WO2023138115A1 - 一种中频炉-lf炉-vd冶炼高速钢的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，公开了一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺。本发明首先将钢料在中频炉中熔化，冶炼至熔清后，调整化学成分后进行脱氧和造渣，送电加热出钢送入LF炉冶炼，加热至1470～1510℃后调整化学成分；最后送入VD炉真空处理，成分合格后出钢。本发明采用中频炉内化渣工艺，在中频炉内即进行化学成分粗调、初步脱氧和化渣，中频炉的出钢温度可控制在1550℃以内，至LF炉后即可快速升温、调渣，既缩短了LF冶炼时间，又能够保证冶炼质量，经VD真空处理后钢水氧含量可控制在10ppm以内。本发明的工艺大大降低了氧含量以及冶炼时间，提高了生产效率以及出钢的品质。

Description

一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺 技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺。
背景技术
电弧炉-LF炉(钢包精炼炉)-VD(真空脱气)工艺是目前冶炼高速钢的主流工艺。该工艺以电弧炉作为粗炼炉，主要功能为熔化原材料、升温、脱磷等；为了保证钢的洁净度，电弧炉冶炼完毕要进行扒渣，钢水倒入钢包中时添加石灰等渣料，钢、渣料混冲帮助化渣，然后转至LF炉工位进行精炼；LF炉的主要功能是脱氧、精确调整钢的化学成分、调整温度；VD炉的功能为真空脱气，脱除钢水中的H、N、O，进一步提高钢水洁净度。
上述工艺在实际生产中存在着一些不足之处。首先，采用电弧炉冶炼对合金的回收率不理想，不适用于高合金钢的冶炼；其次，为了帮助化渣，电弧炉要提高出钢温度，延长了冶炼时间，不利于节能降耗，而且温度高时钢水中的碳氧积随之增高，导致钢水中的氧含量偏高，增加后部工序的脱氧负担；再次，该工艺化渣效果不好，至LF炉后还要专门进行低电流送电化渣，影响冶炼节奏，有大量固态渣料存在时会起弧困难甚至有折断电极的危险，如果全部采用预熔渣造渣，则会大幅度增加生产成本。而且，传统的电弧炉出钢温度通常需要在1600℃以上，出钢时钢水中氧含量高达80ppm以上，较高的出钢温度不利于节能减排，较高的氧含量为后续精炼脱氧工艺增加难度。
因此，如何提供一种合金回收率高、符合节能减排要求、冶炼效率高、产品性能好的高速钢冶炼工艺对钢铁冶金领域的发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺，解决现有的冶炼工艺存在合金回收率低、冶炼效率低、环境污染严重、能耗高、 产品性能差的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺，包括以下步骤：
(1)中频炉粗炼：将钢料在中频炉中熔化，冶炼至熔清后，加入合金调整化学成分至内控标准，化学成分合格后扒渣干净，按1.4～1.7kg/吨钢水加入铝粒脱氧，然后加入造渣剂造渣，控制炉渣质量为钢水质量的3～5％，送电加热出钢；
(2)LF炉精炼：将中频炉粗炼后的钢水送入LF炉冶炼，送电加热至1470～1510℃，取样分析后调整化学成分至内控标准，出钢前5min喂入铝线，调整钢水中铝含量至0.03～0.05％，铝的回收率按照70％计算，然后送电加热出钢；
(3)VD真空处理：将LF炉精炼后的钢水送入VD炉冶炼，合盖抽取真空，真空度达到67Pa后增大氩气流量，保证钢水和钢渣不溅出，脱气处理13～20min，降低氩气流量，停止抽气，破真空，向钢包中加入保温剂，调整氩气流量控制钢渣微动不暴露钢水液面进行软吹，取样分析化学成分至内控标准，合格后出钢。
优选的，在上述一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺中，所述步骤(1)中钢料为废钢料，所述废钢料为钢锭切头、轧制废料和废旧钻头中的一种或几种。
优选的，在上述一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺中，所述步骤(1)中造渣剂为质量比为7～10：1的石灰和萤石的混合。
优选的，在上述一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺中，所述步骤(1)～步骤(3)中，以重量百分比计，化学成分的内控标准独立的为：C 0.86～0.94％，Mn 0.20～0.35％，Si 0.25～0.35％，S≤0.005％，P≤0.030％，Cr 3.90～4.30％，V1.80～2.00％，W 6.00～6.30％，Mo 4.80～5.00％。
