CN105063265B - 一种利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法，采用低硫铁水代替大部分的常规增碳剂用于钢水增碳，利用低硫铁水能够使钢水碳含量增加0.22％～0.25％，节约碳粉2.4kg/吨钢～2.8kg/吨钢，碳粉添加量减少80％～90％，从而使得改进后显著降低了45号钢的生产成本；再者，低硫铁水中碳元素的存在状态与钢水中碳元素的存在状态相近，使得铁水中的碳元素可以快速地，几乎全部地被钢水吸收，均匀地分布在二者混合后得到的钢水中，从而显著地提高了碳收得率。

Description

一种利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其是涉及一种利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法。

背景技术

45号钢为优质碳素结构用钢，广泛用于机械制造，其碳含量为0.42％～0.50％。45号钢调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。

转炉在冶炼45号碳钢时，理论上钢水终点碳含量可以控制在较高水平，但是为了满足终渣流动性和去除钢水中硫、磷及其它夹杂的要求，实际生产中，45号钢的终点碳含量一般控制在0.08％～0.12％。为了使钢水中碳含量符合45号钢的标准要求，在转炉出钢过程中需补加3.3公斤/吨钢左右的碳粉。

用碳粉增碳，鉴于碳粉的价格较高，使得目前的45号钢的生产成本较高，且由于碳粉比重较轻，大量碳粉漂浮在钢液面上，并未被钢水吸收，使得碳收得率较低，增碳效率较低，碳粉浪费严重。

因此，如何改进增碳工艺，降低45号钢的生产成本，提高碳收得率是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法，该方法能够降低45号钢的生产成本，提高碳收得率。

为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法，包括以下步骤：

1)往转炉中装入铁水，控制铁水的实际装入量较标准装入量减少3％～6％；

2)吹炼：按照转炉炼钢工艺吹炼铁水，控制钢水的吹炼终点温度≥1660℃，

控制钢水的吹炼终点磷含量≤0.015％，得到钢水；

3)打开钢包底吹，控制底吹气体流量控制阀开度为15％～20％；

4)将低硫铁水倒入钢包内，控制所述低硫铁水的质量为转炉所加铁水的标准装入量的3％～6％；

5)出钢：转炉出钢先向钢包内加入硅合金和锰合金，最后加入增碳剂，在转炉出钢过程中钢包底吹调到最大，对钢水进行强搅拌，最终得到适于制造45号钢的钢水。

优选的，所述步骤1)中，控制铁水的实际装入量较标准装入量减少4％～5％。

优选的，所述步骤2)中，钢水包含以下重量百分比的组分：0.08％～0.12％的[C]，0～0.003％的[Si]，0.07％～0.15％的[Mn]，0～0.015％的[P]，0～0.030％的[S]。

优选的，所述步骤4)中，低硫铁水是经过KR脱硫处理的高炉铁水。

优选的，所述步骤4)中，低硫铁水的温度为1250℃～1400℃，低硫铁水包含以下重量百分比的组分：4.2％～5.0％的[C]，0.2％～0.7％的[Si]，0.2％～0.5％的[Mn]，0～0.16％的[P]，0～0.015％的[S]。

