CN103667690A

CN103667690A - 铬钼金属自还原球团及其制备和直接合金化钢液的方法

Info

Publication number: CN103667690A
Application number: CN201310683198.3A
Authority: CN
Inventors: 李桂荣; 曹磊; 王宏明; 赵加爱
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-12-16
Also published as: CN103667690B

Abstract

本发明涉及合金钢冶炼，特别涉及铬钼金属自还原球团及其制备和直接合金化钢液的方法。球团各组分按质量百分比计算为：高碳铬铁粉40-65%、氧化钼粉15-40%、还原剂5-15%、助熔剂3-5%。在电炉或转炉出钢过程中向钢包添加这种自还原球团产品，在高温钢水以及球团内还原剂的作用下，球团内的金属元素得到有效还原，即对钢水进行直接合金化；将该自还原球团产品应用于含Cr、Mo元素的不锈钢、耐磨钢等合金钢的冶炼，既可以省去生产钼铁的工序，又可以实现Cr、Mo元素的一次性添加，降低添加合金元素成本，缩短冶炼周期，同时拓宽了高碳铬铁的使用范围，此外还能解决炼钢过程中Mo元素添加沉降难、挥发大的问题。

Description

铬钼金属自还原球团及其制备和直接合金化钢液的方法

技术领域

本发明涉及合金钢冶炼，属于金属材料领域，特别涉及铬钼金属自还原球团及其制备和直接合金化钢液的方法。

背景技术

随工业的迅速发展，钢铁材料使用日益广泛，对钢铁材料的性能提出更多更高的要求；在碳钢的基础上添加某一种或某几种一定量的合金元素构成的合金钢，在使用性能和方法性能上进一步得到改善；Cr、Mo元素作为重要的合金化元素，常用于提高合金钢的强度、弹性、韧性、耐磨性、抗腐蚀性能，广泛用于不锈钢、耐磨钢的生产；此外铬钼钢及铬钼复合材料具有良好的抗氧化和热强性能，在石油、化工等行业的应用日益广泛。

合金钢的冶炼主要是通过添加铁合金和金属单质的形式加入钢液，但铁合金冶炼过程具有能耗高、对环境污染严重的特点，开发不使用铁合金或者少用铁合金的合金钢冶炼方法具有重大战略意义；现代炼钢生产中Cr主要是通过铬铁添加到钢中，但是高碳铬铁含碳过高也给其使用范围带来限制；而Mo的添加则是用氧化钼块替代钼铁，但是Mo的添加存在挥发损失大的问题；如何把炼钢生产中Cr、Mo元素的合金化一次性完成，以及如何提高合金元素收得率，是本发明要解决的问题，没有检索到相关专利或文献报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型铬钼金属添加剂，可作为生产含Cr、Mo钼元素的不锈钢、耐磨钢的合金化原料以及用于相关合金钢冶炼后期成分调整方法，可实现Cr、Mo元素的一次性添加，减少钼元素的挥发损失，提高铬钼合金元素的收得率和一次合金化成分达标率。

实现本发明的技术方案特征是：

铬钼金属自还原球团，各组分按质量百分比计算为：高碳铬铁粉40-65%、氧化钼粉15-40%、还原剂5-15%、助熔剂3-5%。

所述的高碳铬铁粉含50-65wt%的Cr，6-9.5wt%的C，余量为铁和不可避免的杂质。

所述的氧化钼粉为含50.53-55.32wt%Mo的钼焙砂，余量为SiO₂氧化铁等不可避免的杂质。

所述的还原剂可以为Al、Si、Mn、Ca、Mn-Fe、Si-Fe、Si-Ca中的任一种。

所述的助熔剂为CaF₂。

铬钼金属自还原球团的制备方法是：先将高碳铬铁粉、氧化钼粉、还原剂、助熔剂分别经过破碎研磨成50-200目的粉料，然后按比例混料，添加有机粘结剂，混匀后送至Φ20 mm × 20 mm的球团机上压制成球，烘干后待用。

