CN109762958B

CN109762958B - 一种冶炼含钨高速钢的工艺

Info

Publication number: CN109762958B
Application number: CN201910240813.0A
Authority: CN
Inventors: 李亚波; 宋金鹏; 柴剑; 诸葛飞虎; 巢玉琴; 陈静
Original assignee: Danyang Coinch Special Steel Co ltd; Jiangsu University
Current assignee: Danyang Shuguang New Material Technology Co ltd; Jiangsu University
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: CN109762958A

Abstract

本发明涉及高速钢，特指一种冶炼含钨高速钢的工艺。本发明将研磨后的白钨精矿、还原剂和粘结剂按照一定比例混合压制造球，干燥后备用。先添加部分钢铁料填充中频炉膛体积的1/3，按照配料方案，钨精矿球团称量后装入顶部带孔的铁皮桶中吊入炉内，向炉内加入石灰和萤石造渣，然后继续添加钢铁料将炉膛填满，通电冶炼。钢铁料全部熔化后，向渣面添加铝粉进一步还原。采用本发明，中频炉内钨精矿中的钨元素回收率可以达到95％以上。钨精矿中钨元素以外的其它成分进入到炉渣中，与加入的石灰、萤石、铝粉还原后的产物共同构成了冶炼后期的炉渣，具有扩散脱氧、脱硫的效果，在保障了钨元素的回收率的同时，还起到了精炼渣的作用，提高了钢水质量。

Description

一种冶炼含钨高速钢的工艺

技术领域

本发明涉及高速钢，特指一种冶炼含钨高速钢的工艺。

背景技术

钨在高速钢中扮演了重要的角色，提高了钢的硬度、耐磨性和红硬性，高速钢中钨含量较高，例如最常见的M2高速钢中钨含量达到了6％左右。同时，钨元素是稀有金属，还是重要的战备资源，价格昂贵，近年来每吨钨金属的价格达到25万元以上。钨金属、钨合金的采购成本占高速钢企业采购成本的一大部分。钨元素在自然界中一般以钨矿的形式存在，钨金属或钨合金由钨矿冶炼而来，钨合金的生产是高耗能、高污染的行业，属于国家严格控制的行业。

根据冶金原理，钨钼矿可以在钢铁冶炼时在冶炼炉内被其他元素(如Si、Mn、C等)还原，可以直接采用钨矿、钼矿替代钨钼合金冶炼高速钢。利用钨钼氧化物的直接合金化工艺，国外早有研究，最早就用钼氧化物代替钼铁做实验。日本现以钼氧化物直接合金化冶炼含钼钢的量已占钼钢总量的80％。钨氧化物在炼钢中的应用始于40年代的加拿大，之后在美国、德国、日本和前苏联相继应用于电炉、平炉和感应炉中，代替部分钨铁进行合金化，但国外钨矿资源贫乏，现在仍多用钨铁冶炼含钨钢。

我国冶金工作者自60年代起就进行了钨矿直接合金化的研究，并进行了一定规模的工业性试验，取得了一定的成果。但是实验都是在电炉内进行的，在电炉内，钨等合金元素容易挥发，回收率不稳定，回收率低时成本反而高于采用钨合金炼钢，所以该工艺一直未得到推广应用。

利用钨矿替代钨合金，可以缩短工艺流程，节能降耗，减少排放，符合国家的产业政策，并可为高速钢企业节约成本。我国的钨矿资源居世界第一位，为钨矿直接在钢铁冶金中的应用提供了得天独厚的条件，研究钨矿在炼钢炉内的直接合金化技术，具有重大的科学价值和现实意义。

发明内容

针对上述问题，本发明专利研究了钨矿直接炼钢过程中的物理化学，制定了采用白钨精矿替代钨合金在中频炉内冶炼含钨高速钢的工艺。

一种采用白钨精矿替代钨合金中频炉内冶炼含钨高速钢的工艺，其特征如下：

(1)本发明采用的钨矿为白钨精矿，矿石品位折合WO₃含量≥65％。白钨精矿主要成分为CaWO₄，还原后CaO进入到渣中，不会携带其它合金元素；而黑钨精矿主要成分为MnWO₄，还原后Mn元素会大部分进入到钢液中，导致钢水Mn含量超标。