优选的，所述步骤4)中，控制低硫铁水在出钢前5分钟内全部加入钢包。

优选的，所述步骤5)中，所述硅合金的加入量按钢种规程硅含量要求的中下限控制，

所述锰合金的加入量按钢种规程锰含量要求的中上限控制，

所述增碳剂的加入量按钢种规程碳含量要求的中下限控制。

优选的，所述步骤5)中，见钢流8秒～12秒时开始加入硅合金和锰合金，至出钢1/2时加完，最后加入增碳剂，出钢3/4之前加完。

优选的，所述步骤5)中，所述硅合金为硅铁合金，所述锰合金为高碳锰铁合金，所述增碳剂为碳粉。

本发明的有益技术效果为：

1.本发明采用低硫铁水代替大部分的常规增碳剂用于钢水增碳，利用低硫铁水能够使钢水碳含量增加0.22％～0.25％，节约碳粉2.4kg/吨钢～2.8kg/吨钢，相比于原有工艺的单纯加碳粉，碳粉添加量减少80％～90％，由于低硫铁水在钢铁冶金过程中较易获得，成本较低，从而使得改进后显著降低了45号钢的生产成本；再者，由于低硫铁水与钢水的混合是液—液混合，且低硫铁水中碳元素的存在状态与钢水中碳元素的存在状态相近，使得铁水中的碳元素可以快速地，几乎全部地被钢水吸收，均匀地分布在二者混合后得到的钢水中，从而显著地提高了碳收得率。

2.本发明采用低硫铁水代替大部分的常规增碳剂用于钢水增碳，由于低硫铁水中含有一定量的硅元素和锰元素，在对转炉钢水增碳的过程中，也会出现增硅和增锰，从而降低了后期脱氧合金化过程中所需加入的硅合金和锰合金的质量，降低了45号钢的生产成本。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明提供了一种利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法，包括以下步骤：

1)往转炉中装入铁水，控制铁水的实际装入量较标准装入量减少3％～6％；

2)吹炼：按照转炉炼钢工艺吹炼铁水，控制钢水的吹炼终点温度≥1660℃，

控制钢水的吹炼终点磷含量≤0.015％，得到钢水；

3)打开钢包底吹，控制底吹气体流量控制阀开度为15％～20％；

4)将低硫铁水倒入钢包内，控制所述低硫铁水的质量为转炉所加铁水的标准装入量的3％～6％；

5)出钢：转炉出钢先向钢包内加入硅合金和锰合金，最后加入增碳剂，在转炉出钢过程中钢包底吹调到最大，对钢水进行强搅拌，最终得到适于制造45号钢的钢水。

由于低硫铁水的性质与钢水的截然不同，低硫铁水的温度一般为1250℃～1400℃，而钢水温度为1660℃以上，且低硫铁水含有一定量的对于转炉成品钢水有害的杂质元素，过量的低硫铁水加入到转炉钢水中会对钢水质量造成较大影响，为此，本发明中增碳任务并不是全由低硫铁水来完成，并不是根据转炉钢水中的碳含量以及目标45号钢种的碳含量来计算所需的低硫铁水的质量，而是通过试验，以混合后的钢水的性质指标作为考量对象，例如混合后的钢水温度，确定低硫铁水的适宜添加量，然后计算混合后钢水的成分，根据混合后钢水中的碳含量以及目标45号钢的碳含量来计算后期添加碳粉的质量。本发明在为避免低硫铁水对转炉钢水造成消极影响的前提下，用低硫铁水对转炉钢水进行粗增碳，完成增碳任务的绝大部分，利用碳粉对转炉钢水进行精确增碳，既节省了生产成本和提高了碳元素收得率，又保证了增碳的精确控制。本发明中，控制铁水的实际装入量较标准装入量减少3％～6％，优选的，控制转炉中铁水的实际装入量较标准装入量减少4％～5％，控制低硫铁水的加入量为转炉所加铁水的标准装入量的3％～6％。

实际生产中，低硫铁水温度一般为1250℃～1400℃，而转炉钢水温度为1660℃以上，在混合过程中低硫铁水会吸收转炉钢水的热量，致使本发明中混合后得到的钢包钢水比常规工艺的钢水温降多10℃～12℃，为了确保混合后得到温度合适的钢水，本发明中，提高了转炉钢水的终点温度，控制转炉中钢水的吹炼终点温度≥1660℃。

钢水中的磷元素对45号钢来讲是有害元素，因此45号钢中磷含量越低越好，国标要求45号钢的磷含量≤0.035％。而低硫铁水中磷含量一般为0.10％～0.13％，使得低硫铁水加入转炉钢水后能够使钢水中磷含量增加0.004％～0.006％，为了尽量降低钢水中磷含量，以期提高45号钢的性能，在本发明中，控制钢水的吹炼终点磷含量≤0.015％。