优选的，在上述一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺中，所述步骤(1)中出钢的钢水温度为1530～1550℃。
优选的，在上述一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺中，所述步骤(2)中出钢的钢水温度为1570～1585℃。
优选的，在上述一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺中，所述步骤(3)中软吹的时间为10～17min。
优选的，在上述一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺中，所述步骤(3)中出钢的钢水温度为1475～1485℃。
优选的，在上述一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺中，所述步骤(3)中，当VD炉的炉型为20t时，合盖抽取真空的初期氩气流量为13～16NL/min，真空度达到67Pa后增大氩气流量至50～54NL/min，脱气处理13～20min后降低氩气流量至13～16NL/min。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明中频炉的钨、钼、钒等贵金属的回收率可达90％以上，锰、铬金属回收率可达到95％以上，冶炼过程烟尘小，噪声小；相对于传统的电弧炉冶炼，大大提高了金属回收率，降低了烟尘以及噪声；
(2)本发明采用中频炉内成渣工艺，中频炉的出钢温度可控制在1550℃以内，出钢时钢水中氧含量在40ppm以下，而传统的电炉出钢温度在1600℃以上，且出钢时钢水中氧含量高达80ppm以上，本发明的中频炉冶炼明显降低了出钢温度以及钢水氧含量，为企业生产节约了能源且为后续LF炉冶炼减轻了负担。
(3)本发明的工艺在中频炉内完成化渣，化渣效果好，钢、渣混冲可快速降低钢中硫含量，出钢时混冲渣料粉尘污染较小。
(4)本发明钢水至LF炉后即可进行大电流送电，且化学成分不需要大幅度的调整；而传统电炉工艺要进行专门的低电流化渣，还要进行较大的化学成分调整，既影响冶炼节奏，又难以保证冶炼质量。采用本发明的工艺，硫含量在LF第一次取样一般即能满足要求，LF炉的冶炼时间可控制在40min以内，出钢时钢水氧含量可控制在15ppm以内，经VD真空处理，钢水氧含量可控制在10ppm以内；传统的电弧炉工艺冶炼高速钢时LF炉的冶炼时间普遍在60min左右，硫含量控制困难，LF钢水中氧含量在20ppm左右，经VD处理后氧含量难以保证在15ppm以内，本发明的工艺大大降低了氧含量以及冶炼时间，提高了生产效率以及出钢的品质。
(5)本发明的中频炉内化渣工艺，在中频炉内即进行化学成分粗调、 初步脱氧和化渣，至LF炉后即可快速升温、调渣，既缩短了LF冶炼时间，又能够保证冶炼质量。
具体实施方式
本发明提供一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺，包括以下步骤：
(1)中频炉粗炼：将钢料在中频炉中熔化，冶炼至熔清后，取样分析，加入合金调整化学成分至内控标准，化学成分合格后扒渣干净，按1.4～1.7kg/吨钢水加入铝粒脱氧，然后加入造渣剂造渣，控制炉渣质量为钢水质量的3～5％，送电加热出钢；
(2)LF炉精炼：将中频炉粗炼后的钢水送入LF炉冶炼，以大电流送电加热至1470～1500℃，取样分析后调整化学成分至内控标准，出钢前5min喂入铝线，调整钢水中铝含量至0.03～0.05％，铝的回收率按照70％计算，然后送电加热出钢；
(3)VD真空处理：将LF炉精炼后的钢水送入VD炉冶炼，合盖抽取真空，真空度达到67Pa后增大氩气流量，保证钢水和钢渣不溅出，脱气处理13～20min，降低氩气流量，停止抽气，破真空，向钢包中加入保温剂，调整氩气流量控制钢渣微动不暴露钢水液面进行软吹，取样分析化学成分至内控标准，合格后出钢。
在本发明中，冶炼的高速钢优选为CW6Mo5Cr4V2。
在本发明中，步骤(1)～步骤(3)中，以重量百分比计，化学成分的内控标准独立的优选为：C 0.86～0.94％，Mn 0.20～0.35％，Si 0.25～0.35％，S ≤0.005％，P≤0.030％，Cr 3.90～4.30％，V1.80～2.00％，W 6.00～6.30％，Mo 4.80～5.00％。
在本发明中，步骤(1)中将钢料在中频炉中熔化前，还需对钢料进行分拣和清洗，减少杂质进入冶炼工序。
