CN106636540B - 一种氧化锰和氧化钼同时直接合金化的电炉炼钢工艺 - Google Patents

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Abstract

一种氧化锰和氧化钼同时直接合金化的电炉炼钢工艺，属于炼钢技术领域.冶炼工艺为：配料：根据冶炼钢种的要求，准备氧化锰、氧化钼、还原剂以及其他原料；补炉；装料：首先在电炉底部加入石灰、小料、轻薄料等底料，然后将氧化锰、氧化钼与还原剂破碎混匀后，加入到底料的上方；随后加入废钢，再兑入铁水；熔化：将固体炉料熔化成液体；氧化期和还原期冶炼；出钢。优点在于，易于操作，有效利用氧化物中的锰、钼元素，降低了生产成本，减少CO2的排放，提高了经济效益和环境效益。

Description

一种氧化锰和氧化钼同时直接合金化的电炉炼钢工艺
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种氧化锰和氧化钼同时直接合金化的电炉炼钢工艺。
背景技术
将氧化物代替铁合金用于炼钢生产，可以降低生产成本，国内外科研工作者针对氧化锰和氧化钼直接合金化炼钢工艺进行了大量的研究。在这些研究的基础上，氧化锰直接合金化技术和氧化钼直接合金化技术得到广泛的发展。
氧化锰直接合金化工艺可用于转炉、RH精炼炉、真空感应炉(锰矿直接合金化应用于转炉炼钢工艺，CN105838843A；一种真空感应炉加锰矿直接合金化的方法，CN105483321A；一种RH精炼过程加锰矿合金化方法，CN104561451A)。氧化锰直接合金化工艺操作简单易行，但是在实际生产过程中，氧化锰的收得率为5％～70％，收得率随渣量和钢液碳含量的变化而大幅波动，因此氧化锰直接合金化工艺大多用于钢液锰含量的小幅调整。(KANEKO Toshiyuki,MATSUZAKI Takafumi,KUGIMIYA Teiji et al.Improvement ofMn Yield in Less Slag Blowing at BOF by Use of Sintered Manganese Ore,Tetsu-to-Haganel993,79(8):941-947；蒋晓放,陈兆平.宝钢少渣炼钢的实践,第十二届全国炼钢学术会议论文集.沈阳:东北大学出版社，2002:115；赵中福、李小明、沈继胜.转炉炼钢加锰矿提高终点锰含量的试验研究,炼钢,2010,26(1):40～43)。
氧化钼直接合金化工艺可用于转炉、电炉、AOD炉(陈伟庆,周荣章,朱立新,等.氧化钼用于转炉炼钢合金化[J].钢铁,1995(s1):26-31；李正邦,郭培民,张和生,等.白钨矿和氧化钼直接还原合金化的理论分析及工业试验[J].钢铁,1999,34(10):20-23；马登,郭培民,庞建明,等.氧化钼直接合金化冶炼316L不锈钢的理论分析及工业试验[J].钢铁,2014,49(8):27-30)。在氧化钼直接合金化的过程中，钼元素的收得率比较稳定，通常可达90％以上。但是氧化钼直接合金工艺也受到制约，这主要是氧化钼的挥发。MoO3熔点为795℃、沸点为1155℃；MoO3在熔化前就已开始升华，当温度达900～1100℃时，蒸发非常快。在炼钢温度下，如果不加保护措施，70％的MoO3将会变为气体而降低钼元素的收得率。一般情况下，通常将CaO等添加剂加入氧化钼中，作为阻尼剂抑制氧化钼的挥发，完成直接合金化过程(刘吉刚.氧化钼直接合金化炼钢工艺:CN,CN103469049A[P].2013；杨红岗,李建民,王建昌,等.一种氧化钼混料压块直接合金化的方法:,CN102994743A[P].2013；刘瑞宁,薛正良,王恭亮,等.用于炼钢合金化的钼或钒的氧化物压块的制备方法:,CN102605140A[P].2012)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化锰和氧化钼同时直接合金化的电炉炼钢工艺，解决了氧化锰直接合金化工艺和氧化钼直接合金化工艺的技术难题，在电炉中生产含Mn和Mo元素。
为实现氧化锰和氧化钼的同时直接合金化，本发明采用交流电弧炉，冶炼工艺包括以下步骤：
(1)配料：根据冶炼钢种的要求，将氧化钼、氧化锰和还原剂混匀，并准备其他原料
(2)补炉；
(3)装料：首先在电炉底部加入石灰、小料、轻薄料等底料，然后将氧化锰、氧化钼与还原剂破碎混匀后，加入到底料的上方；随后加入废钢，再兑入铁水；
(4)熔化：将固体炉料熔化成液体；
(5)氧化期和还原期冶炼：根据钢种成分，补加锰铁合金和钼铁合金；
(6)出钢。本发明提出了用氧化锰和氧化钼分别取代锰铁和钼铁炼钢的方法，易于操作，降低了生产成本，减少了冶炼环节，减少CO2的排放，提高经济效益和环境效益。
所述的氧化锰是锰含量为30wt％～50wt％的富锰矿或锰含量为20wt％～30wt％的贫锰矿，经破碎后粒度为0.5mm以下；所述的氧化钼粉为含50.53wt％～55.32wt％Mo的钼焙砂，粒度为100目以上。
