CN105483321B - 一种真空感应炉加锰矿直接合金化的方法 - Google Patents
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Abstract
一种真空感应炉加锰矿直接合金化的方法，在加入锰矿和还原剂前，真空度按常规控制，碳含量按钢种的中、下限控制，钢液温度按高于钢种上限20℃控制，氧含量按小于0.0030wt％控制；出钢前5min加入锰矿和还原剂，锰矿加入量按原料条件和钢种对锰含量的要求确定，还原剂加入量按钢水、锰矿条件和锰矿加入量确定；加入锰矿和还原剂后，按真空感应炉所能达到的极限真空度控制，并将功率调至最大；真空状态下出钢。本发明可在真空感应炉炼钢过程中采用锰矿代替锰铁合金或金属锰对钢水进行合金化，实现了锰矿在真空感应炉内的直接还原合金化炼钢工艺，无需投资便可有效降低炼钢成本，减少环境污染，锰矿中锰的收得率平均达到66.3％。
Description
技术领域
本发明属于炼钢工艺领域，特别涉及一种真空感应炉在炼钢过程中加锰矿代替锰合金或金属锰进行直接合金化的炼钢方法。
背景技术
锰是钢中的五大元素之一，也是钢铁材料中的重要合金元素，在钢中起到重要的不可替代的作用。目前，真空感应炉在炼钢过程中进行锰合金化的方法是采用含锰的铁合金如锰铁、硅锰铁或金属锰在废钢原料完全熔化后进行锰合金化。这种采用含锰的铁合金或金属锰进行锰合金化的工艺非常成熟，在感应炉炼钢过程中的操作和控制也较容易，锰的收得率高且稳定。但是，锰合金或金属锰价格较贵，炼钢过程中采用锰合金或金属锰进行锰合金化的成本较高，而且熔炼锰合金或金属锰是一个高耗能、高污染的过程，需消耗大量的能源，并造成环境污染。
近年来，随着全世界及我国对环境保护的重视，钢铁企业每年在环保方面的投入越来越大，建设“绿色型钢铁企业”迫在眉睫。另外，由于近几年钢铁行业市场形势非常严峻，“降本增效”成了目前钢铁行业的又一重要课题。面对环保和成本的双重压力，有些企业尝试在转炉炼钢过程中采用锰矿进行直接合金化。因为在转炉炼钢过程中通常也是采用含锰的铁合金如锰铁、硅锰铁或金属锰在出钢或精炼过程中进行锰合金化。但由于转炉钢水和渣的氧化性较高，锰的收得率较低，通常在50％以下。而且添加锰矿会使钢渣的氧化性增加，侵蚀炉衬。另外，转炉采用锰矿直接还原合金化通常还需要配合双渣或双联工艺，增加炼钢成本，降低生产效率。而真空感应炉不存在氧化性气氛，不会增加钢水的氧含量，非常适合锰矿的直接还原合金化。
专利公开号CN 102168160B公开了一种使锰矿直接还原合金化的转炉炼钢工艺，该方案是基于转炉双渣法炼钢工艺，通过减少废钢加入量、采用高枪位软吹操作，倒炉后投入锰矿并减少第二批渣料的加入量等工艺调整方法，实现锰矿在转炉内的直接还原合金化。该专利解决了现有以锰系合金为原料的合金化路线成本高及锰系合金生产过程能耗高、污染大等问题；但锰合金的收得率较低，最高只有47％。
“锰矿还原技术在宝钢转炉上的应用”介绍了宝钢300t转炉采用双联工艺配合进行锰矿直接还原合金化的工艺。该工艺是在脱磷炉采用BRP脱磷工艺，终点磷含量小于目标成品磷的基础上，在脱碳炉内加入锰矿进行直接还原合金化，结果锰的平均收得率为61％。该工艺锰的收得率虽然较高，但需要转炉采取双联工艺配合，因而综合能耗和成本较高。
发明内容
本发明提供一种真空感应炉加锰矿直接合金化的方法，旨在以锰矿代替锰合金或金属锰进行钢水的锰合金化，达到降低炼钢成本、减少环境污染，实现锰矿在真空感应炉内的直接还原合金化。
为此，本发明所采取的解决方案是：
一种真空感应炉加锰矿直接合金化的方法，其特征在于：
1、工艺步骤：加废钢原料→通电加热并抽真空→钢水脱氧及合金化→加锰矿和还原剂→出钢。