在本发明中，步骤(1)中钢料优选为废钢料，废钢料优选为钢锭切头、轧制废料和废旧钻头中的一种或几种。
在本发明中，步骤(1)中根据取样分析结果，若磷含量高于内控标准，通过添加低磷纯铁降低磷含量。
在本发明中，步骤(1)中造渣剂优选为质量比为7～10：1的石灰和萤石的混合，进一步优选为质量比为7.5～9.2：1的石灰和萤石的混合，更优选为质量比为8：1的石灰和萤石的混合。
在本发明中，步骤(1)中铝粒的加入量优选为1.4～1.7kg/吨钢水，进一步优选为1.45～1.62kg/吨钢水，更优选为1.53kg/吨钢水。
在本发明中，步骤(1)中炉渣质量优选为钢水质量的3～5％，进一步优选为钢水质量的3.3～4.7％，更优选为钢水质量的4.1％。
在本发明中，步骤(1)中出钢的钢水温度优选为1530～1550℃，进一步优选为1534～1548℃，更优选为1545℃。
在本发明中，步骤(2)中送电加热的温度优选为1470～1510℃，进一步优选为1472～1506℃，更优选为1489℃。
在本发明中，步骤(2)中钢水中铝含量优选为0.03～0.05％，进一步优选为0.035～0.048％，更优选为0.042％。
在本发明中，步骤(2)中出钢的钢水温度优选为1570～1585℃，进一步优选为1571～1579℃，更优选为1576℃。
在本发明中，步骤(3)中保温剂优选为碳化稻壳。
在本发明中，步骤(3)中脱气处理的时间优选为13～20min，进一步优选为14～19min，更优选为17min。
在本发明中，步骤(3)中软吹的时间优选为10～17min，进一步优选为11～15min，更优选为14min。
在本发明中，步骤(3)中出钢的钢水温度优选为1475～1485℃，进一步优选为1478～1484℃，更优选为1481℃。
在本发明中，当步骤(3)中VD炉的炉型为20t时，合盖抽取真空的初期氩气流量优选为13～16NL/min，进一步优选为13.4～15.8NL/min，更优选为15.2NL/min；真空度达到67Pa后增大氩气流量优选为50～54NL/min，进一步优选为51～53.5NL/min，更优选为52.6NL/min；脱气处理13～20min后降低氩气流量优选为13～16NL/min，进一步优选为13.1～15.2NL/min，更优选为13.6NL/min。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
某厂20t中频炉-20t LF炉-VD真空处理生产线冶炼M2(CW6Mo5Cr4V2)高速钢，化学成分内控标准(以重量百分比计)为：C 0.86～0.94％，Mn 0.20～0.35％，Si 0.25～0.35％，S≤0.005％，P≤0.030％，Cr 3.90～4.30％，V1.80～2.00％，W 6.00～6.30％，Mo 4.80～5.00％。
冶炼工艺包括以下步骤：
(1)中频炉粗炼：以钢锭切头、轧制废料、废旧钻头为入炉料，入炉前进行分拣和清洗，严控杂质入炉；选取入炉料20t，分批次加入中频炉，通电冶炼直至全部熔清，测温达到1500℃，取样进行光谱分析，第一次分析结果如表1所示：
表1 中频炉第一次光谱分析结果(wt％)
C Si Mn P S Cu Ni Cr V Al Mo W
0.84 0.29 0.23 0.025 0.015 0.05 0.06 3.60 1.53 0.003 4.55 6.10
根据分析结果，依次加入铬铁(高铬)120kg，钒铁(钒50wt％)160kg，钼铁(钼60wt％)130kg，送电5min，再次取样进行光谱分析，第二次分析结果如表2所示：
表2 中频炉第二次光谱分析结果(wt％)
C Si Mn P S Cu Ni Cr V Al Mo W
0.87 0.30 0.25 0.025 0.013 0.05 0.06 4.03 1.92 0.005 4.96 6.09
根据分析结果，化学成分基本合格，将炉体微倾扒渣干净，加入铝粒30kg，加入石灰400kg、萤石50kg、炼钢促进剂120kg，送电，用木棒不断搅动渣面促进化渣，炉渣熔化完毕后测温，温度达到1550℃出钢；
(2)LF炉精炼：钢包在注入钢水前将氩气量开到110NL/min，防止透气砖堵塞；钢包承接钢水完毕后行车将钢包吊至LF工位，测温为1478℃，合上炉盖，采用中高功率送电，氩气流量控制在60NL/min；10min后，测温为1505℃，取样进行光谱分析，第一次分析结果如表3所示：
表3 LF炉第一次光谱分析结果(wt％)
C Si Mn P S Cu Ni Cr V Al Mo W
