CN106086314B - 一种低成本生产高锰钢的精炼方法 - Google Patents

一种低成本生产高锰钢的精炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低成本生产高锰钢的精炼方法，该精炼方法分别在转炉出钢前和钢水精炼过程中加入锰合成渣，并在钢水精炼过程中加入还原剂进行脱硫处理，并加入添加料。按本发明方法制得的高锰钢，其磷杂质含量明显降低，生产高锰钢的过程明显降低了成本，而且减少了锰铁合金的使用，避免了生产锰铁合金时造成污染或消耗过多的劳动力。

Description

一种低成本生产高锰钢的精炼方法
技术领域
本发明涉及高锰钢精炼技术领域，尤其涉及一种低成本生产高锰钢的精炼方法。
背景技术
高锰钢是抗冲击磨损的典型耐磨钢，用于制造球磨机衬板、锤式破碎机锤头等抗冲击抗磨损的铸件。其中含碳0.9％～1.45％、含锰11％～14％的ZGMn13是经典耐磨钢的主要牌号。高锰钢的合金元素含量较高，需要加入的合金量较多，冶炼消耗的成本较高。由于加入的锰合金中含有的有害元素磷含量较高，不利于高锰钢中磷的去除。因此，寻求一种减少合金加入量，降低钢中磷含量的方法有利于提高高锰钢的洁净度水平。
高锰钢冶炼常用方法有氧化法和返回法。氧化法需用大量价格高的低磷锰铁，成本较高；返回法可用大量的高锰钢返回料，成本较低，但返回法无法去磷，钢液含磷高，对铸件的性能有较大影响。中国专利(申请号CN 101191173 A低硅高锰钢的冶炼方法)公开了一种低硅高锰钢的精炼方法，控制钢中的硅含量；中国专利(申请号CN 103642966 A提高冶炼高碳高锰钢转炉终点碳含量的方法及炼钢方法)公开了一种提高冶炼高碳高锰钢转炉终点碳含量的方法；中国专利(申请号CN 103146980 A一种利用EBT电弧炉返回法生产高锰钢的控磷工艺)公开了一种利用EBT电弧炉返回法生产高锰钢中冶炼过程中控磷工艺；中国专利(申请号CN 102758066 A一种用锰矿石在LF炉合金化的方法)公开了一种在LF炉内加锰矿石的方法。然而，对于在减少锰合金加入量同时降低钢中磷含量的专利几乎没有涉及。因此，发明一种低成本高锰洁净钢的精炼工艺对于高锰钢的生产具有非常重要的意义。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种低成本生产高锰钢的精炼方法，用以解决现有高锰钢精炼方法无法处理磷杂质和成本较高的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种低成本生产高锰钢的精炼方法，该精炼方法包括：
S1、在转炉出钢前，向钢包内加入锰合成渣和焦炭，并随钢包一起进行烘烤；
S2、将转炉出钢得到的钢水注入钢包，并按每吨钢加入2kg的比例，加入石灰；
S3、在钢水精炼过程中，现将钢水加热至1600℃，再加入锰合成渣和石灰，进行脱磷处理；
S4、向钢水精炼渣中加入铝粉、碳化硅作为还原剂，同时搅拌，直至精炼渣变为灰白色；
S5、向钢水中加入中碳锰铁，完成钢水精炼过程。
锰合成渣的原料按锰合成渣总重量的百分比为：锰矿粉或高锰渣80-90％、石灰石粉0-10％、无烟煤或焦炭10-20％。
锰合成渣的制作方法为：将各种原料烘干、破碎、磨细后，利用高压压制成球状或制成包芯线。
当高锰钢的成分按重量百分比为：锰a％、碳b％、硅c％时，所述精炼方法加入的原料按每1吨高锰钢为：
步骤S1和S4锰合成渣总量29*x千克；步骤S5中碳锰铁总量31.2*(a-x)千克；步骤S4铝粉总量0.167*a千克；步骤S3石灰总量12.2*x千克；步骤S4碳化硅总量4.3+2.9*x千克；
a、b、c为预设成分的百分数，x为锰合成渣提供的锰的百分数，并且x大于等于2、a-x大于等于2；
锰合成渣、中碳锰铁、铝粉、石灰、碳化硅的使用量的误差均为±10％。