所述的氧化锰的加入量是根据终点目标锰含量要求确定，按MnO计为每吨钢加3kg～30kg；所述的氧化钼的加入量是根据终点目标锰含量要求确定，按MoO3计为每吨钢加3kg～75kg。
所述还原剂为碳粉、石墨粉或者硅铁粉，粒度为100目以上，还原剂的加入量为氧化锰和氧化钼全部还原所需的还原剂的量。
氧化钼加入量的计算方法为：(w1*mFe-mMo)/w2，氧化锰加入量的计算方法为：(w3*mFe-mMn)/w4。
其中，w1-冶炼钢种要求的钼含量，％；mFe-钢液质量，t；mMo-其他原料带入得钼元素的质量，t；w2-氧化钼矿中的钼元素含量，％。
w3-冶炼钢种要求的锰含量，％；mFe-钢液质量，t；mMn-其他原料带入的锰元素的质量，t；w4-氧化钼锰矿中的锰元素含量，％。
本发明的基本原理是通过氧化锰、氧化钼之间的化合反应以及还原剂和氧化钼、氧化锰之间的自还原反应，实现锰钼元素的快速直接合金化，在直接合金化的过程中，发生的主要反应有：
MnO+MoO3＝MnMoO4 (1)
3C+MoO3＝Mo+3CO (2)
C+MnO＝Mn+CO (3)
4C+MnMoO4＝Mn+MO+4CO (4)
或者：
MnO+MoO3＝MnMoO4 (5)
3Si+2MoO3＝2Mo+3SiO2 (6)
2Si+2MnO＝2Mn+SiO2 (7)
2Si+MnMoO4＝Mn+MO+2SiO2 (8)
本发明易于在生产中操作，能够同时实现氧化锰和氧化钼的快速直接合金化，降低生产过程的渣量，大幅降低含锰钼元素钢种的生产成本。
具体实施方式
实施例1：冶炼022Cr19Ni5Mo3Si2N不锈钢
一种氧化锰和氧化钼同时直接合金化的电炉炼钢方法，采用30t电弧炉冶炼022Cr19Ni5Mo3Si2N不锈钢(钢种的锰含量为1％，钼含量为3％)，钢液成分的电炉冶炼工艺包括以下步骤：
(1)配料：首先准备直接合金化用料，由钼焙砂筛分，得到粒度为100目以上的钼焙砂1.75吨(钼含量为51.3％)；准备0.7吨富锰矿(锰含量为43.1％)，经破碎后粒度为0.5mm以下和410kg的石墨粉(含碳量为98.7％)；将钼焙砂、富锰矿和石墨粉混匀，制作为直接合金化混合料备用；然后准备其他原料，如废钢和其它合金剂等；(2)补炉(3)装料：首先在电炉底部加入石灰、小料、轻薄料等底料，然后将步骤(1)制作而成的直接合金化混合料加入到底料的上方；随后加入15t废钢，再兑入15t的铁水；(4)熔化：将固体炉料熔化成液体；(5)进行氧化期和还原期冶炼，得到钢水中的锰含量为0.35％，钼含量为2.81％；(6)出钢，加锰铁合金和钼铁合金锰铁，将钢液中的锰含量和钼含量调整至目标含量。
实施例2：冶炼12Cr12Mo耐热钢
一种氧化锰和氧化钼同时直接合金化的电炉炼钢方法，采用30t电弧炉冶炼12Cr12Mo耐热钢(钢种的锰含量为0.5wt％，钼含量为0.6wt％)，钢液成分的电炉冶炼工艺包括以下步骤：
(1)配料：首先准备直接合金化用料，由钼焙砂筛分，得到粒度为100目以上的钼焙砂350kg(钼含量为51.3％)；准备360kg富锰矿(锰含量为43.1％)，经破碎后粒度为0.5mm以下和100kg的石墨粉(含碳量为98.7％)；将钼焙砂、富锰矿和石墨粉混匀，制作为直接合金化混合料备用；然后准备其他原料，如废钢和其它合金剂等；(2)补炉(3)装料：首先在电炉底部加入石灰、小料、轻薄料等底料，然后将步骤(1)制作而成的直接合金化混合料加入到底料的上方；随后加入15t废钢，再兑入15t的铁水；(4)熔化：将固体炉料熔化成液体；(5)进行氧化期和还原期冶炼，得到钢水中钼含量为0.55wt％，锰含量为0.18wt％；(6)出钢，加锰铁合金和钼铁合金锰铁，将钢液中的锰含量和钼含量调整至目标含量。
实施例3：008Cr30Mo2不锈钢
一种氧化锰和氧化钼同时直接合金化的电炉炼钢方法，采用30t电弧炉冶炼008Cr30Mo2不锈钢(钢种的锰含量为0.3wt％，钼含量为2.0wt％)，钢液成分的电炉冶炼工艺包括以下步骤：
(1)配料：首先准备直接合金化用料，即：①1.17t钼焙砂，粒度为100目以上，钼含量为51.3％，②210kg富锰矿，锰含量为43.1％，经破碎后粒度为0.5mm以下，③380kg的75％硅铁粉(含硅量为75wt％)；将钼焙砂、富锰矿和石墨粉混匀，制作为直接合金化混合料备用；然后准备其他原料，如废钢和其它合金剂等；(2)补炉(3)装料：首先在电炉底部加入石灰、小料、轻薄料等底料，然后将步骤(1)制作而成的直接合金化混合料加入到底料的上方；随后加入15t废钢，再兑入15t的铁水；(4)熔化：将固体炉料熔化成液体；(5)进行氧化期和还原期冶炼，得到钢水中钼含量为1.83wt，锰含量为0.087wt％；(6)出钢，加锰铁合金和钼铁合金锰铁，将钢液中的锰含量和钼含量调整至目标含量。