为了进一步降低45号钢的生产成本，提高碳收得率，获得更好的增碳效果，在本发明的一个实施例中，所述步骤2)中，钢水包含以下重量百分比的组分：0.08％～0.12％的[C]，0～0.003％的[Si]，0.07％～0.15％的[Mn]，0～0.015％的[P]，0～0.030％的[S]。

为了进一步降低45号钢的生产成本，提高碳收得率，获得更好的增碳效果，所述步骤4)中，低硫铁水是经过KR脱硫处理的高炉铁水。进一步的，低硫铁水的温度优选为1250℃～1400℃，低硫铁水包含以下重量百分比的组分：4.2％～5.0％的[C]，0.2％～0.7％的[Si]，0.2％～0.5％的[Mn]，0～0.16％的[P]，0～0.015％的[S]。进一步的，控制低硫铁水在出钢前5分钟内全部加入钢包。

转炉出钢先向钢包内加入硅合金和锰合金，最后加入增碳剂，在转炉出钢过程中钢包底吹调到最大，对钢水进行强搅拌，最终得到适于制造45号钢的钢水。优选的，见钢流8秒～12秒时开始加入硅合金和锰合金，主要是用硅合金和锰合金脱除钢水中的氧，以防止钢水中的氧与铁水中的碳发生反应，降低碳的收得率，至出钢1/2时加完。进一步的，所述硅合金的加入量按钢种规程硅含量要求的中下限控制，所述锰合金的加入量按钢种规程锰含量要求的中上限控制。进一步的，硅合金优选为硅铁合金，锰合金优选为高碳锰铁合金。最后加入增碳剂，出钢3/4之前加完。优选的，所述增碳剂的加入量按钢种规程碳含量要求的中下限控制。优选的增碳剂为碳粉。转炉出钢过程中钢包底吹调到最大，主要目的是使钢水和铁水充分混合，以使增碳均匀，提高碳元素的收得率。

硅铁合金的加入量:首先根据转炉钢水的质量及其硅含量和低硫铁水的质量及其硅含量计算混合后钢水的质量及其硅含量，然后再以混合后钢水的质量及其硅含量为基础，利用目标45号钢规定的硅含量的中下限反推得到硅铁合金的加入量。

高碳锰铁合金的加入量:首先根据转炉钢水的质量及其锰含量和低硫铁水的质量及其锰含量计算混合后钢水的质量及其锰含量，然后再以混合后钢水的质量及其锰含量为基础，利用目标45号钢规定的锰含量的中上限反推得到高碳锰铁合金的加入量。

碳粉的加入量:首先根据转炉钢水的质量及其碳含量和低硫铁水的质量及其碳含量计算混合后钢水的质量及其碳含量，然后再以混合后钢水的质量及其碳含量为基础，以及上述高碳锰铁合金的质量及其碳含量，利用目标45号钢规定的碳含量的中下限反推得到碳粉的加入量。

本发明采用低硫铁水代替大部分的常规增碳剂用于钢水增碳，利用低硫铁水能够使钢水碳含量增加0.22％～0.25％，节约碳粉2.4kg/吨钢～2.8kg/吨钢，相比于原有工艺的单纯加碳粉，碳粉添加量减少80％～90％，由于低硫铁水在钢铁冶金过程中较易获得，成本较低，从而使得改进后显著降低了45号钢的生产成本；再者，由于低硫铁水与钢水的混合是液—液混合，且低硫铁水中碳元素的存在状态与钢水中碳元素的存在状态相近，使得铁水中的碳元素可以快速地，几乎全部地被钢水吸收，均匀地分布在二者混合后得到的钢水中，从而显著地提高了碳收得率。

本发明采用低硫铁水代替大部分的常规增碳剂用于钢水增碳，由于低硫铁水中含有一定量的硅元素和锰元素，在对转炉钢水增碳的过程中，也会出现增硅和增锰，从而降低了后期脱氧合金化过程中所需加入的硅合金和锰合金的质量，降低了45号钢的生产成本。

