CN112853026B - 一种转炉冶炼高锰钢的锰合金化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转炉冶炼高锰钢的锰合金化方法，转炉出钢前，在钢包内加入由金属锰和/或锰铁合金、氧化铁皮和/或废钢渣、金属铝制成的混合料球，出钢到钢包后，利用金属铝氧化放热加热熔化固态金属锰和/或锰铁合金，实现钢水的锰合金化。本发明解决了目前转炉冶炼高锰钢存在的锰合金化难题及不足，同时还能起到提高金属收得率的作用。

Description

一种转炉冶炼高锰钢的锰合金化方法

技术领域

本发明涉及高锰钢冶炼技术领域，尤其涉及一种转炉冶炼高锰钢的锰合金化方法。

背景技术

高锰钢根据不同的锰含量，会表现出优异的强度、塑性、低温韧性、加工硬化性、以及抗冲击安全性，因此在机车、汽车、低温容器、高架建筑等领域展示出广阔的应用潜力。但是高锰钢在冶炼过程中，需要加入的金属锰相对比较多，而转炉提供的热量只能用于熔化有限的锰合金，使高锰钢的锰合金化受到制约，成为转炉冶炼高锰钢的技术难点，同时也制约了高锰钢的大规模工业生产。

为了不受合金化过程中热量损失比较大的限制，目前比较成熟的做法是将锰先熔化，然后以金属锰液的形式对钢液进行合金化处理，从而为高锰钢的锰合金化创造了条件。例如，2017年韩国浦项宣布在世界范围内首次成功实现了利用熔融锰铁合金的方式进行高锰钢生产工艺技术的商用化。该技术最大的特点是独立开发了能够保存熔融状态高纯度锰铁合金的特殊保温炉设备，用液态合金液代替了过去的固体铁合金。然而该技术方案更早报道于1989年陈希杰编著的《高锰钢》一书中，其当时已经提到在冶炼高锰钢时，采用双联法，在一种熔炼炉中(如电炉、感应炉或转炉)冶炼出钢水，在另一种熔炼炉中熔化金属锰或锰铁合金，然后将其兑入到钢水当中，完成高猛合金化过程。

公告号为CN106811685B的中国发明专利公开了“一种低碳高锰钢的冶炼方法”。采用转炉-RH-转炉-LF工艺路线，处理的钢水两次进入转炉，并在第二次入转炉后，在转炉内完成锰的合金化，在合金化过程中在转炉内进行吹氧操作。该方法主要是针对低碳高锰钢的合金化，由于钢液在RH处理完之后需要再次重新回到转炉处理，不仅整体生产时间长，降低了转炉的生产效率，而且容易打乱生产节奏，不利于批量生产。此外，在转炉内通过氧枪对炉内的铝、锰合金进行吹氧熔化过程中，由于铝的放热量比较大，温度高，容易导致氧枪烧损。

迄今为止，高锰钢采用转炉生产也没有能够普及的方法，主要是将金属锰或锰铁熔化需要很多辅助设备，而这些辅助设备需要占用一定的空间，对于已经建好的钢铁厂来说改造是十分困难的。

发明内容

本发明提供了一种转炉冶炼高锰钢的锰合金化方法，实现在钢包内进行锰合金化，解决了目前转炉冶炼高锰钢存在的锰合金化难题及不足，同时还能起到提高金属收得率的作用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种转炉冶炼高锰钢的锰合金化方法，转炉出钢前，在钢包内加入由金属锰和/或锰铁合金、氧化铁皮和/或废钢渣、金属铝制成的混合料球，出钢到钢包后，利用金属铝氧化放热加热熔化固态金属锰和/或锰铁合金，实现钢水的锰合金化。