(2)本发明采用的冶炼炉为中频炉，钨矿中的钨元素回收率达到95％以上。高速钢一般都属于高合金钢，通常采用返回料冶炼回收其中的有价合金元素。电弧炉采用电弧加热，电弧下区域的温度超过2000℃，容易造成合金元素的挥发烧损，导致合金元素的回收率过低，有时电弧炉还会采用吹氧的手段，加剧了这一现象。从这方面来说，中频炉是最适用于冶炼高速钢的设备，尤其对于易挥发的钨元素的回收，中频炉占据了更大的优势。

(3)本发明钨矿中钨元素被还原进入到钢水中，其它成分进入到渣，与石灰、萤石、后期加入的铝粉还原产物共同构成了中频炉的后期炉渣，起到扩散脱氧、脱硫的作用，提高了钢水质量。

本发明中所指的含量、纯度、配比均指质量分数或质量比例。

利用白钨精矿冶炼含钨高速钢的主要工艺步骤如下：

A、白钨精矿与还原剂造球

将钨矿进行粉碎筛选，要求造球的钨矿粉粒度达到50目以上(颗粒直径<0.27mm)；还原剂采用碳化硅，纯度80％以上，粒度100目以上(颗粒直径<0.15mm)；粘结剂采用水玻璃。配料比例(质量百分数)按照矿粉80％～85％，还原剂12％～15％，粘结剂5％，混匀压制造球，造球粒度1～2cm。球团在使用前在200℃烘箱内烘烤2小时以上。

B、炼钢工艺如下：

a)、先添加部分废钢料填充中频炉膛体积的1/3，按照配料方案，钢中钨元素控制目标以企业内控标准的中限为准，钨精矿球团中的钨元素回收率按照95％计算，称量后装入顶部带两个孔(10mm孔径)的铁皮桶中吊入炉内，向炉内加入石灰和萤石造渣，石灰和萤石的加入量根据最终钢水量确定，为最终钢水量的3％～6％，石灰和萤石质量比例为5：1，然后继续添加钢铁料将炉膛填满，通电冶炼。

b)、废钢熔化引起开始料线下降时，继续添加废钢料冶炼直至全部加入。

c)、钢铁料全部熔化，炉内钢水温度大于1500℃时，向渣面添加铝粉还原，铝粉加入量以炉渣变白为准，炉渣变白5分钟后测温取样，根据返回的熔炼成分分析结果，加入合金调整化学成分至控制要求，升温准备出钢，期间注意观察炉渣颜色和流动性，可适当补加铝粉和萤石，保证炉渣呈白色并保持流动性。

d)、达到出钢温度后，先将炉体倾斜，采用扒渣设备将炉渣扒除干净，然后出钢将钢水转入浇注工序处理。

附图说明

图1为白钨精矿替代钨合金中频炉内冶炼含钨高速钢工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

在某钢厂3t中频炉采用返回料法生产M2(W6Mo5Cr4V2)高速钢，每炉钢水量按照3t控制。企业内控标准为(wt％)：C 0.80～0.90，Mn 0.20～0.35，Si 0.30～0.45，S≤0.010，P≤0.030，Cr 3.80～4.40，V 1.80～2.00，W 6.20～6.50，Mo 4.60～5.20。

所采购白钨精矿成分如下(质量百分数)：WO₃ 65％，S 0.5％，P 0.03％，Mn0.8％，SiO₂ 5％。将矿粉进行粉碎筛选，粒度达到50目以上(颗粒直径<0.27mm)，还原剂为纯度80％的碳化硅(粒度100目以上)，粘结剂为水玻璃，矿粉、还原剂、粘结剂比例按照80：15：5比例在搅拌釜内混匀，压制成直径为2cm的球，使用前在200℃烘箱内烘烤2小时。

中频炉采用的原料为回收废旧钻头+高速钢锭切头返回料+部分低磷工业纯铁，根据估算原料中钨元素含量为4.80％～5.20％，按照企业内控标准，最终产品中的钨元素含量要达到6.20％～6.50％。钨矿球团的加入量以成分下限6.2％为控制标准，钨元素回收率按照95％计算，加入钨矿球团的量为76.7公斤，球团称重并装入密封的铁皮桶中，铁皮桶盖开两个直径10mm的圆孔，防止在炉内加热时桶内空气膨胀爆炸发生事故。

