CN109680115A - 一种用于钢水的脱氧及微合金化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：向顶底复吹转炉顶部吹氧气，底吹惰性气体进行冶炼，或电炉中钢水底吹惰性气体进行冶炼，待主要化学成分合格后，底部以惰性气体为载气喷吹脱氧剂进行精炼，待钢水中[O]≤200ppm时，底部以惰性气体为载气向钢水中喷吹合金粉对钢水进行微合金化处理，所述合金粉的喷吹量≤10kg/t钢水；本发明通过底吹惰性气体向钢水中喷吹脱氧剂使钢水脱氧后，再喷吹合金粉进行直接微合金化，使钢水成分更加均匀，为钢铁材料生产中微合金元素的直接微合金化提供了一种全新的思路，可以有效地使钢铁材料中得到以固溶形式存在的微合金化元素，从而提升钢的性能。
Description
技术领域
本发明涉及顶底复吹转炉炼钢工艺技术领域，具体涉及一种用于钢水的脱氧及微合金化方法。
背景技术
微合金化元素通常指在原有主加合金元素基础上，添加微量的铌、钒、钛等碳氮化物形成元素、稀土元素及硼元素等，从而对力学性能有影响，或对耐蚀性、耐热性起作用；现代钢铁生产过程中，由于低氧低硫和高纯净冶炼技术的不断发展，为微合金化元素的微合金化作用发挥提供了必要的前提条件。
早在20世纪40年代，日本、美国、德国等相继在电炉、平炉和感应炉上研究应用采用钨矿粉代替钨铁合金进行直接还原合金化，直接微合金化的研究就此拉开序幕；20世纪70年代，美国在工业生产上用氧化钼代替钼铁进行炼钢时的合金化；20世纪80年代，日本率先进行了大量的铬矿熔融还原方面的研究，并应用于工业生产；川上正博在感应炉上利用Si和C还原了粉末状的铬矿；家田幸冶等人在顶底复吹转炉上利用焦炭还原铬矿；从20世纪90年代至今我国已相继进行了直接合金化方面的研究；高运明等人在实验室中模拟了转炉出钢过程中的氧化钼直接合金化过程，苗治民等人在上钢五厂30t电炉冶炼GCr15轴承钢时采用铬矿直接合金化工艺，马钢在冶炼搪瓷用钢06VTi时，采用钒渣代替钒铁在转炉内进行直接合金化，济钢在10t转炉钢包中采用喷射铌精矿的方式进行冶炼含铌低合金钢实验，试验结果表明Nb的回收率可达76％以上；但是上述直接合金化其本质都是在转炉炼钢阶段加入合金元素的氧化物，再利用还原剂将氧化物还原成单质态金属的过程，虽然少了冶炼中间合金的过程，但是氧化物仍然需要人为获取，而且在加入时直接加入氧化物，由于氧化物的密度较小，首先会上浮造渣，往往与后面加入的还原剂不能充分接触反应，因此并未真正在生产现场普及使用，同时从概念上，现存的直接合金化的理论都是从转炉炼钢开始，这是整个冶炼过程的中间阶段，且往材料中加入合金的方法，主要是加入中间合金、纯金属或者是转炉阶段加入氧化物再还原，然而由于有些元素例如稀土元素的化学性质非常活泼，极易氧化，在人工加入时非常容易被氧化而导致烧损现象，使加入后的收得率很低，而且绝大多数以氧化物形式存在，几乎难以发挥微合金化作用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：向顶底复吹转炉顶部吹氧气，底吹氮气或氩气进行冶炼，或向电炉中钢水底吹氩气进行冶炼，待顶底复吹转炉或电炉内钢水的主要化学成分[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]合格后，底部以氮气或氩气为载气喷吹脱氧剂进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氮气或氩气为载气向钢水中喷吹合金粉对钢水进行微合金化处理，其中，所述合金粉的加入量≤10kg/t钢水。
优选的，所述顶底复吹转炉转炉顶吹氧气流量为1.5～4.5m3/(t·min)，底吹氮气或氩气流量为1.5～3.0m3/(t·min)；所述电炉底吹氩气流量为0.3～1.5m3/(t·min)。
优选的，所述合金粉的加入总量为0.03-10kg/t钢水。
优选的，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比为：C：3.0-4.5％(转炉)或0.1-1.0％(电炉)；Si≤1.5％；Mn≤1.0％；P≤0.05％；S≤0.05％；铁水温度≥1200℃。
优选的，所述合金粉为钒、铌、铬、锰、硅锰粉或钛合金粉中的一种或多种。
优选的，所述脱氧剂为铝粉、矽粉、硅粉、钙粉、硅锰粉或钡粉中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明在顶底复吹转炉或电炉冶炼过程中，通过底部喷吹合金粉，在底吹气体的搅拌作用下，使铁水成分和温度更均匀、吹炼更平稳，同时合金粉可利用铁水温度进行直接微合金化，为钢铁材料生产中微合金元素的直接微合金化提供了一种全新的思路，可以有效地使钢铁材料中得到以固溶形式存在的微合金化元素，从而发挥微合金化作用。
(2)通过调整顶底复吹转炉中氧气与氮气或氩气的流量比，使熔池温度均匀化、改善了冶炼动力学条件，提高了吹炼效率。
(3)本发明首先通过底吹元件以底吹惰性气体为载气向钢水中喷吹脱氧剂对钢水进行脱氧，通过喷吹方式，脱氧剂与钢水混合更加均匀，从而使钢水成分及温度更加均匀，为后续微合金化提供更有利的条件，提高微合金化效果。
(4)本发明钢水的脱氧及微合金化方法生产过程安全，材料来源简单易得，工业生产时容易进行，资源配置利用合理等特点。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明；除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
本实施例采用顶底复吹K-OBM-S转炉，该炉的容积为90t，顶吹氧最大流量200m3/min；底吹气体最大流量60m3/min。
本实施例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度≥1200℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C4.0％；Si 0.60％；Mn0.70％；P 0.02％；S 0.04％；顶部氧枪吹氧，炉底以氮气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氮气为载气向钢水中喷吹钒合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为2.0m3/(t·min)，底吹氮气流量为2.5m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
实施例2
本实施例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度≥1200℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C4.0％；Si 0.60％；Mn0.70％；P 0.02％；S 0.03％；顶部氧枪吹氧，炉底以氮气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氮气为载气向钢水中喷吹钒合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为2.0m3/(t·min)，底吹氮气流量为2.5m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为0.03kg/t钢水。
实施例3
本实施例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度≥1200℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C4.0％；Si 0.60％；Mn0.70％；P 0.02％；S 0.03％；顶部氧枪吹氧，炉底以氮气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氮气为载气向钢水中喷吹钒合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为2.0m3/(t·min)，底吹氮气流量为2.5m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为10kg/t钢水。
实施例4
本实施例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度≥1200℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C 3.0％；Si 1.5％；Mn 1.0％；P 0.05％；S 0.05％；顶部氧枪吹氧，炉底以氮气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氮气为载气向钢水中喷吹钒合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为1.5m3/(t·min)，底吹氮气流量为3.0m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
实施例5