一种转炉冶炼高锰钢的锰合金化方法，具体包括如下步骤：

1)制备混合料球；

将金属锰和/或锰铁合金破碎成颗粒状，将氧化铁皮和/或废钢渣粉碎成粉末状，将金属铝加工成丝絮状；将各物料混合均匀，压制成混合料球；

2)向钢包内加入混合料球；

待盛装钢水的钢包经预热后，将多个混合料球铺放在钢包底部，混合料球的加入量按如下公式计算：

式中，加入系数为0.95～1.0，锰的收得率取90％～95％，料球金属锰含量根据混合料球中各成分的配比进行折算；

3)出钢前的准备工作；

在钢包内的混合料球顶部设带孔的压板，用于防止混合料球在钢水中向上漂浮；在压板上面均匀撒上厚度为50～100mm的钙质保温剂；将钢包运至转炉出钢位；

转炉出钢前对钢液进行测温及定氧分析；

4)转炉出钢；

沸腾出钢，通过钢包底部的吹氩装置向钢包内通入氩气，氩气流量控制在10～50L/min；

5)转炉出钢后，对钢包内的钢液进行取样分析，将钢液中的锰含量检测结果反馈给LF炉操作人员，在LF炉精炼过程中，将钢液中的锰含量调整至符合要求。

所述步骤1)中，金属锰和/或锰铁合金破碎后的粒径小于10mm。

所述氧化铁皮为铸坯表面的氧化铁皮，所述废钢渣为铸坯火焰切割渣；氧化铁皮及废钢渣均粉碎至50～200目。

所述混合料球采用压球机压制成型，混合料球的直径为40～80mm。

所述混合料球中，金属锰和/或锰铁合金、氧化铁皮和/或废钢渣、金属铝按重量份比例为4～8：2～4：1～3。

所述步骤2)中，钢包预热后，内壁温度要求为1000～1200℃。

所述步骤3)中，压板由按质量百分比计75％～80％的铝矾土、8％～10％的萤石、10％～20％的石灰石经混合、压制而成，压板的厚度为30～50mm，压板的直径为钢包内径的85％～95％；压板上均匀开设多个直径为10～30mm的孔洞。

所述步骤3)中，转炉出钢前对钢液进行测温及定氧分析；具体为：

1)终点碳含量≤0.10％，则氧含量控制在800～1200ppm，出钢温度控制在1650～1690℃；

2)0.10％＜终点碳含量≤0.25％，则氧含量控制在600～800ppm，出钢温度控制在1640～1660℃；

3)终点碳含量＞0.25％，则氧含量控制在400～600ppm，出钢温度控制在1600～1630℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)实现在钢包内进行锰合金化，解决了目前转炉冶炼高锰钢存在的锰合金化难题及不足，同时还能起到提高金属收得率的作用。

2)能够提高转炉钢水的锰合金化处理能力，实现高锰钢的转炉工序生产；

3)能够大幅缩短高锰钢冶炼时间，较目前高锰钢生产时间缩短20％～40％；

4)能够将连铸产生的铸坯氧化铁皮及切割渣100％进行回收利用，进一步降低钢铁企业综合成本，有利于钢铁企业实现可持续发展。

具体实施方式

本发明所述一种转炉冶炼高锰钢的锰合金化方法，转炉出钢前，在钢包内加入由金属锰或锰铁合金、氧化铁皮或废钢渣、金属铝制成的混合料球，出钢到钢包后，利用金属铝氧化放热加热熔化固态金属锰或锰铁合金，实现钢水的锰合金化。

一种转炉冶炼高锰钢的锰合金化方法，转炉出钢前，在钢包内加入由金属锰和/或锰铁合金、氧化铁皮和/或废钢渣、金属铝制成的混合料球，出钢到钢包后，利用金属铝氧化放热加热熔化固态金属锰和/或锰铁合金，实现钢水的锰合金化。