精炼方法步骤S1中，加入的锰合成渣的质量为使用的锰合成渣总质量的50％、加入的焦炭的质量为每吨高锰钢加入1千克焦炭；精炼方法步骤S3中加入剩余50％的锰合成渣。
碳化硅可用碳粉和硅粉的混合物代替，碳粉与硅粉的质量比为1：2。
精炼方法步骤S3、S4中，在钢包底部进行吹氩作业，吹氩强度为0.001-0.01Nm3·t-1·min-1。
较优的，精炼方法步骤S3、S4中，在钢包底部进行吹氩作业，吹氩强度为0.008Nm3·t-1·min-1。
精炼方法步骤S4中，保持精炼渣的碱度大于3.0，保持加热温度为1500-1600℃。
较优的，精炼方法步骤S4中，保持精炼渣的碱度大于3.0，保持加热温度为1550℃。
本发明有益效果如下：
1.与氧化法、返回法冶炼相比，冶炼一炉高锰钢若用合成渣替代20-60％锰合金中的锰估计可节省成本26.95～158.35元/t钢。
2.在精炼过程中减少锰合金加入量的同时脱除50％以上的钢水磷含量，这是其他方法所不具备的。中国专利(申请号CN 102758066 A一种用锰矿石在LF炉合金化的方法)出钢过程脱氧，把粒度5-80mm的锰矿石加入钢包后，由于较大粒度的锰矿熔化需要一定的时间和消耗热量，之后直接用还原剂还原，精炼过程中钢中的氧势较低，几乎不具备脱磷的能力。而本专利出钢过程不脱氧或弱脱氧，精炼过程中钢中的氧势较高，加入的合成渣易熔化，形成炉渣碱度大于3的炉渣，温度控制在1550℃，促使钢水的脱磷率可在50％以上，是专利CN 102758066 A做不到的。
3.节省大量的锰合金，减少锰合金生产中的污染和劳动力的消耗，这是其他专利，如中国专利(申请号CN 103146980 A一种利用EBT电弧炉返回法生产高锰钢的控磷工艺)所做不到的。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的特征和优点从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
下面具体描述本发明的优选实施例，用于阐释本发明的原理。
在500kg感应炉对高锰钢的冶炼和精炼方法进行实践。设计的高锰钢的主要成分为：C 1.0-1.4％；Mn 11-14％；Si 0.3-1.0％；P≤0.09％；S≤0.04％。采用石灰、含锰合成渣、锰铁合金、铝、SiC等还原剂，对高锰钢进行冶炼，以期获得生产低成本高锰钢的方法。
实施例一
S1、在转炉出钢前，向钢包内加入18.75kg锰合成渣和0.2kg焦炭，并随钢包一起进行烘烤；
S2、将转炉出钢得到的钢水注入钢包，并0.4kg加入石灰；
S3、在钢水精炼过程中，现将钢水加热至1600℃，再加入18.75kg锰合成渣和12.7kg石灰，进行脱磷处理；
S4、向钢水精炼渣中加入0.4kg铝粉、4.33kg碳化硅作为还原剂，同时搅拌，直至精炼渣变为灰白色；
S5、向钢水中加入12.5kg中碳锰铁完成钢水精炼过程。
其中锰合成渣的原料为：30kg锰矿粉、1.39kg石灰、6.92kg焦炭；将各种原料烘干、破碎、磨细后，利用高压压制成球状。
精炼方法步骤S3、S4中，在钢包底部进行吹氩作业，吹氩强度为0.008Nm3·t-1·min-1。
精炼方法步骤S4中，保持精炼渣的碱度大于3.0，保持加热温度为1550℃。
步骤S1转炉出钢前的钢水取样1，步骤S3结束后对钢水取样2，步骤S4结束后对钢水取样3，步骤S5结束后对钢水取样4。取样结果如表1所示。
表1实施例一取样结果
样号 温度/℃ C Mn Si P Al
1 1340 3.5％ 0.4％ 0.4％ 0.09％ 0
2 1600 0.52％ 0.03％ 0 0.020％ 0
3 1550 0.70％ 6.45％ 0.30％ 0.01％ 0.027％
4 1530 0.85％ 12.0％ 0.32％ 0.008％ 0.022％