Claims (3)

1.一种氧化锰和氧化钼同时直接合金化的电炉炼钢工艺，其特征在于，工艺步骤如下：
(1)配料：根据冶炼钢种的成分要求，将氧化锰、氧化钼和还原剂破碎、研磨、混匀，并准备其他原料；
(2)补炉；
(3)装料：首先在电炉底部加入石灰、小料、轻薄料底料，然后将氧化锰、氧化钼与还原剂的混合物，加入到底料的上方；随后加入废钢，再兑入铁水；
(4)熔化：将固体炉料熔化成液体；
(5)氧化期和还原期冶炼：根据钢种成分，补加锰铁合金和钼铁合金；
(6)出钢；
所冶炼的钢种钼含量为5wt％以下，锰含量为2wt％以下；
所述的氧化钼为含50.53wt％～55.32wt％Mo的钼焙砂，为钼铁合金替代料，呈粉末状，粒度为100目以上；
氧化锰是锰含量为30wt％～50wt％的富锰矿或锰含量为20wt％～30wt％的贫锰矿，氧化锰为锰铁合金替代料、氧化钼挥发抑制剂和化渣剂，呈块状，经破碎后粒度为50目以上,0.5mm以下；所述还原剂为碳粉、石墨粉或者硅铁粉，粒度为100目以上。
2.根据权利要求1所述的电炉炼钢工艺，其特征在于，氧化钼粉加入量的计算方法为：(w1× mFe-mMo)/w2，氧化锰矿加入量的计算方法为：(w3× mFe-mMn)/w4；
其中，w1-冶炼钢种要求的钼含量，％；mFe-钢液质量，t；mMo-其他原料带入得钼元素的质量，t；w2-氧化钼矿中的钼元素含量，％；w3-冶炼钢种要求的锰含量，％；mFe-钢液质量，t；mMn-其他原料带入的锰元素的质量，t；w4-氧化锰矿中的锰元素含量，％。
3.根据权利要求1所述的电炉炼钢工艺，其特征在于，还原剂的加入量为氧化锰和氧化钼全部直接还原所耗还原剂的质量。
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