CN112877585A - 一种采用aod-vcr炉冶炼高锰twip钢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用AOD‑VCR炉冶炼高锰TWIP钢的方法。冶炼的高锰TWIP钢的成分包括C≤0.06wt％、Mn 15～26wt％、Si 2.0～3.0wt％、Al 2.5～3.5wt％、P≤0.03wt％以及余量的Fe和不可避免的杂质；具体工艺步骤包括：1)通过AOD精炼吹氧脱碳，将钢液中碳降低到0.2wt％后加入锰进行合金化；2)锰合金化后，采用金属铝还原炉渣中锰的氧化物，提高锰收得率，并依靠金属铝的氧化发热调整钢液温度作为温度补偿，然后进行VCR真空精炼。采用本发明的方法低碳域脱碳速率高，易达超低碳级，可大幅降低冶炼成本。

Description

一种采用AOD-VCR炉冶炼高锰TWIP钢的方法
技术领域
本发明涉及一种采用AOD-VCR炉冶炼高锰TWIP钢的方法，属于炼钢技术领域。
背景技术
TWIP钢作为其中最具潜力的钢种之一，由于其高强度，高塑性，高应变硬化性等优点被应用于汽车工业。
专利文献CN103031482A公开了一种双相不锈钢的锰合金化方法，其采用金属锰铁合金或金属锰进行合金化，并且全部在还原期加入，当锰含量稍高时，过高的合金量会大大降低AOD的精炼温度，锰用量激增，还原前的AOD的精炼温度会超过1800℃，炉衬寿命低，降低了AOD的炉龄。
专利文献CN103468874A公开了一种采用氩氧炉冶炼低碳TWIP钢的生产方法，采用高炉铁水等，通过氩氧炉(AOD)生产了碳含量不大于0.06％的低碳TWIP钢；该法当碳含量低于0.2％时，由于去碳保锰作用减弱，因此锰会大量氧化，导致锰的收得率低。
专利文献CN105087865B公开了一种通过氩氧炉(AOD)，以氮气替代氩气冶炼高锰TWIP钢的方法；在碳含量很低的精炼阶段，继续吹氮降低一氧化碳分压以实现脱碳的目的会受到限制。
专利文献CN103526038A公开了一种高强度高塑性TWIP钢电渣重熔生产方法，采用60～70％CaF2+20～30％Al2O3+5～15％CaO的渣系冶炼TWIP钢；该方法的生产效率低，能耗高，难以实现工业化大规模生产。
专利文献CN106811685A公开了一种低碳高锰钢的冶炼方法，将脱硫后的铁水兑入转炉，终点控制碳含量为0.03％～0.05％，出钢氧值400～500ppm，温度控制在1660～1680℃；进RH炉温度大于1610℃，将碳脱至0.01％以下；加入锰和铝的混合物进行锰合金化；温度控制在1600℃以上后在进入LF炉，最终锰含量控制在15％～20％，碳含量控制在0.05％以下。此方流程繁琐，为防止炉内降温将消耗大量热能，成本较高。
专利文献CN110724792A公开了一种用LF精炼炉生产低温环境用高锰钢的冶炼方法，通过座包吹氩、钢水脱氧、钢水脱硫、精炼造渣、添加合金、成分温度微调等工序，最终钢水Mn≥22.5％，锰合金收得率≥96％，O、S杂质含量低，O≤0.0030％、S≤0.003％，满足锰合金含量高、收得率高，氧硫杂质含量低的技术要求。但是此方法精炼时间过长，氩气消耗大，成本高。
专利文献CN107245637B公开了一种AOD冶炼高锰不锈钢的方法，在预还原期使用硅铁合金与锰进行脱氧和合金化，一边合金化一边升温，同时合理控制各种工艺参数。虽然此方法减少了锰被氧化或烧损，提高了锰的收得率，减少了高温对AOD炉的损耗，但冶炼的钢中碳含量较高。
专利文献CN110117695A公开了一种LNG船用高锰钢的冶炼方法，在初炼炉加入超过50t的生铁和铁水，在LF炉中多批次加入金属锰合金化，VD座包后微调各成分。最终钢中锰含量控制在22.5～25.5％，但此法生产时间较长，能耗较高，生产效率低。
发明内容
本发明解决的技术问题是：现有技术中冶炼高锰TWIP钢的方法条件苛刻、工艺复杂、生产效率低、能耗高和成本较高的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种采用AOD-VCR炉冶炼高锰TWIP钢的方法，包括如下步骤：
步骤1)：在AOD-VCR炉中加入石灰和粗钢水，再加入高碳锰铁和硅铁，制得混合钢液，往炉体中吹氧气和惰性气体的混合气体进行氧化脱碳，加入石灰和萤石造渣，将混合钢液中碳的质量分数降低到0.2％以下后加入锰合金化；
步骤2)：采用金属铝还原炉渣中锰的氧化物，提高金属锰的收得率；并依靠金属铝的氧化发热调整钢液温度作为温度补偿，使钢液温度保持在1550℃～1700℃；然后进行VCR真空精炼，加入金属铝深脱氧，加入石灰和萤石造渣，再加入锰合金化后出钢，得到高锰TWIP钢。