0.88 0.31 0.26 0.026 0.005 0.05 0.06 4.04 1.93 0.035 4.96 6.09
蘸取炉渣观察炉渣颜色和流动性，发现炉渣偏黄，加入部分铝粒调渣至白色或黄白色；继续送电15min，测温达到1570℃，再次取样进行光谱分析，第二次分析结果如表4所示：
表4 LF炉第二次光谱分析结果(wt％)
C Si Mn P S Cu Ni Cr V Al Mo W
0.89 0.31 0.27 0.026 0.003 0.05 0.06 4.05 1.93 0.025 4.95 6.08
铝回收率70％计算，按照钢水Al含量控制目标0.04％，喂入铝线4.3kg，通电5min，测温为1583℃，出钢；
(3)VD真空处理：行车吊至VD工位后，测温为1580℃，合盖开始抽取真空，初期氩气流量为15NL/min，5min后达到工作压力67Pa，通过窥视孔观察钢包内钢水沸腾情况，逐步加大氩气流量至50NL/min，进行脱气处理，脱气处理15min后，调整氩气流量为15NL/min，停止抽真空，破真空开罐盖，测温为1505℃，向钢包加入碳化稻壳保温剂。调整氩气流量以保证钢渣微动不暴露钢水液面进行软吹；软吹15min后，测温为1481℃，取样进行光谱分析，钢水成分合格作为成品样使用，将钢水包吊至浇钢处浇注钢锭。经检测，成品氧中的氧含量为9ppm，成品样分析结果如表5所示：
表5 成品样光谱分析结果(wt％)
C Si Mn P S Cu Ni Cr V Al Mo W
0.88 0.31 0.27 0.026 0.002 0.05 0.06 4.06 1.94 0.023 4.95 6.09
实施例2
某厂20t中频炉-20t LF炉-VD真空处理生产线冶炼M2(CW6Mo5Cr4V2)高速钢，化学成分内控标准(以重量百分比计)为：C 0.86～0.94％，Mn 0.20～0.35％，Si 0.25～0.35％，S≤0.005％，P≤0.030％，Cr 3.90～4.30％，V1.80～2.00％，W 6.00～6.30％，Mo 4.80～5.00％。
冶炼工艺包括以下步骤：
(1)中频炉粗炼：以钢锭切头、废旧钻头为入炉料，入炉前进行分拣 和清洗，严控杂质入炉；选取入炉料20t，分批次加入中频炉，通电冶炼直至全部熔清，测温达到1492℃，取样进行光谱分析，第一次分析结果如表6所示：
表6 中频炉第一次光谱分析结果(wt％)
C Si Mn P S Cu Ni Cr V Al Mo W
0.81 0.32 0.26 0.022 0.009 0.03 0.07 3.53 1.44 0.005 4.31 6.27
根据分析结果，依次加入铬铁(高铬)140kg，钒铁(钒60wt％)175kg，钼铁(钼60wt％)180kg，送电8min，再次取样进行光谱分析，第二次分析结果如表7所示：
表7 中频炉第二次光谱分析结果(wt％)
C Si Mn P S Cu Ni Cr V Al Mo W
0.88 0.35 0.27 0.023 0.008 0.04 0.07 3.98 1.95 0.006 4.90 6.26
根据分析结果，化学成分基本合格，将炉体微倾扒渣干净，加入铝粒32kg，加入石灰440kg、萤石50kg、炼钢促进剂110kg，送电，用木棒不断搅动渣面促进化渣，炉渣熔化完毕后测温，温度达到1545℃出钢；
(2)LF炉精炼：钢包在注入钢水前将氩气量开到120NL/min，防止透气砖堵塞；钢包承接钢水完毕后行车将钢包吊至LF工位，测温为1464℃，合上炉盖，采用中高功率送电，氩气流量控制在65NL/min；12min后，测温为1498℃，取样进行光谱分析，第一次分析结果如表8所示：
表8 LF炉第一次光谱分析结果(wt％)
C Si Mn P S Cu Ni Cr V Al Mo W
0.88 0.35 0.28 0.024 0.006 0.04 0.06 3.99 1.96 0.037 4.90 6.26
蘸取炉渣观察炉渣颜色和流动性，发现炉渣偏黄，加入部分铝粒调渣至白色；继续送电17min，测温达到1558℃，再次取样进行光谱分析，第二次分析结果如表9所示：
表9 LF炉第二次光谱分析结果(wt％)
C Si Mn P S Cu Ni Cr V Al Mo W
0.89 0.35 0.29 0.024 0.004 0.04 0.06 4.01 1.96 0.028 4.91 6.25
铝回收率70％计算，按照钢水Al含量控制目标0.035％，喂入铝线2.9kg， 通电5min，测温为1579℃，出钢；