2、真空感应炉在加入锰矿和还原剂前，真空度按常规操作控制，碳含量按所炼钢种的中、下限控制，钢液温度按高于所炼钢种上限20℃控制，氧含量按小于0.0030wt％控制。
钢水中的碳含量按照所炼钢种的中、下限控制是为了避免后续加入锰矿和还原剂碳后钢液增碳造成成分不合格。钢液温度按照高于所炼钢种上限20℃控制，是由于钢液加入锰矿和还原剂后会导致温降，而且更高的温度会使锰矿和还原剂熔化更快、反应更加充分。控制钢液氧含量小于0.0030％重量百分比，是使锰矿加入时钢液有一个良好的还原性条件，促进锰矿充分还原，提高锰的收得率。
3、真空感应炉出钢前5min加入锰矿和还原剂，以保证锰矿和还原剂加入后有足够的时间熔化和反应。锰矿加入量按钢水的初始锰含量和温度、锰矿中的锰含量和钢种对锰含量的要求确定，所加入的还原剂为碳，加入量按锰矿中MnO含量、锰矿加入量和能将锰矿中的氧化锰完全还原确定。
4、钢水加入锰矿和还原剂后，将真空感应炉功率调至最大，并按真空感应炉所能达到的极限真空度控制。在加入锰矿和还原剂后迅速将炉子的真空度提升到所能达到的极限真空度，是由于高的真空度更有利于钢液的脱氧，可更大程度地降低钢液及渣中的氧含量，为锰矿的直接还原合金化创造更有利的条件。重要的是高的真空度可增大碳氧反应的强度，使钢中加入的还原剂碳最大程度地还原锰矿使金属锰进入到钢液中，提高锰的收得率。
5、真空感应炉出钢方式为真空状态下进行。真空状态下出钢可保证钢水在出钢过程中不被氧化，更重要的是真空状态下出钢可保证锰矿中已被还原进入钢水中的锰不被氧化，提高锰的收得率。
所述锰矿为富锰矿，其中富锰矿成分中按wt％：TMn≥45％、P≤0.010％、S≤0.010％。富锰矿中锰含量较高，在钢种对锰含量要求不变的情况下，炉内加入的锰矿量较少，避免大量的锰矿加入造成炉子温降太大，也可避免破坏真空度。另外，感应炉料仓较小，不适合加入大量锰矿。更重要的是富锰矿中杂质元素含量较少，可减少对钢液成分的影响，尤其硫、磷含量较低，避免钢液硫、磷含量超标。
本发明的有益效果为：
本发明可在真空感应炉炼钢过程中采用锰矿代替锰铁合金或金属锰对钢水进行合金化，解决了现有工艺中以锰铁合金或金属锰为原料的合金化导致的炼钢生产成本增加和环境污染的问题，实现了锰矿在真空感应炉内的直接还原合金化炼钢工艺。另外，本发明是基于传统真空感应炉冶炼工艺和以不对设备进行改造为前提，因此无需投资便可有效降低炼钢成本，减少环境污染，锰矿中锰的收得率平均达到66.3％，具有显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
本发明真空感应炉加锰矿直接合金化的方法，是在感应炉真空状态下，在出钢前加入锰矿和还原剂，将锰矿还原为金属锰进行钢液的锰合金化。
实施例1
在200kg真空感应炉中熔炼Q235B钢，炼钢原料为IF废钢。废钢成分wt％为：C0.0030％、Si 0.025％、Mn 0.110％、P 0.015％、S 0.010％、Als 0.023％。
其熔炼过程为：将原料废钢80kg加入到炉内，通电加热并抽真空，真空度按常规操作控制。待原料废钢完全熔化后，向钢中加入增碳剂、硅铁等对钢水进行除了锰之外的正常的合金化处理，钢液碳含量按0.16％控制、氧含量按0.0030％控制。然后继续升温，使钢液温度达到1650℃以上。按原料条件和钢种对锰含量的要求加入锰矿1.125kg和还原剂碳0.090kg，然后将炉子真空度调至炉子所能达到的极限真空度6.6×10-2Pa，功率调至炉子的最大功率250kW，继续通电加热5min。最后在真空状态下出钢，将钢水浇注成钢锭，破真空将钢锭取出。锰矿采用富锰矿，其成分见表1。
表1 富锰矿成分wt％
| CaO | SiO2 | MgO | Al2O3 | TFe | TMn | P | S |