一种转炉冶炼高锰钢的锰合金化方法，具体包括如下步骤：

1)制备混合料球；

将金属锰和/或锰铁合金破碎成颗粒状，将氧化铁皮和/或废钢渣粉碎成粉末状，将金属铝加工成丝絮状；将各物料混合均匀，压制成混合料球；

2)向钢包内加入混合料球；

待盛装钢水的钢包经预热后，将多个混合料球铺放在钢包底部，混合料球的加入量按如下公式计算：

式中，加入系数为0.95～1.0，锰的收得率取90％～95％，料球金属锰含量根据混合料球中各成分的配比进行折算；

3)出钢前的准备工作；

在钢包内的混合料球顶部设带孔的压板，用于防止混合料球在钢水中向上漂浮；在压板上面均匀撒上厚度为50～100mm的钙质保温剂；将钢包运至转炉出钢位；

转炉出钢前对钢液进行测温及定氧分析；

4)转炉出钢；

沸腾出钢，通过钢包底部的吹氩装置向钢包内通入氩气，氩气流量控制在10～50L/min；

5)转炉出钢后，对钢包内的钢液进行取样分析，将钢液中的锰含量检测结果反馈给LF炉操作人员，在LF炉精炼过程中，将钢液中的锰含量调整至符合要求。

所述步骤1)中，金属锰和/或锰铁合金破碎后的粒径小于10mm。

所述氧化铁皮为铸坯表面的氧化铁皮，所述废钢渣为铸坯火焰切割渣；氧化铁皮及废钢渣均粉碎至50～200目。

所述混合料球采用压球机压制成型，混合料球的直径为40～80mm。

所述混合料球中，金属锰和/或锰铁合金、氧化铁皮和/或废钢渣、金属铝按重量份比例为4～8：2～4：1～3。

所述步骤2)中，钢包预热后，内壁温度要求为1000～1200℃。

所述步骤3)中，压板由按质量百分比计75％～80％的铝矾土、8％～10％的萤石、10％～20％的石灰石经混合、压制而成，压板的厚度为30～50mm，压板的直径为钢包内径的85％～95％；压板上均匀开设多个直径为10～30mm的孔洞。

所述步骤3)中，转炉出钢前对钢液进行测温及定氧分析；具体为：

1)终点碳含量≤0.10％，则氧含量控制在800～1200ppm，出钢温度控制在1650～1690℃；

2)0.10％＜终点碳含量≤0.25％，则氧含量控制在600～800ppm，出钢温度控制在1640～1660℃；

3)终点碳含量＞0.25％，则氧含量控制在400～600ppm，出钢温度控制在1600～1630℃。

本发明中，在混合料球铺到钢包底部后，为了防止钢包在盛装钢水过程中，混合料球漂浮到钢水液面之上，导致合金收得率降低及铝热反应热量损失而影响对金属锰的加热熔化，在物料球的上部设压板。为了使钢水顺利流入到装有混合料球的空间内，压板上均匀开设孔洞。为了防止对下道LF炉精炼工序的加热造成影响，压板的材质选择铝矾土、萤石及石灰石组成的混合料，在高温钢水及铝氧化放热的作用下，能够保证在钢包盛装完钢液后自行溶解。此外，为了防止钢包在盛装钢水过程中钢水外溅，在压板上面均匀撒上一层钙质保温剂。

出钢过程中，为了能够使混合料球熔化以及防止熔化后的物料粘结在钢包底部，通过钢包底部的吹氩装置向钢包内通入氩气。

本发明中所涉及的物质含量没有说明的均为质量百分比含量。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例1】

本实施例中，生产100吨碳含量为0.10％、锰含量为10％～13％的高锰钢。

转炉冶炼高锰钢的锰合金化具体方法如下：

(1)将金属锰破碎成粒径小于10mm的颗粒，将铸坯表面的氧化铁皮粉碎成80目的粉末，将金属铝加工成丝絮状；

(2)将步骤(1)中的金属锰颗粒、氧化铁皮粉末、丝絮状金属铝按重量份5份、2.5份、1份的配比混合均匀，利用压球机将混好的物料压制成直径50mm的混合料球；

(3)向预热后内壁温度为1100℃的钢包内加入步骤(2)中的混合料球，加入量按如下公式计算：

本实施例中，钢水总重量为100吨；钢种锰含量要求下限为10％，加入系数取0.95；锰的收得率取92％，料球金属锰含量为58.8％。计算后得到混合料球的加入量为17.6吨；

