优于铬的金属单质粉末。

其中，所述还原性气体为氩气。

其中，步骤（3）所述LF钢包炉精炼包括以下步骤：

造渣：在所述LF钢包炉精炼开始3～5min后，加入石灰、精炼渣、萤石、碳化硅、硅钙铝、AD粉的渣料中一种或至少两种后熔化10min产成LF炉渣，所述造渣的次数为至少一次；

合金化：造渣后，补加合金成分和/或喂合金线；所述补加合金成分具体为补加Al、Ca、Mg、Si金属元素中的至少一种；所述喂合金线具体为以3.5米/秒的速度按照1.5～2.0米/（1ｔ钢水）喂入合金线，所述喂合金线的合金的加入量为0.1～0.14kg/（1ｔ钢水）。

其中，所述LF炉渣中FeO质量百分比含量低于0.5%，粘度为30～80Kg/m.s。

其中，所述LF炉渣中CaO与SiO的质量比为3～12，优选为3～5，例如CaO与SiO的质量比3、4、5。

其中，所述渣料熔化时发泡的厚度为250～600mm，优选为300～400mm。

其中，所述造渣的次数为2次。

其中，所述渣料的加入方式包括一次加入石灰、精炼渣、萤石中的至少一种和分批次加入碳化硅、硅钙铝、AD粉中的至少一种。

本发明的有益效果为：一种对含铬钢直接合金化的方法，包括以下步骤：（1）以铬矿粉中Cr₂O₃的质量m₀为基准，将按照以下公式计算出质量的还原剂与所述铬矿粉混合得到熔融还原混合物，所述公式为：m₁=m₀/w，m₂=3M(1+t)m₀/152，所述m₁为铬矿粉的质量，m₂为还原剂的质量，M为还原剂的摩尔质量，w为铬矿粉中Cr₂O₃的质量百分比含量，t为0.2～0.4；（2）将所述熔融还原混合物加入转炉出钢的温度为1500～1700℃的钢水中，对所述钢水的钢包在压力为0.5～1.5MPa、流量为150～300L/min的条件下吹还原性气体搅拌；（3）待步骤（2）所述熔融还原混合物在所述钢水中充分熔化后，将所述钢包转入LF站，在压力为0.1～0.5MPa、流量为60～150L/min的条件吹所述还原性气体搅拌，在温度1500～1700℃下进行LF钢包炉精炼10～50min。该方法采用铬矿粉熔融还原法在精炼过程中直接进行合金化，铬的收得率大于90%，同时节约资源，降低成本，降低了炼钢过程中所造成的环境污染。

附图说明

图1为铬元素含量变化规律图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

以还原剂为碳粉为例来说明，铬矿粉的有效成分为Cr₂O₃，钢中[C]及渣中溶解C_（S）等脱氧元素对精炼顶渣中的Cr₂O₃进行还原，还原出的Cr作为有益元素进入钢液，主要反应为：

Cr₂O₃+3C_（S）=2Cr+3CO  ΔG^θ=787740-558.97T·J·mol^－1

Cr₂O₃+3[C]=2Cr+3CO  ΔG^θ=719970-462.19T·J·mol^－1

以上反应为吸热反映，LF的不断加热和还原性气氛有利于反映的持续进行。

此种情况下，M=12，将其代入m₂=3M(1+t)m₀/152中得到4.2m₂=(1+t)m₀，t=0.2～0.4，即铬矿粉中Cr₂O₃的质量为碳粉质量的4.2倍，同时在此碳粉用量的基础上加上该用量的20%～40%作为富余量，以保证碳粉能够充分还原铬矿粉。

实施例1

以铬含量要求为0.85～0.92%的40Cr为试验钢种。将350KgCr₂O₃含量为28.52%的铬矿粉与30Kg含碳量大约为93%的碳粉均匀混合配成熔融还原混合物。待盛装70吨转炉出钢1650℃的钢水的钢包进入LF精炼炉的软吹工位后，在压力0.3Mpa、流量80L/min的氩气气氛中软吹。然后将该熔融还原混合物倒入该钢水中，在压力1Mpa、流量210L/min下吹氩气搅拌。在铬渣熔入渣后转入LF精炼工位，在对钢包以0.3～0.4Mpa、流量100L/min底吹氩气的搅拌条件下，开始通电加热精炼。在精炼开始3～4分钟后，以1ｔ钢水为单位，第一次造渣，即一次性加入4kg石灰、2kg精炼渣、0.5～1.0kg萤石，并分批次加入0.5kgSiC和0.5kg硅钙铝，待该渣料熔化10min，对形成的炉渣测温取样化验。根据取样结果，补合金。补加成分时提起电极、氩气强吹(压力0.9Mpa，流量200L/min)，下电极后逐渐降低吹氩强度，调至中吹（即压力0.5Mpa，流量150L/min)。接着，以1ｔ钢水为单位，第二次造渣，一次性加入3kg石灰、不大于0.5kg萤石，并分批次加入0.5kgAD粉、0.5kg硅钙铝，待该渣料熔化10min，对形成的炉渣再次测温取样化验。根据取样结果，补加高碳铬铁、铝和碳等合金，并以3.5米/秒的速度按照1.5～2.0米/（1ｔ钢水）喂入合金线，所述合金的加入量为0.1～0.14kg/（1ｔ钢水）喂合金线。之后，将钢包转至软吹工位后，立即加入钢包覆盖剂60—100kg，严禁出现液面裸露现象，软吹（压力0.25Mpa，流量90L/min)时间不短于10分钟，同时软吹期间严禁补加合金、增碳剂等。