| 0.090 | 4.10 | 0.054 | 8.14 | 3.22 | 45.19 | 0.010 | 0.0087 |
采用实施例1冶炼的钢水经检测分析，锰矿中锰的收得率为64.5％。
实施例2
在200kg真空感应炉中熔炼SPCC钢，炼钢原料仍采用IF废钢，锰矿采用富锰矿，废钢与富锰矿成分与实施例1相同。
其熔炼过程为：将原料废钢80kg加入到炉内，通电加热并抽真空，真空度按常规操作控制。待原料废钢完全熔化后，向钢中加入增碳剂、硅铁等对钢水进行除了锰之外的正常的合金化处理，钢液碳含量按0.05％控制、氧含量按0.0025％控制。然后继续升温，使钢液温度达到1660℃以上。按原料条件和钢种对锰含量的要求加入锰矿0.508kg和还原剂碳0.041kg，然后将炉子真空度调至炉子所能达到的极限真空度6.6×10-2Pa，功率调至炉子的最大功率250kW，继续通电加热8min，最后在真空状态下出钢，将钢水浇注成钢锭，破真空将钢锭取出。
采用实施例2冶炼的钢水经检测分析，锰矿中锰的收得率为66.2％。
实施例3
在200kg真空感应炉中熔炼Q235B钢，炼钢原料采用工业纯铁，工业纯铁成分wt％为：C0.0055％、Si 0.018％、Mn 0.097％、P 0.005％、S 0.004％。
其熔炼过程为：将原料废钢80kg加入到炉内，通电加热并抽真空，真空度按常规操作控制。待原料废钢完全熔化后，向钢中加入增碳剂、硅铁等对钢水进行除了锰之外的正常的合金化处理，钢液碳含量按0.15％控制、氧含量按0.0028％控制。然后继续升温，使钢液温度达到1655℃以上。按原料条件和钢种对锰含量的要求加入锰矿1.174kg和还原剂碳0.093kg，然后将炉子真空度调至炉子所能达到的极限真空度6.6×10-2Pa，功率调至炉子的最大功率250kW，继续通电加热10min，最后在真空状态下出钢，将钢水浇注成钢锭，破真空将钢锭取出。锰矿采用富锰矿，成分见表1。
采用实施例3冶炼的钢水经检测分析，锰矿中锰的收得率为68.3％。
实施例的实施效果见表2。
表2 实施例实施效果
| 实施例 | 钢种 | [Mn]初％ | [Mn]终％ | 锰矿加入量kg | 锰收得率％ |
| 1 | Q235B | 0.110 | 0.520 | 1.125 | 64.5 |
| 2 | SPCC | 0.110 | 0.300 | 0.508 | 66.2 |
| 3 | Q235B | 0.097 | 0.550 | 1.174 | 68.3 |
注：[Mn]初％为钢水初始锰含量；[Mn]终％为加锰矿后的钢水终点锰含量。
Claims (2)
1.一种真空感应炉加锰矿直接合金化的方法，其特征在于：
(1)工艺步骤：加废钢原料→通电加热并抽真空→钢水脱氧及合金化→加锰矿和还原剂→出钢；
(2)真空感应炉在加入锰矿和还原剂前，真空度按常规操作控制，碳含量按所炼钢种的中、下限控制，钢液温度按高于所炼钢种上限20℃控制，氧含量按小于0.0030wt％控制；
(3)真空感应炉出钢前5min加入锰矿和还原剂，锰矿加入量按钢水的初始锰含量和温度、锰矿中的锰含量和钢种对锰含量的要求确定，所加入的还原剂为碳，加入量按锰矿中MnO含量、锰矿加入量和能将锰矿中的氧化锰完全还原确定；
(4)钢水加入锰矿和还原剂后，将真空感应炉功率调至最大，并按真空感应炉所能达到的极限真空度控制；
(5)真空感应炉出钢方式为真空状态下进行。
2.根据权利要求1所述的真空感应炉加锰矿直接合金化的方法，其特征在于，所述锰矿为富锰矿，其中富锰矿成分中按wt％：TMn≥45％、P≤0.010％、S≤0.010％。
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