CN109913644A

CN109913644A - 黑钨精矿中频炉内合金化冶炼半高速钢轧辊用钢的工艺

Info

Publication number: CN109913644A
Application number: CN201910202496.3A
Authority: CN
Inventors: 李亚波; 赵文涛; 王亚楠; 宋金鹏; 孙国辉; 刘绍康; 高辉
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2019-06-21
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: CN109913644B

Abstract

本发明涉及黑钨精矿中频炉内合金化冶炼含半高速钢轧辊用钢S·HSS的工艺，属于钢铁冶金领域。本发明将研磨后的黑钨精矿、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，中频炉内黑钨精矿中的钨元素回收率可以稳定达到95％以上，锰元素的回收率达到90％以上，降低了钨、锰合金采购成本。采用本发明，不仅达到回收合金元素的目的，还提高了铸造用钢水质量。

Description

黑钨精矿中频炉内合金化冶炼半高速钢轧辊用钢的工艺

技术领域

本发明涉及黑钨精矿中频炉内合金化冶炼含半高速钢轧辊用钢S·HSS的工艺，属于钢铁冶金领域。

背景技术

轧辊在钢铁轧制工序是消耗件，轧辊的寿命直接影响了轧机的作业率和生产成本。半高速钢轧辊具有较高的硬度、耐磨性和热稳定性，使用寿命长，可以减少换辊次数，提高轧机的作业率，得到了较为广泛的应用。钨在半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。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生产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，可以直接采用钨矿替代钨金属或者钨合金冶炼半高速钢。钨氧化物在炼钢中的应用始于20世纪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20世纪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。特别是大连钢厂、南昌钢厂、重庆特钢、上钢五厂等厂多用氧化钼、钨精矿或氧化钼和白钨矿混合代替部分钼铁、钨铁加入到电炉中冶炼W9Mo3Cr4V、W6Mo5Cr4V2、3Cr2W8V、W18Cr4V等高速钢和5CrMnMo、4Cr5W2SiV等模具钢的工业性试验。取得了一定的效果，但是由于电炉冶炼不利于合金元素的回收，导致钨的回收率不稳定，未得到大规模的推广应用。

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加入炼钢炉后在冶炼过程中的物理化学，制定了黑钨精矿在中频炉内合金化冶炼半高速钢轧辊用钢S·HSS的工艺。

一种黑钨精矿中频炉内合金化冶炼半高速钢轧辊用钢S·HSS的工艺，其特征如下：

(1)本发明采用的钨矿为黑钨精矿，矿石品位折合WO₃含量≥65％。黑钨精矿主要成分为MnWO₄，还原后W、Mn元素会进入到钢液中直接合金化，全部替代钨合金，锰合金被替代率达到80％以上。

(2)本发明采用的冶炼炉为中频炉，钨矿中的钨元素回收率稳定地达到95％以上，锰元素回收率达到90％以上。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，尤其对于钨锰元素的回收，中频炉占据了更大的优势。

(3)本发明中石灰、萤石与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。

(4)本发明中的含量、纯度、配比等均指质量百分比或质量比例。

利用黑钨精矿冶炼含半高速钢轧辊用钢S·HSS的主要工艺步骤如下：

A、黑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10％～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3小时以上。

B、炼钢工艺如下：

a)、先添加部分钢屑和块状废钢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。后续依次加入镍、钼铁、硅铁、铬铁、钒铁，含量按照内控标准下限控制，镍、钼的回收率按照100％，铬、钒回收率按照95％，硅铁回收率按照90％计算。

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较好的流动性。

d)、达到出钢温度后，先将炉体稍微倾斜，采用扒渣设备将炉渣扒除干净，然后出钢将钢水转移到浇注工序。

采用本发明，中频炉内黑钨精矿中的钨元素回收率可以稳定达到95％以上，锰元素的回收率达到90％以上，为企业降低了钨、锰合金采购成本。在中频炉冶炼过程中，黑钨精矿中钨元素、锰元素进入到钢水中合金化，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、锰元素回收的同时，还起到了精炼渣的作用，提高了钢水质量。

附图说明

图1为黑钨精矿中频炉内合金化冶炼半高速钢工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

在某钢厂5t中频炉生产S·HSS半高速钢轧辊用钢，每炉钢水量按照5t控制。

所采购黑钨精矿成分如下(质量百分数)：WO₃ 65％，S 0.5％，P 0.03％，SiO₂5％。将矿粉进行碾磨筛选，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，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℃烘箱内烘干3个小时。