(4)混合料球铺在钢包底部，在混合料球的上部放置压板，压板由76.5％的铝矾土、8.5％的萤石、15％的石灰石经混合压制而成，厚度为35mm，直径为钢包内径的88％，以防止钢包内加入钢水后混合料球向上漂浮，压板上均匀开有直径为25mm的多个孔洞；

(5)在压板的顶部均匀撒上厚度为60mm的钙质保温剂，并将钢包运至转炉出钢位，等待出钢；

(6)转炉出钢前测温取样，钢液温度为1655℃，碳含量为0.08％，氧含量为950ppm；

(7)转炉出钢，出钢过程中向钢包内吹入流量为25L/min的氩气，待转炉出钢完毕，对钢包内的钢液进行取样分析，锰含量为9.6％，满足转炉成分控制要求。

【实施例2】

本实施例中，生产100吨碳含量为0.20％、锰含量为20％～24％的高锰钢。

转炉冶炼高锰钢的锰合金化具体方法如下：

(1)将金属锰破碎成粒径小于10mm的颗粒，将铸坯表面的氧化铁皮粉碎成80目的粉末，将金属铝加工成丝絮状；

(2)将步骤(1)中的金属锰颗粒、氧化铁皮粉末、丝絮状金属铝按重量份6.5份、3.5份、2份的配比混合均匀，利用压球机将混好的物料压制成直径50mm的混合料球；

(3)向预热后内壁温度为1150℃的钢包内加入步骤(2)中的混合料球，加入量按如下公式计算：

本实施例中，钢水总重量为100吨；钢种锰含量要求下限为20％，加入系数取0.98；锰的收得率取90％，料球金属锰含量为54.2％。计算后得到混合料球的加入量为40.2吨；

(4)混合料球铺在钢包底部，在混合料球的上部放置压板，压板由78.5％的铝矾土、9.5％的萤石、12％的石灰石经混合压制而成，厚度为40mm，直径为钢包内径的90％，以防止钢包内加入钢水后混合料球向上漂浮，压板上均匀开有直径为15mm的多个孔洞；

(5)在压板的顶部均匀撒上厚度为65mm的钙质保温剂，并将钢包运至转炉出钢位，等待出钢；

(6)转炉出钢前测温取样，钢液温度为1650℃，碳含量为0.15％，氧含量为650ppm；

(7)转炉出钢，出钢过程中向钢包内吹入流量为30L/min的氩气，待转炉出钢完毕，对钢包内的钢液进行取样分析，锰含量为19.5％，满足转炉成分控制要求。

【实施例3】

本实施例中，生产100吨碳含量为0.30％、锰含量为15％～20％的高锰钢。

转炉冶炼高锰钢的锰合金化具体方法如下：

(1)将金属锰破碎成粒径小于10mm的颗粒，将铸坯表面的氧化铁皮粉碎成80目的粉末，将金属铝加工成丝絮状；

(2)将步骤(1)中的金属锰颗粒、氧化铁皮粉末、丝絮状金属铝按重量份6份、3份、2.5份的配比混合均匀，利用压球机将混好的物料压制成直径50mm的混合料球；

(3)向预热后内壁温度为1200℃的钢包内加入步骤(2)中的混合料球，加入量按如下公式计算：

本实施例中，钢水总重量为100吨；钢种锰含量要求下限为15％，加入系数取0.97；锰的收得率取92％，料球金属锰含量为52.2％。计算后得到混合料球的加入量为30.3吨；