精炼过程中所使用的原料：锰合成渣(含Mn 47.8％,价格1288元/吨)；石灰(有效CaO≧90％，价格为600元/吨)；炼钢脱氧辅料8-20目铝粒(含Al 96-99％，价格为11000元/吨)；碳化硅(SiC 85-98％，价格3900元/吨)；中碳锰铁(Mn 78％、C 2％，价格为7000元/吨)；电费按0.52元/kwh计算。
在精炼过程中，加入锰合成渣37.5kg(可以替代锰铁合金18.76kg)，Al块0.4kg，石灰14.58kg，碳化硅4.33kg，中碳锰铁12.50kg，电耗增加41kwh。以上项可节省成本31.67元，折合成吨钢成本可节省158.35元/t钢。
实施例二
S1、在转炉出钢前，向钢包内加入12.5kg锰合成渣和0.2kg焦炭，并随钢包一起进行烘烤；
S2、将转炉出钢得到的钢水注入钢包，并0.4kg加入石灰；
S3、在钢水精炼过程中，现将钢水加热至1600℃，再加入12.5kg锰合成渣和9.1kg石灰，进行脱磷处理；
S4、向钢水精炼渣中加入0.4kg铝粉、3.17kg碳化硅作为还原剂，同时搅拌，直至精炼渣变为灰白色；
S5、向钢水中加入18.76kg中碳锰铁完成钢水精炼过程。
其中锰合成渣的原料为：21.5kg锰矿粉、0.21kg石灰、3.29kg焦炭；将各种原料烘干、破碎、磨细后，利用高压压制成球状。
精炼方法步骤S3、S4中，在钢包底部进行吹氩作业，吹氩强度为0.008Nm3·t-1·min-1。
精炼方法步骤S4中，保持精炼渣的碱度大于3.0，保持加热温度为1550℃。
步骤S1转炉出钢前的钢水取样1，步骤S3结束后对钢水取样2，步骤S4结束后对钢水取样3，步骤S5结束后对钢水取样4。取样结果如表2所示。
表2实施例二取样结果
样号 温度/℃ C Mn Si P Al
1 1350 3.5％ 0.42％ 0.4％ 0.09％ 0
2 1620 0.63％ 0.05％ 0 0.021％ 0
3 1552 0.53％ 4.30％ 0.28％ 0.009％ 0.025％
4 1520 0.92％ 12.2％ 0.34％ 0.010％ 0.022％
精炼处理过程中所使用的原料：含锰合成渣(含Mn 47.8％,价格1288元/吨)；石灰(有效CaO≧90％，价格为600元/吨)；炼钢脱氧辅料8-20目铝粒(含Al 96-99％，价格为11000元/吨)；碳化硅(SiC 85-98％，价格3900元/吨)；中碳锰铁(Mn 78％、C 2％，价格为7000元/吨)；电费按0.52元/kwh计算。
在精炼过程中，加入含锰合成渣25kg(可以替代锰铁合金12.5kg)，Al块0.4kg，石灰9.71kg，碳化硅3.17kg，中碳锰铁18.76Kg，电耗增加27kwh。以上项可节省成本18.54元，折合成吨钢成本可节省92.7元/t钢。
实施例三
S1、在转炉出钢前，向钢包内加入6.25kg锰合成渣和0.2kg焦炭，并随钢包一起进行烘烤；
S2、将转炉出钢得到的钢水注入钢包，并0.4kg加入石灰；
S3、在钢水精炼过程中，现将钢水加热至1600℃，再加入6.25kg锰合成渣和4.46kg石灰，进行脱磷处理；
S4、向钢水精炼渣中加入0.4kg铝粉、2.02kg碳化硅作为还原剂，同时搅拌，直至精炼渣变为灰白色；
S5、向钢水中加入25.01kg中碳锰铁完成钢水精炼过程。
其中锰合成渣的原料为：11.25kg锰矿粉、1.25kg焦炭；将各种原料烘干、破碎、磨细后，利用高压压制成球状。
精炼方法步骤S3、S4中，在钢包底部进行吹氩作业，吹氩强度为0.008Nm3·t-1·min-1。
精炼方法步骤S4中，保持精炼渣的碱度大于3.0，保持加热温度为1550℃。
步骤S1转炉出钢前的钢水取样1，步骤S3结束后对钢水取样2，步骤S4结束后对钢水取样3，步骤S5结束后对钢水取样4。取样结果如表3所示。
表3实施例三取样结果