本实施例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度≥1200℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C4.0％；Si 0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.03％；顶部氧枪吹氧，炉底以氮气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氮气为载气向钢水中喷吹钒合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为4.5m3/(t·min)，底吹氮气流量为1.5m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
实施例6
本实施例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度≥1200℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C4.0％；Si 0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.04％；顶部氧枪吹氧，炉底以氮气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氮气为载气向钢水中喷吹铌合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为2.0m3/(t·min)，底吹氮气流量为2.5m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
实施例7
本实施例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度≥1200℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C4.0％；Si 0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.04％；顶部氧枪吹氧，炉底以氮气为载气喷吹钙粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氮气为载气向钢水中喷吹锰合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为2.0m3/(t·min)，底吹氮气流量为2.5m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
实施例8
本实施例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度≥1200℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，在钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C4.0％；Si 0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.04％；顶部氧枪吹氧，炉底以氮气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氮气为载气向钢水中喷吹钛合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为2.0m3/(t·min)，底吹氮气流量为2.5m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
实施例9
本实施例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度≥1200℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，在钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C4.0％；Si 0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.04％；顶部氧枪吹氧，炉底以氮气为载气喷吹矽粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氮气为载气向钢水中喷吹铬合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为2.0m3/(t·min)，底吹氮气流量为2.5m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
实施例10
本实施例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：对电炉中温度≥1550℃钢水进行取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C 0.5％；Si0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.04％；炉底以氩气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氩气为载气向钢水中喷吹钒合金粉对钢水进行微合金化处理，底吹氩气流量为1.0m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
实施例11
本实施例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：对电炉中温度≥1550℃钢水进行取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C 0.1％；Si0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.03％；炉底以氩气为载气喷吹硅粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氩气为载气向钢水中喷吹钒合金粉对钢水进行微合金化处理，底吹氩气流量为0.3m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为0.03kg/t钢水。
实施例12
本实施例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：对电炉中温度≥1550℃钢水进行取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C 1.0％；Si0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.03％；炉底以氩气为载气喷吹钡粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氩气为载气向钢水中喷吹钒合金粉对钢水进行微合金化处理，底吹氩气流量为1.5m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为10kg/t钢水。
实施例13
本实施例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：对电炉中温度≥1550℃钢水进行取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C 0.5％；Si0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.04％；炉底以氩气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氩气为载气向钢水中喷吹铌合金粉对钢水进行微合金化处理，底吹氩气流量为1.0m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
对比例1
本对比例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度≥1200℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C4.0％；Si 0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.04％；顶部氧枪吹氧，炉底以氮气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氮气为载气向钢水中喷吹铌合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为2.0m3/(t·min)，底吹氮气流量为2.5m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为11kg/t钢水。
对比例2
本对比例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度≥1200℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C4.0％；Si 0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.04％；顶部氧枪吹氧，炉底以氮气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]＞200ppm时，底部以氮气为载气向钢水中喷吹铌合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为2.0m3/(t·min)，底吹氮气流量为2.5m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
