CN112708725A - 一种真空感应炉冶炼高锰钢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空感应炉冶炼高锰钢的方法,其包括冶炼准备、装炉、真空加热、脱氧及合金化、夹杂物改性和浇钢步骤;各步骤工艺如下所述:(1)冶炼准备:对纯铁、金属铬、高碳锰铁和电解锰进行烘烤干燥;(2)装炉:将干燥的纯铁、金属铬、钼铁等装入坩埚内,将铁矿石、高碳锰铁、电解锰、稀土装入分料仓内;(3)真空加热:抽真空至≤5Pa后开始加热,加热至坩埚内钢铁料熔清;(4)脱氧及合金化:使用铁矿石向钢液供氧250ppm~300ppm,底吹氩气进行脱磷,至P≤0.01wt%后加入高碳锰铁在搅拌下进行初脱氧;初脱氧结束后使用铝进行终脱氧至氧≤15ppm;脱氧后充氩,向钢液分批加入电解锰和其它合金料。本方法工艺再现性好,铸锭质量稳定性高。

Description

一种真空感应炉冶炼高锰钢的方法
技术领域
本发明涉及一种炼钢方法,尤其是一种真空感应炉冶炼高锰钢的方法。
背景技术
高锰钢作为耐磨钢、低温用钢的典型钢种,广泛应用于矿山、机械、压力容器等领域;其冶金工艺一般由电炉+精炼双联完成,该工艺能冶炼Mn含量在14%以下的高锰钢;对于15%以上的高锰钢国内没有成熟的冶炼工艺,主要原因是有渣操作时大批量的锰加入难、熔化难,锰合金在大气下易挥发易氧化导致收得率不稳定等问题。
已公开的技术中,专利申请号CN201910942475.5中,公开了一种电炉+LF+VD精炼生产低温环境用高锰钢的炼钢方法,该工艺比较复杂,锰合金化流程可控性较差。专利申请号CN201880032038.3中,公开的是转炉+LF+VD精炼生产高锰钢的冶炼工艺,同样面临锰合金加入难、熔化难等问题。总之,目前已公开的技术中,尚没有真空感应炉冶炼高锰钢方面的工艺技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种铸锭质量稳定性高的真空感应炉冶炼高锰钢的方法。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:其包括冶炼准备、装炉、真空加热、脱氧及合金化、夹杂物改性和浇钢步骤;各步骤工艺如下所述:
(1)冶炼准备:对纯铁、金属铬、高碳锰铁和电解锰进行烘烤干燥;
(2)装炉:将干燥的纯铁、金属铬、钼铁等装入坩埚内,将铁矿石、高碳锰铁、电解锰、稀土装入分料仓内;
(3)真空加热:抽真空至≤5Pa后开始加热,加热至坩埚内钢铁料熔清;
(4)脱氧及合金化:使用铁矿石向钢液供氧250ppm~300ppm,底吹氩气进行脱磷,至P≤0.01wt%后加入高碳锰铁在搅拌下进行初脱氧;初脱氧结束后使用铝进行终脱氧至氧≤15ppm;脱氧后充氩,向钢液分批加入电解锰和其它合金料;
(5)夹杂物改性:加入稀土La,搅拌熔化;
(6)浇钢:夹杂物改性后,升温至高锰钢液相线温度以上40~50℃后,浇钢。
本发明所述步骤(1)中,纯铁、金属铬、高碳锰铁和电解锰在120~150℃烘烤4~6h。
本发明所述步骤(4)中,铁矿石和高碳锰铁粒度均为Φ20~30mm;铁矿石和高碳锰铁均分批加入,每批次2~3粒,待上一批完全熔化后再加下一批。
本发明所述步骤(4)中,充氩至下式(Ⅰ)所述氩气压强P;
P=5000(1+w0.8)[1+ln(T/1575)]Pa (Ⅰ)
式中:
P:氩气压强,单位Pa;
w:锰的质量百分数×100;
T:钢液温度,单位为K。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明才有真空感应炉冶炼高锰钢,由于真空炉的无渣操作,使锰的分批次加入容易实现;而且锰合金在感应条件下熔化效率高、工艺可控性高;并且充氩氛围下锰不易挥发、氧化、收得率稳定。本发明克服了高锰钢冶炼加锰难、熔化难、易挥发、收得率不稳定等问题,制定了相对应的真空感应炉冶炼方法,解决了高锰钢锰合金化难这一行业难题。本发明有效降低了高锰钢中有害元素磷,并能通过合理的氩气环境精确控制锰的含量;在钢中加入一定的稀土,可大幅降低硫并改善夹杂物形态和分布特征,提高钢的综合性能。本发明经过大量的实践检验,工艺再现性好,铸锭质量稳定性高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1-6:本真空感应炉冶炼高锰钢的方法包括冶炼准备、装炉、真空加热、脱氧及合金化、夹杂物改性和浇钢步骤;各步骤工艺如下所述。
(1)冶炼准备:高锰钢化学成分的目标含量为(wt):C 0.6~1.5%,Si 0.3~1%,Mn8~30%,P≤0.01%,S≤0.01%,Cr 1.5~2.5%,Mo 0.9~1.5%,La 0.005~0.010%,余量为Fe和不可避免的杂质。各实施例所述高锰钢化学成分的目标含量见表1。
表1:各实施例所述高锰钢化学成分的目标含量(wt%)
Figure 854443DEST_PATH_IMAGE001
表1中,化学成分的余量为Fe和不可避免的杂质。
使用三氧化二铝预制坩埚打结炉衬;使用纯铁烘烤炉衬,即保持纯铁在感应加热下变红,先在非真空条件下烘烤3天,再在真空条件下烘烤2天。对纯铁除锈,并将纯铁、金属铬、高碳锰铁、电解锰等合金料置于120~150℃电阻炉内烘烤4~6h。各实施例所采用的真空感应炉的性能以及烘烤工艺见表2。
表2:真空感应炉的性能以及烘烤工艺
Figure DEST_PATH_IMAGE002
(2)装炉:原料采用金属铬、钼铁、工业纯铁、铁矿石、高碳锰铁、铝粒、电解锰、工业硅和稀土La。坩埚底部放纯铁,中间装金属铬、钼铁,上部再放纯铁;坩埚内一次金属料和铬、钼合金料按冶炼装炉量一次到位;将铁矿石、高碳锰铁、电解锰、稀土等装入分料仓内。
(3)真空加热:抽真空至≤5Pa后给电,开始加热,缓慢加热至坩埚内钢铁料完全熔清;熔清后降低功率至额定功率的15%~60%。
(4)脱氧及合金化:分批次向钢液中加入铁矿石,保证钢液面不发生喷溅,至钢液氧250ppm~300ppm,并底吹氩气0.5~1L/min,进行脱磷;脱磷至P≤0.01wt%以后,分批次加入高碳锰铁在低功率低搅拌下进行初脱氧至氧≤50ppm;初脱氧结束后使用铝粒进行终脱氧至氧≤15ppm;铁矿石和高碳锰铁粒度在20~30mm之间,每批次加入2~3粒,待上一批完全熔化后再加下一批;脱氧后,控制温度1350~1530℃时充氩,充氩至下式(Ⅰ)所述氩气压强P;
P=5000(1+w0.8)[1+ln(T/1575)]Pa (Ⅰ)
式中:
P:氩气压强,单位Pa;
w:目标锰的质量百分数×100;
T:钢液温度,单位为K。
最后向钢液分批加入电解锰,8%≤目标锰≤16%时分3批次加入,16%<目标锰≤20%时分4批次加入,20%<目标锰≤30%时分5批次加入;待上一次批次完全熔清后加入下一批次。硅在电解锰加完后再加。
(5)夹杂物改性:合金化后停电结膜,根据目标含量加入稀土La,大功率搅拌熔化,进一步脱硫并完成夹杂物改性。
(6)浇钢:加入上述稀土La后,迅速升温至高锰钢液相线温度以上40~50℃时,低功率带电快速出钢。各实施例所述装炉至浇钢步骤的工艺参数见表3。
表3:各实施例所述装炉至浇钢步骤的工艺参数
Figure 443687DEST_PATH_IMAGE003
注:实施例1中,充氩压强=5000*(1+80.8)*[1+ln(1520/1575)]=30000Pa。
(7)冶炼完毕对所得钢锭成分进行检测,检测结果见表4。
表4:各实施例所得钢锭的化学成分(wt%)
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表4中,化学成分的余量为Fe和不可避免的杂质。
统计了106炉次常规工艺和110炉次本工艺冶炼高锰钢收得率对比,进步非常明显。
表5:常规工艺和本工艺冶炼高锰钢收得率对比
Figure 410375DEST_PATH_IMAGE005