精炼处理过程中所使用的原料：含锰合成渣(含Mn 47.8％,价格1288元/吨)；石灰(有效CaO≧90％，价格为600元/吨)；炼钢脱氧辅料8-20目铝粒(含Al 96-99％，价格为11000元/吨)；碳化硅(SiC 85-98％，价格3900元/吨)；中碳锰铁(Mn 78％、C 2％，价格为7000元/吨)；电费按0.52元/kwh计算。
在精炼过程中，加入含锰合成渣12.5kg(可以替代锰铁合金6.25kg)，Al块0.4kg，石灰4.86kg，碳化硅2.02kg，中碳锰铁25.01kg，电耗增加14kwh。以上项可节省成本5.39元，折合成吨钢成本可节省26.95元/t钢。
综上所述，本发明实施例提供了一种低成本生产高锰钢的精炼方法，本发明方法与氧化法、返回法冶炼相比，冶炼一炉高锰钢若用合成渣替代20-60％锰合金中的锰估计每吨产品可节省成本26.95-158.35元；本发明出钢过程不脱氧或弱脱氧，精炼过程中钢中的氧势较高，加入的合成渣易熔化，形成炉渣碱度大于3的炉渣，温度控制在1550℃，促使钢水的脱磷率可在50％以上；本发明节省大量的锰合金，减少锰合金生产中的污染和劳动力的消耗。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低成本生产高锰钢的精炼方法，其特征在于，所述精炼方法包括：
S1、在含锰钢转炉出钢前，向钢包内加入锰合成渣和焦炭，并随钢包一起进行烘烤；
S2、将转炉出钢得到的钢水注入钢包，并按每吨钢加入2kg的比例，加入石灰；
S3、在钢水精炼过程中，先将钢水加热至1600℃，再加入锰合成渣和石灰，进行脱磷处理；
S4、向钢水精炼渣中加入铝粉、碳化硅作为还原剂，同时搅拌，直至精炼渣变为灰白色；
S5、向钢水中加入中碳锰铁完成钢水精炼过程；
所述锰合成渣的原料按锰合成渣总重量的百分比为：锰矿粉或高锰渣80-90％、石灰石粉0-10％、无烟煤或焦炭10-20％。
2.根据权利要求1所述的精炼方法，其特征在于，所述锰合成渣的制作方法为：将各种原料烘干、破碎、磨细后，利用高压压制成球状或制成包芯线。
3.根据权利要求1-2任一所述的精炼方法，其特征在于，当高锰钢的成分按重量百分比为：锰a％、碳b％、硅c％时，所述精炼方法加入的原料按每1吨高锰钢为：
步骤S1和S3锰合成渣总量29*x千克；步骤S5中碳锰铁总量31.2*(a-x)千克；步骤S4铝粉总量0.167*a千克；步骤S3石灰总量12.2*x千克；步骤S4碳化硅总量4.3+2.9*x千克；
a、b、c为预设成分的百分数，x为锰合成渣提供的锰的百分数，并且x大于等于2、a-x大于等于2；
锰合成渣、中碳锰铁、铝粉、石灰、碳化硅的使用量的误差均为±10％。
4.根据权利要求3所述的精炼方法，其特征在于，所述精炼方法步骤S1中，加入的锰合成渣的质量为使用的锰合成渣总质量的50％、加入的焦炭的质量为每吨高锰钢加入1千克焦炭；所述精炼方法步骤S3中加入剩余50％的锰合成渣。
5.根据权利要求1或4所述的精炼方法，其特征在于，所述碳化硅可用碳粉和硅粉的混合物代替，碳粉与硅粉的质量比为1：2。
6.根据权利要求1所述的精炼方法，其特征在于，所述精炼方法步骤S3、S4中，在钢包底部进行吹氩作业，吹氩强度为0.001-0.01Nm3·t-1·min-1。
7.根据权利要求1所述的精炼方法，其特征在于，所述精炼方法步骤S3、S4中，在钢包底部进行吹氩作业，吹氩强度为0.008Nm3·t-1·min-1。
8.根据权利要求1或6或7所述的精炼方法，其特征在于，所述精炼方法步骤S4中，保持精炼渣的碱度大于3.0，保持加热温度为1500-1600℃。
9.根据权利要求1或6或7所述的精炼方法，其特征在于，所述精炼方法步骤S4中，保持精炼渣的碱度大于3.0，保持加热温度为1550℃。
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