(4)混合料球铺在钢包底部，在混合料球的上部放置压板，压板由78.5％的铝矾土、9.5％的萤石、12％的石灰石经混合压制而成，厚度为45mm，直径为钢包内径的91％，以防止钢包内加入钢水后混合料球向上漂浮，压板上均匀开有直径为20mm的多个孔洞；

(5)在压板的顶部均匀撒上厚度为65mm的钙质保温剂，并将钢包运至转炉出钢位，等待出钢；

(6)转炉出钢前测温取样，钢液温度为1625℃，碳含量为0.27％，氧含量为410ppm；

(7)转炉出钢，出钢过程中向钢包内吹入流量为35L/min的氩气，待转炉出钢完毕，对钢包内的钢液进行取样分析，锰含量为14.8％，满足转炉成分控制要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种转炉冶炼高锰钢的锰合金化方法，其特征在于，转炉出钢前，在钢包内加入由金属锰和/或锰铁合金、氧化铁皮和/或废钢渣、金属铝制成的混合料球，出钢到钢包后，利用金属铝氧化放热加热熔化固态金属锰和/或锰铁合金，实现钢水的锰合金化；具体包括如下步骤：

1)制备混合料球；

将金属锰和/或锰铁合金破碎成颗粒状，金属锰和/或锰铁合金破碎后的粒径小于10mm；将氧化铁皮和/或废钢渣粉碎成粉末状，氧化铁皮为铸坯表面的氧化铁皮，废钢渣为铸坯火焰切割渣；氧化铁皮及废钢渣均粉碎至50～200目；将金属铝加工成丝絮状；将各物料混合均匀，压制成混合料球；所述混合料球中，金属锰和/或锰铁合金、氧化铁皮和/或废钢渣、金属铝按重量份比例为4～8：2～4：1～3；

2)向钢包内加入混合料球；

待盛装钢水的钢包经预热后，将多个混合料球铺放在钢包底部，混合料球的加入量按如下公式计算：

式中，加入系数为0.95～1.0，锰的收得率取90％～95％，料球金属锰含量根据混合料球中各成分的配比进行折算；

3)出钢前的准备工作；

在钢包内的混合料球顶部设带孔的压板，用于防止混合料球在钢水中向上漂浮；压板由按质量百分比计75％～80％的铝矾土、8％～10％的萤石、10％～20％的石灰石经混合、压制而成，压板的厚度为30～50mm，压板的直径为钢包内径的85％～95％；压板上均匀开设多个直径为10～30mm的孔洞；在压板上面均匀撒上厚度为50～100mm的钙质保温剂；将钢包运至转炉出钢位；

转炉出钢前对钢液进行测温及定氧分析；

4)转炉出钢；

沸腾出钢，通过钢包底部的吹氩装置向钢包内通入氩气，氩气流量控制在10～50L/min；

5)转炉出钢后，对钢包内的钢液进行取样分析，将钢液中的锰含量检测结果反馈给LF炉操作人员，在LF炉精炼过程中，将钢液中的锰含量调整至符合要求。

2.根据权利要求1所述的一种转炉冶炼高锰钢的锰合金化方法，其特征在于，所述混合料球采用压球机压制成型，混合料球的直径为40～80mm。

3.根据权利要求1所述的一种转炉冶炼高锰钢的锰合金化方法，其特征在于，所述步骤2)中，钢包预热后，内壁温度要求为1000～1200℃。

4.根据权利要求1所述的一种转炉冶炼高锰钢的锰合金化方法，其特征在于，所述步骤3)中，转炉出钢前对钢液进行测温及定氧分析；具体为：

1)终点碳含量≤0.10％，则氧含量控制在800～1200ppm，出钢温度控制在1650～1690℃；

2)0.10％＜终点碳含量≤0.25％，则氧含量控制在600～800ppm，出钢温度控制在1640～1660℃；

3)终点碳含量＞0.25％，则氧含量控制在400～600ppm，出钢温度控制在1600～1630℃。