优选地，所述步骤1)中粗钢水的成分包括C 3～4wt％、Mn 0.2～0.3wt％、Si1.0～3.0wt％、P 0.01～0.04wt％、S 0.01～0.03wt％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述步骤1)中通过AOD-VCR炉吹混合气体的方式为在常压下通过炉体顶部吹氧气，通过炉体底部风口吹惰性气体。
优选地，所述步骤1)中惰性气体的流量为48～52Nm3/min，所述氧化脱碳包括三个阶段，第一阶段氧气与惰性气体的体积比为3:1～4:1，第二阶段氧气与惰性气体的体积比为1:1～2:1，第三阶段氧气与惰性气体的体积比为1:4～1:3。
优选地，所述步骤1)中的惰性气体为氩气或氮气。
优选地，所述步骤2)中VCR真空精炼的方式为停止吹氧，在20.00～26.66kPa的真空下通过炉体底部风口吹惰性气体，所述惰性气体的流量为20～30Nm3/min。在真空作用下依靠溶解氧和渣中化合氧进一步脱碳。
优选地，上述惰性气体为氩气或氮气。
优选地，采用上述方法冶炼所得的高锰TWIP钢的成分包括C≤0.06wt％、Mn 15～26wt％、Si 2.0～3.0wt％、Al 2.5～3.5wt％、P≤0.03wt％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1.本发明的采用AOD-VCR炉冶炼高锰TWIP钢的方法，低碳域([C]＝0.10％以下)的脱碳速度约为现有AOD工艺的两倍，脱碳速度大幅度提高；
2.本发明的冶炼方法不需要高真空度，很短时间就可达到超低碳级，完全可与AOD-VOD工艺相媲美，但缩短了工艺流程，缩短了精炼时间，大大降低了冶炼成本；
3.本发明的真空脱碳阶段用氧源为熔渣中的氧化物，真空脱碳精炼完全是在非吹氧下进行的，故与传统AOD工艺相比，可大量节约还原用Si、Ar和O2消耗量，成本大大降低；
4.本发明的冶炼高锰TWIP钢的方法冶炼成本低，操作方便，便于大规模工业化生产。
附图说明
图1为本发明的一种采用AOD-VCR炉冶炼高锰TWIP钢的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
本发明的以下实施例中，均采用40t的AOD-VCR炉，其包括炉体和高排气能力的真空机组，在炉体底部风口吹惰性气体的实际作业条件下，炉子的极限真空度可达2660Pa。炉体呈完全密封结构，风口部通过法兰也呈完全密封方式。炉体圆锥部的周围设置水冷法兰，可移动式真空盖在水冷法兰上，真空盖与炉体法兰间的密封采用密封垫片方式，真空盖上安装加料斗，用于添加还原材料和造渣剂。为缩短高、中[C]域的脱碳时间，该炉配置有水冷式上吹氧枪。风口内、外管气体流量可分别独立控制。炉体真空状态下可自动测温、取样。为抑制真空精炼时的炉体振动，该炉配置有无齿隙型炉架式倾动装置。
实施例1
一种采用AOD-VCR炉冶炼高锰TWIP钢的方法，具体步骤为：
(1)在炉中加入1.2吨石灰，兑入粗钢水为19.2吨，粗钢水的成分如表1所示，余量为铁和不可避免的杂质。
表1实施例1的入炉粗钢水成分
元素 C Mn Si P S
含量(质量分数，％) 3.117 0.24 1.55 0.032 0.026
(2)加入高碳锰铁(FeMn68C7.0)5.4t，加入硅铁(FeSi75)117kg，测温，温度为1508℃。在常压下通过炉体顶部吹氧气，通过炉体底部风口吹惰性气体，进行氧化脱碳，直至钢水碳含量降至0.2wt％以下，依次包括三个阶段，第一阶段采用氧氮比为3:1，碳含量降至0.6wt％以下；第二阶段，氧氮比逐步降到2:1，再降到1:1，碳含量降至0.2～0.3wt％；第三阶段，氧氮比降至1:3，加入石灰脱碳，碳含量降至0.2wt％以下，测温1720℃。氧化脱碳期分两批加入石灰和萤石，每批加入石灰1.1t、萤石200kg。
(3)当钢液中碳含量降至0.2wt％以下而后扒渣，再加入铝锭128kg进行预还原，然后扒除部分氧化渣，再进行补渣，加入石灰0.55吨、萤石0.35吨，加205kg电解锰进行锰合金化，再加入硅铁(FeSi75)204kg，加铝锭480kg。
(4)停止吹氧，盖上真空盖，进行VCR真空精炼阶段，在20.00～26.66kPa的真空下通过炉体底部风口往熔池中吹惰性气体Ar流量为29Nm3/min。加入铝锭20kg深度脱氧，加入石灰400kg、萤石220kg造渣。出钢前加入电解锰200kg后出钢，出钢成分如表2所示，余量为铁和不可避免的杂质。
表2实施例1的出钢成分
元素 C Mn Si Al P
含量(质量分数，％) 0.05 15.28 2.41 2.75 0.028
实施例2
一种AOD-VCR法冶炼高锰TWIP钢的方法，具体步骤为：
(1)在炉中加入1.2吨石灰，兑入粗钢水19.1吨，粗钢水的成分如表3所示，余量为铁和不可避免的杂质。