(3)VD真空处理：行车吊至VD工位后，测温为1575℃，合盖开始抽取真空，初期氩气流量为14NL/min，5min后达到工作压力67Pa，通过窥视孔观察钢包内钢水沸腾情况，逐步加大氩气流量至53NL/min，进行脱气处理，脱气处理18min后，调整氩气流量为16NL/min，停止抽真空，破真空开罐盖，测温为1501℃，向钢包加入碳化稻壳保温剂。调整氩气流量以保证钢渣微动不暴露钢水液面进行软吹；软吹13min后，测温为1478℃，取样进行光谱分析，钢水成分合格作为成品样使用，将钢水包吊至浇钢处浇注钢锭。经检测，成品氧中的氧含量为9.6ppm，成品样分析结果如表10所示：
表10 成品样光谱分析结果(wt％)
C Si Mn P S Cu Ni Cr V Al Mo W
0.88 0.35 0.29 0.024 0.003 0.04 0.06 4.02 1.96 0.027 4.91 6.25
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

  1. 一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
    (1)中频炉粗炼：将钢料在中频炉中熔化，冶炼至熔清后，加入合金调整化学成分至内控标准，化学成分合格后扒渣干净，按1.4～1.7kg/吨钢水加入铝粒脱氧，然后加入造渣剂造渣，控制炉渣质量为钢水质量的3～5％，送电加热出钢；
    (2)LF炉精炼：将中频炉粗炼后的钢水送入LF炉冶炼，送电加热至1470～1510℃，取样分析后调整化学成分至内控标准，出钢前5min喂入铝线，调整钢水中铝含量至0.03～0.05％，铝的回收率按照70％计算，然后送电加热出钢；
    (3)VD真空处理：将LF炉精炼后的钢水送入VD炉冶炼，合盖抽取真空，真空度达到67Pa后增大氩气流量，保证钢水和钢渣不溅出，脱气处理13～20min，降低氩气流量，停止抽气，破真空，向钢包中加入保温剂，调整氩气流量控制钢渣微动不暴露钢水液面进行软吹，取样分析化学成分至内控标准，合格后出钢。
  2. 根据权利要求1所述的一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺，其特征在于，所述步骤(1)中钢料为废钢料，所述废钢料为钢锭切头、轧制废料和废旧钻头中的一种或几种。
  3. 根据权利要求1或2所述的一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺，其特征在于，所述步骤(1)中造渣剂为质量比为7～10：1的石灰和萤石的混合。
  4. 根据权利要求3所述的一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺，其特征在于，所述步骤(1)～步骤(3)中，以重量百分比计，化学成分的内控标准独立的为：C 0.86～0.94％，Mn 0.20～0.35％，Si 0.25～0.35％，S≤0.005％，P≤0.030％，Cr 3.90～4.30％，V 1.80～2.00％，W 6.00～6.30％，Mo 4.80～5.00％。
  5. 根据权利要求1、2或4所述的一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺，其特征在于，所述步骤(1)中出钢的钢水温度为1530～1550℃。
  6. 根据权利要求5所述的一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺，其特征在于，所述步骤(2)中出钢的钢水温度为1570～1585℃。
  7. 根据权利要求6所述的一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺，其特征在于，所述步骤(3)中软吹的时间为10～17min。
  8. 根据权利要求4、6或7所述的一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺，其特征在于，所述步骤(3)中出钢的钢水温度为1475～1485℃。
  9. 根据权利要求8所述的一种中频炉-LF炉-VD冶炼高速钢的工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，当VD炉的炉型为20t时，合盖抽取真空的初期氩气流量为13～16NL/min，真空度达到67Pa后增大氩气流量至50～54NL/min，脱气处理13～20min后降低氩气流量至13～16NL/min。
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