对比例3
本对比例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度≥1200℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C4.0％；Si 0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.04％；顶部氧枪吹氧，炉底以氮气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氮气为载气向钢水中喷吹铌合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为4.8m3/(t·min)，底吹氮气流量为1.2m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
对比例4
本对比例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度≥1200℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C4.0％；Si 0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.04％；顶部氧枪吹氧，炉底吹氮气，进行冶炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氮气为载气向钢水中喷吹铌合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为2.0m3/(t·min)，底吹氮气流量为2.5m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
对比例5
本对比例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度≥1200℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C4.0％；Si 0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.04％；顶部氧枪吹氧，炉底以氮气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部吹氮气冶炼，并直接向钢水中加入钒合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为2.0m3/(t·min)，底吹氮气流量为2.5m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
对比例6
本对比例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度为1100℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C4.0％；Si 0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.04％；顶部氧枪吹氧，炉底以氮气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氮气为载气向钢水中喷吹钒合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为2.0m3/(t·min)，底吹氮气流量为2.5m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
对比例7
本对比例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：将温度≥1200℃铁水兑入顶底复吹转炉，对钢水取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C4.0％；Si 0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.04％；顶部氧枪吹氧，炉底以氮气为载气向钢水中喷吹钒合金粉对钢水进行微合金化处理，顶吹氧气流量为2.0m3/(t·min)，底吹氮气流量为2.5m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
对比例8
本对比例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：对电炉中温度≥1550℃钢水进行取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C 0.5％；Si0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.04％；炉底以氩气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氩气为载气向钢水中喷吹钒合金粉对钢水进行微合金化处理，底吹氩气流量为0.2m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
对比例9
本对比例提供一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，包括如下步骤：对电炉中温度≥1550℃钢水进行取样分析，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比分别为：C 0.5％；Si0.60％；Mn 0.70％；P 0.02％；S 0.04％；炉底以氩气为载气喷吹铝粉进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氩气为载气向钢水中喷吹钒合金粉对钢水进行微合金化处理，底吹氩气流量为1.8m3/(t·min)；其中，所述合金粉的加入总量为5kg/t钢水。
试验例
本发明实施例1～13、对比例1～9提供的转炉微合金化脱氧方法后制得的微合金化钢的力学性能进行测试，具体结果见表1。
表1微合金化钢的力学性能、低温冲击性能
由上表结果可知：实施例1条件下，钢水脱氧及微合金化后制得的微合金化钢的力学性能最佳，而改变合金粉的加入量、或者改变合金粉的材质、或者改变顶吹氧气、底吹氮气或氩气的流量，均会影响转炉或电炉炼钢后制得的微合金化钢的力学性能，不利于发挥最佳的微合金化效果；加入脱氧剂对钢水进行脱氧处理后再进行微合金化更有利于提高合金化钢的性能。
以上所述，仅为本发明的说明实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，做出的若干改进和补充也应视为本发明的保护范围；凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，利用以上所揭示的技术内容做出的些许更改、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所做的任何等同变化的更改、修饰与演变，均仍属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，其特征在于，包括如下步骤：向顶底复吹转炉顶部吹氧气，底吹氮气或氩气进行冶炼，或向电炉中钢水底吹氩气进行冶炼，待顶底复吹转炉或电炉内钢水的主要化学成分[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]合格后，底部以氮气或氩气为载气喷吹脱氧剂进行精炼，当钢水中[O]≤200ppm时，底部以氮气或氩气为载气向钢水中喷吹合金粉对钢水进行微合金化处理，其中，所述合金粉的加入量≤10kg/t钢水。
2.根据权利要求1所述的一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，其特征在于，所述顶底复吹转炉顶吹氧气流量为1.5～4.5m3/(t·min)，底吹氮气或氩气流量为1.5～3.0m3/(t·min)；所述电炉底吹氩气流量为0.3～1.5m3/(t·min)。
3.根据权利要求1所述的一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，其特征在于，所述合金粉的加入总量为0.03-10kg/t钢水。
4.根据权利要求1所述的一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，其特征在于，钢水中C、Si、Mn、P与S的质量百分比为：所述顶底复吹转炉中C：3.0-4.5％；所述电炉中C：0.1-1.0％；Si≤1.5％；Mn≤1.0％；P≤0.05％；S≤0.05％；铁水温度≥1200℃。
5.根据权利要求1所述的一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，其特征在于，所述合金粉为钒、铌、铬、锰、硅锰粉或钛合金粉中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种用于钢水的脱氧及微合金化方法，其特征在于，所述脱氧剂为铝粉、矽粉、硅粉、钙粉、硅锰粉或钡粉中的一种或多种。
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