冶炼的半高速钢S·HSS化学成分内控标准如下(wt％)：C 0.80～1.10，Si 1.00～1.40，Mn 0.70～0.90，Cr 5.00～6.00，Ni 0.30～0.50，Mo 3.50～4.00，V 0.80～1.00，W1.60～1.90，P≤0.030，S≤0.025。

中频炉采用的原料为社会废钢3.2t+低磷工业纯铁1t，根据测算预估，原料中钨、钒、钼元素含量均小于0.10％，锰含量为0.20％～0.30％，硅含量0.30％～0.40％，铬含量小于0.40％，碳含量0.20％～0.30％。钨矿球团的加入量以钢中增钨1.60％为控制目标，钨元素回收率按照95％计算，加入钨矿球团的量为204公斤，球团称重并装入两个密封的铁皮桶中，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。

先加入部分钢铁料至炉容的1/3，将铁皮桶吊入，加入纯度大于90％的冶金石灰200kg，萤石(纯度大于90％)40kg，继续加入钢铁料至满炉，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，后续依次加入镍板10kg、钼60铁合金290kg、硅70铁合金48kg、FeCr65C1.0中碳铬铁350kg、钒50铁合金70kg。

钢铁料及合金料全部熔化，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，并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
												0.76	0.88	0.76	0.023	0.006	0.08	0.26	4.86	0.75	0.017	3.53	1.76

根据直读光谱结果，补充加入部分碳粉、镍板、硅铁、铬铁、钒铁，调整化学成分进入企业冶炼内控标准，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
												0.91	1.15	0.79	0.023	0.004	0.08	0.38	5.35	0.86	0.025	3.80	1.77

加大电流，保持炉渣白色并流动性良好，提升炉温至1550℃，出钢转入浇注工序处理。根据后续氧氮氢分析仪检验结果，采用此方法冶炼的中频炉高速钢氧含量低于30ppm。本次冶炼按照钨95％的回收率，增钨1.60％计算加入的钨球团，实际增钨量超过了1.60％，可知实际钨的回收率超过了95％。

本发明的较现有技术创新点在于：

1、采用的炼钢设备是中频炉，不是现有技术文献中的电炉，对提高钨的回收率有优势。目前，没有能将钨精矿直接炼钢作为常规工艺使用。

2、本发明特别指出了钨精矿为黑钨精矿，能够同时高效回收里面的钨、锰两种金属元素。

3、本发明冶炼的钢种，没有企业采用黑钨精矿冶炼过。

4、本发明在回收钨、锰金属元素的同时，改善了铸造用钢水质量。

Claims

1.黑钨精矿中频炉内合金化冶炼半高速钢轧辊用钢的工艺，其特征在于，具体步骤如下：

A、黑钨精矿与还原剂造球

将黑钨精矿进行粉碎筛选，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：黑钨精矿矿粉80％～85％，还原剂10％～15％，粘结剂5％，混匀压制造球；

B、炼钢工艺如下：

a)先添加部分钢屑和块状废钢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；

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；后续依次加入镍、钼铁、硅铁、铬铁、钒铁，含量按照企业内控标准下限控制，镍、钼的回收率按照100％，铬、钒回收率按照95％，硅铁回收率按照90％计算；

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，然后出钢将钢水转移到浇注工序。

2.如权利要求1所述的黑钨精矿中频炉内合金化冶炼半高速钢轧辊用钢的工艺，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3小时以上。

3.如权利要求1所述的黑钨精矿中频炉内合金化冶炼半高速钢轧辊用钢的工艺，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所述的黑钨精矿中频炉内合金化冶炼半高速钢轧辊用钢的工艺，其特征在于，黑钨精矿，矿石品位折合WO₃含量≥65％。

5.如权利要求1所述的黑钨精矿中频炉内合金化冶炼半高速钢轧辊用钢的工艺，其特征在于，所述企业内控标准指，冶炼的半高速钢S·HSS化学成分内控标准如下(wt％)：C0.80～1.10，Si 1.00～1.40，Mn 0.70～0.90，Cr 5.00～6.00，Ni 0.30～0.50，Mo 3.50～4.00，V 0.80～1.00，W 1.60～1.90，P≤0.030，S≤0.025。