Claims (4)

1.一种真空感应炉冶炼高锰钢的方法,其特征在于,其包括冶炼准备、装炉、真空加热、脱氧及合金化、夹杂物改性和浇钢步骤;各步骤工艺如下所述:
(1)冶炼准备:对纯铁、金属铬、高碳锰铁和电解锰进行烘烤干燥;
(2)装炉:将干燥的纯铁、金属铬、钼铁等装入坩埚内,将铁矿石、高碳锰铁、电解锰、稀土装入分料仓内;
(3)真空加热:抽真空至≤5Pa后开始加热,加热至坩埚内钢铁料熔清;
(4)脱氧及合金化:使用铁矿石向钢液供氧250ppm~300ppm,底吹氩气进行脱磷,至P≤0.01wt%后加入高碳锰铁在搅拌下进行初脱氧;初脱氧结束后使用铝进行终脱氧至氧≤15ppm;脱氧后充氩,向钢液分批加入电解锰和其它合金料;
(5)夹杂物改性:加入稀土La,搅拌熔化;
(6)浇钢:夹杂物改性后,升温至高锰钢液相线温度以上40~50℃后,浇钢。
2.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼高锰钢的方法,其特征在于:所述步骤(1)中,纯铁、金属铬、高碳锰铁和电解锰在120~150℃烘烤4~6h。
3.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼高锰钢的方法,其特征在于:所述步骤(4)中,铁矿石和高碳锰铁粒度均为Φ20~30mm;铁矿石和高碳锰铁均分批加入,每批次2~3粒,待上一批完全熔化后再加下一批。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种真空感应炉冶炼高锰钢的方法,其特征在于:所述步骤(4)中,充氩至下式(Ⅰ)所述氩气压强P;
P=5000(1+w0.8)[1+ln(T/1575)]Pa (Ⅰ)
式中:
P:氩气压强,单位Pa;
w:锰的质量百分数×100;
T:钢液温度,单位为K。
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