本发明未详尽说明的原料、方法及装置等均为现有技术。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

1)转炉的标准装入量为150吨，往转炉中装入143吨铁水和废钢；

2)吹炼：按照转炉炼钢工艺吹炼铁水，得到133.83吨钢水，所得钢水的性质数据见表1；

3)打开钢包底吹，控制底吹气体流量控制阀开度为15％；

4)在出钢前5分钟内将7吨低硫铁水全部倒入钢包内，所用低硫铁水的性质数据见表2；

5)出钢：按照上述方法计算，硅铁合金中硅含量为75％，硅元素的收得率按88％计，得硅铁合金的加入量为420kg；高碳锰铁合金中锰含量为69％，高碳锰铁合金中锰元素的收得率按95％计，得高碳锰铁合金的加入量为1100kg；碳粉中碳含量为98％，高碳锰铁合金中碳含量为7.0％，碳元素的收得率按95％计，得碳粉的加入量为90kg；转炉出钢见钢流8秒～12秒时向钢包内开始加入硅铁合金和高碳锰铁合金，至出钢1/2时加完；最后加入增碳剂碳粉，出钢3/4之前加完；在转炉出钢过程中钢包底吹调到最大，对钢水进行强搅拌，最终得到140.83吨适于制造45号钢的钢水，其性质数据见表3。

所加碳粉量比原有工艺单纯加碳粉增碳所需的碳粉量减少了82.55％，

硅铁合金添加量比原有工艺减少了9.1％，

高碳锰铁合金加入量比原有工艺减少了2.9％，

所得45号钢的钢水符合国标要求，所加低硫铁水并未影响45号钢的成分。

实施例2

1)转炉的标准装入量为150吨，往转炉中装入143吨铁水和废钢；

2)吹炼：按照转炉炼钢工艺吹炼铁水，得到132.76吨钢水，所得钢水的性质数据见表1；

3)打开钢包底吹，控制底吹气体流量控制阀开度为18％；

4)在出钢前5分钟内将7.5吨低硫铁水全部倒入钢包内，所用低硫铁水的性质数据见表2；

5)出钢：按照上述方法计算，硅铁合金中硅含量为75％，硅元素的收得率按88％计，得硅铁合金的加入量为410kg；高碳锰铁合金中锰含量为69％，高碳锰铁合金中锰元素的收得率按95％计，得高碳锰铁合金的加入量为1060kg；碳粉中碳含量为98％，高碳锰铁合金中碳含量为7.0％，碳元素的收得率按95％计，得碳粉的加入量为50kg；转炉出钢见钢流8秒～12秒时向钢包内开始加入硅铁合金和高碳锰铁合金，至出钢1/2时加完；最后加入增碳剂碳粉，出钢3/4之前加完；在转炉出钢过程中钢包底吹调到最大，对钢水进行强搅拌，最终得到140.83吨适于制造45号钢的钢水，其性质数据见表3。