所述的有机粘结剂为葡萄糖溶液，添加量为球团总重量的2-4%，葡萄糖溶液的质量浓度为50%。所述烘干温度为200℃，烘干时间为2-3h。

一种铬钼合金自还原球团直接合金化炼钢方法，具体步骤包括：在电炉或转炉出钢过程中向钢包添加这种铬钼金属自还原球团，在高温钢水以及球团内还原剂的作用下，球团内的金属元素钼得到还原，对钢水进行直接合金化。

本发明的一种铬钼金属自还原球团直接合金化炼钢方法的使用特征在于：将自还原球团经过充分烘干后分批多次加入到钢水包中，自还原球团的加入量是废钢总量的3±0.3%；具体方法为：在电炉或转炉出钢过程中，待出钢1/4时开始添加自还原球团，出钢3/4时加入完毕。

在高温钢水（1600-1700℃）作为热源的情况下，球团内部温度快速上升；由热力学数据可知，Al、Si、Ca、Fe这些还原剂与氧化钼的反应的开始还原温度均低于1000℃，所以氧化钼在球团内还原剂的作用下得到快速还原得到Mo并扩散至钢液中；随着温度的不断升高，还原剂熔化完全，即还原剂活度增大，同时铬铁开始熔化（铬铁熔点1500℃以上），铬铁中的自由碳作为还原剂参与Mo的还原反应；以上因素均有利于还原反应的彻底进行，同时有利于Mo向钢液中扩散。

对于Mo的挥发问题，首先由于钢水的覆盖保护作用，Mo的挥发大大降低；再次由于转炉或电炉出钢温度较高，保证了氧化钼的快速还原；此外，不断浇注的钢水也对球团产生一定的冲刷效果，加速球团升温，加快还原反应进行；该方法有效提高了Mo的金属收得率。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：

1）将自还原球团产品应用于炼钢生产，完成Cr、Mo元素的一次性添加；既可以省去生产钼铁的工序，又可以降低添加合金元素成本，缩短冶炼周期；同时拓宽了高碳铬铁的使用范围。

2）直接将高碳铬铁和氧化钼球加工成自还原球团，加入钢包进行合金化，Cr、Mo金属回收率稳定在95%以上，说明该方法具有很好的社会和经济效益。

3）本发明得到的自还原球团产品有效的解决了钢厂在氧化钼球添加过程中氧化钼球难以下沉至铁液导致挥发损失严重的问题。

4）本发明中自还原球团分批多次添加，不但利用了钢液的高温特点，而且减少了传统方法造渣合金化等问题，且相对增大氧化钼还原反应速率，所以不但改善了劳动强度而且提高了Mo的收得率。

综上所述，本发明提供了一种铬钼金属自还原球团直接合金化炼钢方法是一种低能耗、环保、高效生产方法，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施实例对本发明的具体实施方式做进一步的描述；实施实例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

实施例1：用自还原球团冶炼12CrMo钢

自还原球团成分配比：45%高碳铬铁、40%氧化钼、10%Mn铁、5%CaF₂；其中高碳铬铁中Cr和C的含量分别为55%Cr，8%C，余量为Fe和不可避免的杂质；氧化钼为含54 wt%Mo的钼焙砂，余量为SiO₂、氧化铁等不可避免的杂质；所用Mn铁为60wt%Mn的锰铁。

铬钼金属自还原球团的制备方法是：先将高碳铬铁粉、氧化钼粉、还原剂、助熔剂分别经过破碎研磨成100目的粉料，然后按比例混料，添加球团总重量4%的葡萄糖溶液作粘结剂，葡萄糖溶液的质量浓度为50%，混匀后送至Φ20 mm × 20 mm的球团机上压制成球，在200℃下经过2.5小时烘干后待用；