先加入部分废旧砖钻头和高速钢锭切头返回料至炉容的1/3，将铁皮桶吊入，加入纯度大于90％的冶金石灰100kg，萤石20kg，继续加入废旧钻头和低磷工业纯铁至满炉，开始通电冶炼。随着通电时间的增加，30min后炉料开始融化，料线开始下降，继续添加钢铁料直至全部加入。

钢铁料全部熔化，钢水温度达到1500℃以上时，向渣面洒入Al粉还原，加入量以炉渣变白为准，用钢棒不断搅动炉渣。炉渣变白5min后测温取样，此时钢液温度为1520℃，直读光谱分析结果如下：

表1、第一次直读光谱分析结果(wt％)

C	Si	Mn	P	S	Cu	Ni	Cr	V	Al	Mo	W
												0.82	0.31	0.26	0.023	0.005	0.03	0.06	3.50	1.43	0.013	4.43	6.12

根据直读光谱结果，加入铬铁、钒铁、钨铁，调整化学成分进入企业内控标准，其中钨铁(钨60％)加入量为7.2kg，再次取样分析，

表2、第二次直读光谱分析结果(wt％)

C	Si	Mn	P	S	Cu	Ni	Cr	V	Al	Mo	W
												0.85	0.33	0.28	0.023	0.005	0.03	0.06	3.95	1.86	0.025	4.80	6.26

加大电流，保持炉渣白色并流动性良好，提升炉温至1550℃，出钢转入下道工序处理。根据后续氧氮氢分析仪分析结果，采用此方法冶炼的中频炉高速钢氧含量低于30ppm。

此前未使用本发明，采用同样的配料冶炼M2高速钢，钨铁加入量平均为60kg，由此可以估算采用钨矿炼钢钨的回收率达到了96％以上。钨矿对钨铁的替代率达到了88％，大大节约了企业的采购成本。

Claims

1.一种冶炼含钨高速钢的工艺，其特征在于，具体步骤如下：

A白钨精矿与还原剂造球

将钨矿进行粉碎筛选，要求造球的钨矿粉粒度达到50目以上；还原剂采用碳化硅，纯度80％以上，粒度100目以上；粘结剂采用水玻璃；配料比例按照质量百分数计算：白钨精矿矿粉80％～85％，还原剂12％～15％，粘结剂5％，混匀压制造球；

B炼钢工艺如下：

a)先添加部分废钢料填充中频炉膛体积的1/3，按照配料方案，钢中钨元素控制目标以企业内控标准的中限为准，钨精矿球团中的钨元素回收率按照95％计算，称量后装入顶部带两个孔的铁皮桶中吊入中频炉内，向中频炉内加入石灰和萤石造渣，然后继续添加钢铁料将炉膛填满，通电冶炼；

b)废钢熔化引起开始料线下降时，继续添加废钢料冶炼直至全部加入；

c)钢铁料全部熔化，炉内钢水温度大于1500℃时，向渣面添加铝粉还原，铝粉加入量以炉渣变白为准，炉渣变白5分钟后测温取样，根据返回的熔炼成分分析结果，加入合金调整化学成分至内控标准控制要求，升温准备出钢，期间注意观察炉渣颜色和流动性，可适当补加铝粉和萤石，保证炉渣呈白色并保持流动性；

d)达到出钢温度后，先将炉体倾斜，采用扒渣设备将炉渣扒除干净，然后出钢将钢水转入浇注工序处理。

2.如权利要求1所述的一种冶炼含钨高速钢的工艺，其特征在于，步骤A中，造球粒度1～2cm，球团在使用前在200℃烘箱内烘烤2小时以上。

3.如权利要求1所述的一种冶炼含钨高速钢的工艺，其特征在于，步骤a)中，两个孔的孔径均为10mm；石灰和萤石的加入量根据最终钢水量确定，为最终钢水量的3％～6％，石灰和萤石质量比例为5：1。

4.如权利要求1所述的一种冶炼含钨高速钢的工艺，其特征在于，白钨精矿，矿石品位折合WO₃含量≥65％。