钢包吊离LF站时钢水成分为0.39～0.41%C、0.23～0.28%Si、0.8～0.92%Cr，钢水的温度为1555～11615，最终的增铬量0.096%，收得率大于90%。

实施例2

以40Mn2为试验钢种。将折合约483kg Cr2O3含量为22.50%的干基铬矿粉与40Kg含碳量大约为93%的碳粉均匀混合配成熔融还原混合物。对65吨转炉出钢的1600℃钢水中进行有效饼样3个，经光谱化验得平均残Cr为0.046%，再加入已加入增碳剂100kg、石灰300kg以形成精炼初期渣。将盛装该钢水的钢包进入LF精炼炉的软吹工位后，在压力0.25Mpa、流量90L/min的氩气气氛中软吹。然后将该熔融还原混合物倒入该钢水中，在压力0.9Mpa、流量200L/min下吹氩气搅拌3～4min。在铬渣熔入渣后转入LF精炼工位，在对钢包以0.5Mpa、流量150L/min底吹氩气的搅拌条件下，开始通电加热精炼。在精炼的前5min内，保证精炼初期渣充分熔化，并不加石灰。在精炼开始5min后，70kg碳粉，不加任何其它脱氧剂，主要采用碳还原铬渣。在精炼开始30min后，加入AD粉80kg、钢芯铝50kg，进行渣面终脱氧及补合金调成分。

如图1所示，为铬元素含量变化规律图。铬元素含量的测量是在LF精炼过程中，每5min取1个钢样及1个渣样，钢水中铬元素从吹氩站（加铬渣前至精炼结束）的变化。由该图我们可以发现，钢中铬元素在加入铬渣后，经在氩前强搅拌过程及精炼通电10min，钢中铬含量达到0.141%，之后铬含量变化趋缓，变化很小，峰值最终为0.147%。转炉终点Cr为0.046%，精炼离站Cr为0.147%，可以得到，铬渣净回收Cr0.101%；铬渣干基为483kg左右，铬渣中Cr₂O₃含量约22.5%，折合纯铬约74kg；钢中增Cr为0.101%，按66吨出钢量，折纯铬67kg；由此计算得收得率约90%左右。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种对含铬钢直接合金化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）以铬矿粉中Cr₂O₃的质量m₀为基准，将按照以下公式计算出还原剂与所述铬矿粉的质量，将还原剂和铬矿粉混合得到熔融还原混合物，所述公式为：

m₁=m₀/w，m₂=3M(1+t)m₀/152

所述m₁为铬矿粉的质量，m₂为还原剂的质量，M为还原剂的摩尔质量，w为铬矿粉中Cr₂O₃的质量百分比含量，t为0.2～0.4；

（2）将所述熔融还原混合物加入转炉出钢的温度为1500～1700℃的钢水中，对所述钢水的钢包在压力为0.5～1.5MPa、流量为150～300L/min的条件下吹还原性气体搅拌；

（3）待步骤（2）所述的熔融还原混合物在所述钢水中充分熔化后，将所述钢包转入LF站，在压力为0.1～0.5MPa、流量为60～150L/min的条件吹所述还原性气体搅拌，在温度1500～1700℃下进行LF钢包炉精炼10～50min。

2.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述还原剂为碳粉、硅粉或金属活泼性优于铬的金属单质粉末。

3.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述还原性气体为氩气。

4.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于，步骤（3）所述LF钢包炉精炼包括：

造渣：在所述LF钢包炉精炼开始3～5min后，加入石灰、精炼渣、萤石、碳化硅、硅钙铝、AD粉的渣料中一种或至少两种后熔化10min产生LF炉渣，所述造渣的次数为至少一次；

合金化：造渣后，补加合金成分和/或喂合金线；所述补加合金成分具体为补加Al、Ca、Mg、Si金属元素中的至少一种；所述喂合金线具体为以3.5米/秒的速度按照1.5～2.0米/（1ｔ钢水）喂入合金线，所述喂合金线的合金的加入量为0.1～0.14kg/（1ｔ钢水）。

5.根据权利要求4所述的一种方法，其特征在于，所述LF炉渣中FeO质量百分比含量低于0.5%，粘度为30～80Kg/m.s。

6.根据权利要求4所述的一种方法，其特征在于，所述LF炉渣中CaO与SiO的质量比为3～12。

7.根据权利要求4所述的一种方法，其特征在于，所述渣料熔化时发泡的厚度为250～600mm。

8.根据权利要求4所述的一种方法，其特征在于，所述造渣的次数为2次。

9.根据权利要求4所述的一种方法，其特征在于，所述渣料的加入方式包括一次加入石灰、精炼渣、萤石中的至少一种和分批次加入碳化硅、硅钙铝、AD粉中的至少一种。

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