在额定容量5t的电弧炉中冶炼，前期冶炼废钢4t，沿用传统方法在出钢前除Cr、Mo元素外其他元素均达到出钢成分要求，在出钢1/4时开始向钢包中添加自还原球团，出钢3/4时结束添加，总计添加球团110kg；取样检测产品成分完全符合GBT3077-1999合金结构钢标准相关12CrMo成分要求，且Cr、Mo金属收得率分别达到99.1%、97.8%。

实施例2：用自还原球团冶炼16CrMo钢

自还原球团成分配比：65%高碳铬铁、30%氧化钼、10%Si铁、5%CaF₂；其中高碳铬铁中Cr和C的含量分别为60%Cr，9%C，余量为Fe和不可避免的杂质；氧化钼为含55 wt%Mo的钼焙砂，余量为SiO₂、氧化铁等不可避免的杂质；所用Si铁为60wt%Si的硅铁。

铬钼金属自还原球团的制备方法是：先将高碳铬铁粉、氧化钼粉、还原剂、助熔剂分别经过破碎研磨成200目的粉料，然后按比例混料，添加球团总重量3%的葡萄糖溶液作粘结剂，葡萄糖溶液的质量浓度为50%，混匀后送至Φ20 mm × 20 mm的球团机上压制成球，在200℃下经过3小时烘干后待用；

在额定容量5t的电弧炉中冶炼，前期冶炼废钢4t，沿用传统方法在出钢前除Cr、Mo元素外其他元素均达到出钢成分要求，在出钢1/4时开始向钢包中添加自还原球团，出钢3/4时结束添加，总计添加球团120kg；取样检测产品成分完全符合GBT3077-1999合金结构钢标准相关16CrMo成分要求，且Cr、Mo金属收得率分别达到98.9%、98.1%。

Claims

1.铬钼金属自还原球团，其特征在于：各组分按质量百分比计算为：高碳铬铁粉40-65%、氧化钼粉15-40%、还原剂5-15%、助熔剂3-5%。

2.如权利要求1所述的铬钼金属自还原球团，其特征在于：所述的高碳铬铁粉含50~65wt%的Cr，6~9.5wt%的C，余量为铁和不可避免的杂质。

3.如权利要求1所述的铬钼金属自还原球团，其特征在于：所述的氧化钼粉为含50.53~55.32wt%Mo的钼焙砂，余量为SiO₂、氧化铁等不可避免的杂质。

4.如权利要求1所述的铬钼金属自还原球团，其特征在于：所述的还原剂为Al、Si、Mn、Ca、Mn-Fe、Si-Fe和Si-Ca中的任一种；所述的助熔剂为CaF₂。

5.如权利要求1所述的铬钼金属自还原球团的制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤：

（1）先将高碳铬铁粉、氧化钼粉、还原剂、助熔剂分别经过破碎研磨成50-200目的粉料；

（2）分别称取物料，按比例混料，添加粘结剂，混匀后送至Φ20 mm × 20 mm的球团机上压制成球，烘干后待用。

6.如权利要求5所述的铬钼金属自还原球团的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的有机粘结剂为葡萄糖浆，添加量为球团总重量的2-4%，葡萄糖浆的质量百分浓度为50%。

7.如权利要求5所述的铬钼金属自还原球团的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的烘干温度为200℃，烘干时间为2-3h。

8.如权利要求1所述的铬钼金属自还原球团的直接合金化炼钢方法，其特征在于具体步骤如下：在电炉或转炉出钢过程中向钢包添加铬钼金属自还原球团，在高温钢水以及球团内还原剂的作用下，球团内的金属元素钼得到还原，对钢水进行直接合金化。

9.如权利要求8所述的铬钼金属自还原球团的直接合金化炼钢方法，其特征在于：将自还原球团经过充分烘干后分批多次加入到钢水包中，自还原球团的加入量为废钢总量的3±0.3%；在电炉或转炉出钢过程中，待出钢1/4时开始添加自还原球团，出钢3/4时加入完毕。