表3实施例2的入炉粗钢水成分
元素 C Mn Si P S
成分(质量分数，％) 3.312 0.2 1.36 0.011 0.01
(2)加入高碳锰铁(FeMn68C7.0)6.2t，加入硅铁(FeSi75)258kg，测温，温度为1493℃。在常压下通过炉体顶部吹氧气，通过炉体底部风嘴吹惰性气体，进行脱碳，直至钢水碳含量降至0.2wt％以下，依次包括三个阶段，第一阶段采用氧氮比为4:1，碳含量降至0.6wt％以下；第二阶段，氧氮比逐步降到2:1，再降到1:1，碳含量降至0.2～0.3wt％；第三阶段，氧氮比降至1:4，加入石灰，碳含量降至0.2wt％以下，测温1708℃。氧化脱碳期分两批加入石灰和萤石，每批加入石灰1.1t、萤石200kg。
(3)当钢液碳含量降至0.2wt％以下而后扒渣，再加入铝锭206kg进行预还原，然后扒除部分氧化渣，再进行补渣，加入石灰0.35吨、萤石0.13吨，加530kg电解锰进行锰合金化，再加入硅铁(FeSi75)304kg，加铝锭530kg。
(4)停止吹氧，盖上真空盖，进行VCR真空精炼，在20.00～26.66kPa的真空下通过底部风口往熔池中吹惰性气体N2流量为25Nm3/min。加入铝锭30kg深脱氧，加入石灰350kg、萤石130kg造渣，出钢前加入电解锰170kg后出钢，出钢成分如表4所示，余量为铁和不可避免的杂质。
表4实施例2的出钢成分
元素 C Mn Si Al P
成分(质量分数，％) 0.024 21.09 2.19 3.12 0.011
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，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，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种采用AOD-VCR炉冶炼高锰TWIP钢的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)：在AOD-VCR炉中加入石灰和粗钢水，再加入高碳锰铁和硅铁，制得混合钢液，往炉中吹氧气和惰性气体的混合气体进行氧化脱碳，并加入石灰和萤石造渣，将混合钢液中碳的质量分数降低到0.2％以下后加入锰合金化；
步骤2)：采用金属铝还原炉渣中锰的氧化物，提高金属锰的收得率；然后进行VCR真空精炼，加入金属铝深脱氧，加入石灰和萤石造渣，再加入锰合金化后出钢，得到高锰TWIP钢。
2.根据权利要求1所述的采用AOD-VCR炉冶炼高锰TWIP钢的方法，其特征在于，所述步骤1)中粗钢水的成分包括C 3～4wt％、Mn 0.2～0.3wt％、Si 1.0～3.0wt％、P 0.01～0.04wt％、S 0.01～0.03wt％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的采用AOD-VCR炉冶炼高锰TWIP钢的方法，其特征在于，所述步骤1)中通过AOD-VCR炉吹混合气体的方式为在常压下通过炉体顶部吹氧气，通过炉体底部风口吹惰性气体。
4.根据权利要求1所述的采用AOD-VCR炉冶炼高锰TWIP钢的方法，其特征在于，所述步骤1)中惰性气体的流量为48～52Nm3/min，所述氧化脱碳包括三个阶段，第一阶段氧气与惰性气体的体积比为3:1～4:1，第二阶段氧气与惰性气体的体积比为1:1～2:1，第三阶段氧气与惰性气体的体积比为1:4～1:3。
5.根据权利要求1所述的采用AOD-VCR炉冶炼高锰TWIP钢的方法，其特征在于，所述步骤1)中的惰性气体为氩气或氮气。
6.根据权利要求1所述的采用AOD-VCR炉冶炼高锰TWIP钢的方法，其特征在于，所述步骤2)中VCR真空精炼的方式为停止吹氧，在20.00～26.66kPa的真空下通过炉体底部风口吹惰性气体，所述惰性气体的流量为20～30Nm3/min。
7.根据权利要求6所述的采用AOD-VCR炉冶炼高锰TWIP钢的方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气或氮气。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的采用AOD-VCR炉冶炼高锰TWIP钢的方法，其特征在于，所述步骤2)中高锰TWIP钢的成分包括C≤0.06wt％、Mn 15～26wt％、Si 2.0～3.0wt％、Al 2.5～3.5wt％、P≤0.03wt％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
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