所加碳粉量比原有工艺单纯加碳粉增碳所需的碳粉量减少了87.38％，

硅铁合金添加量比原有工艺减少了8.57％，

高碳锰铁合金加入量比原有工艺减少了2.1％，

所得45号钢的钢水符合国标要求，所加低硫铁水并未影响45号钢的成分。

实施例3

1)转炉的标准装入量为150吨，往转炉中装入143吨铁水废钢；

2)吹炼：按照转炉炼钢工艺吹炼铁水，得到132.76吨钢水，所得钢水的性质数据见表1；

3)打开钢包底吹，控制底吹气体流量控制阀开度为20％；

4)在出钢前5分钟内将7.2吨低硫铁水全部倒入钢包内，所用低硫铁水的性质数据见表2；

5)出钢：按照上述方法计算，硅铁合金中硅含量为75％，硅元素的收得率按88％计，得硅铁合金的加入量为413kg；高碳锰铁合金中锰含量为69％，高碳锰铁合金中锰元素的收得率按95％计，得高碳锰铁合金的加入量为1120kg；碳粉中碳含量为98％，高碳锰铁合金中碳含量为7.0％，碳元素的收得率按95％计，得碳粉的加入量为80kg；转炉出钢见钢流8秒～12秒时向钢包内开始加入硅铁合金和高碳锰铁合金，至出钢1/2时加完；最后加入增碳剂碳粉，出钢3/4之前加完；在转炉出钢过程中钢包底吹调到最大，对钢水进行强搅拌，最终得到139.96吨适于制造45号钢的钢水，其性质数据见表3。

所加碳粉量比原有工艺单纯加碳粉增碳所需的碳粉量减少了81.58％，

硅铁合金添加量比原有工艺减少了10.66％，

高碳锰铁合金加入量比原有工艺减少了1.57％，

所得45号钢的钢水符合国标要求，所加低硫铁水并未影响45号钢的成分。

表1 实施例中转炉钢水的性质数据

表2 实施例中所用低硫铁水的性质数据(wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Cu	Ni
									实施例1	4.86	0.45	0.32	0.124	0.010	0.021	0.015	0.012
实施例2	4.72	0.38	0.35	0.135	0.012	0.024	0.014	0.012
									实施例3	4.91	0.50	0.29	0.118	0.009	0.019	0.009	0.010

表3 实施例中制得的45号钢的钢水的性质数据(wt％)

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (8)

1.一种利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)往转炉中装入铁水，控制铁水的实际装入量较标准装入量减少3％～6％；

2)吹炼：按照转炉炼钢工艺吹炼铁水，控制钢水的吹炼终点温度≥1660℃，

控制钢水的吹炼终点磷含量≤0.015％，得到钢水；

3)打开钢包底吹，控制底吹气体流量控制阀开度为15％～20％；

4)将低硫铁水倒入钢包内，控制所述低硫铁水的质量为转炉所加铁水的标准装入量的3％～6％；

5)出钢：转炉出钢先向钢包内加入硅合金和锰合金，最后加入增碳剂，在转炉出钢过程中钢包底吹调到最大，对钢水进行强搅拌，最终得到适于制造45号钢的钢水；

所述步骤5)中，见钢流8秒～12秒时开始加入硅合金和锰合金，至出钢1/2时加完，最后加入增碳剂，出钢3/4前加完。

2.根据权利要求1所述的利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法，其特征在于，所述步骤1)中，控制铁水的实际装入量较标准装入量减少4％～5％。

3.根据权利要求1所述的利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法，其特征在于，所述步骤2)中，钢水包含以下重量百分比的组分：0.08％～0.12％的[C]，0～0.003％的[Si]，0.07％～0.15％的[Mn]，0～0.015％的[P]，0～0.030％的[S]。

4.根据权利要求1所述的利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法，其特征在于，所述步骤4)中，低硫铁水是经过KR脱硫处理的高炉铁水。

5.根据权利要求1所述的利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法，其特征在于，所述步骤4)中，低硫铁水的温度为1250℃～1400℃，低硫铁水包含以下重量百分比的组分：4.2％～5.0％的[C]，0.2％～0.7％的[Si]，0.2％～0.5％的[Mn]，0～0.16％的[P]，0～0.015％的[S]。

6.根据权利要求1所述的利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法，其特征在于，所述步骤4)中，控制低硫铁水在出钢前5分钟内全部加入钢包。

7.根据权利要求1所述的利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法，其特征在于，所述步骤5)中，所述硅合金的加入量按钢种规程硅含量要求的中下限控制，

所述锰合金的加入量按钢种规程锰含量要求的中上限控制，

所述增碳剂的加入量按钢种规程碳含量要求的中下限控制。

8.根据权利要求1所述的利用低硫铁水对45号钢进行增碳的方法，其特征在于，所述步骤5)中，所述硅合金为硅铁合金，所述锰合金为高碳锰铁合金，所述增碳剂为碳粉。