专利名称：一种Ⅲ级热轧螺纹钢筋的冶炼工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种III级热轧螺纹钢筋的冶炼工艺，特别是在生产过程中不添加任何钒合金而全部应用钒渣以及含钒铁水中钒元素进行钒合金化冶炼III级热轧螺纹钢筋工艺， 属冶金炼钢技术领域。
背景技术：
热轧螺纹钢筋被广泛应用于建筑领域，按其强度高低一般分为II级、III级、IV级等级别，即HRB335、HRB400、HRB500等级别。目前，II螺纹钢筋已逐渐趋于淘汰，III级螺纹钢筋市场占有率不断攀升，而IV级钢筋目前还没有普遍推广。在III级螺纹钢筋中，具有抗震性能的钢筋备受青睐，III级抗震螺纹钢筋以其优越的抗震性能越来越受到用户的重视，使用量在不断上升。与普通钢筋相比，抗震钢筋除满足普通钢筋所用性能指标外，还需满足实测抗拉强度与实测屈服强度特征值之比(即强屈比)不小于1. 25、实测屈服强度与与标准规定的屈服强度特征值之比(即屈标比)不大于1. 30、钢筋最大总伸长率不小于9%三个条件才能判定为抗震钢筋。为实现III级钢筋尤其是抗震钢筋的生产，冶金工作者通过大量研究，开发出了多种生产钢筋的方法，但通常的做法是在II螺纹钢筋的基础上添加V、Nb等元素并通过成份优化使钢筋满足其性能要求，而V、Nb等元素的添加主要依靠钒铁、钒氮合金以及铌铁进行微合金化，其中大部分钢筋均采用钒合金化的方式生产，钒合金主要依靠钒铁合金以及钒氮合金在转炉出钢过程中加入进行增钒。依靠钒合金增钒，主要存在合金化成本高的问题，在没有钒钛资源的企业主要靠外购昂贵的钒合金生产，而在拥有钒钛资源的企业可用自产的钒合金生产，但钒合金的生产需要由钒渣经过钒化工厂生产出钒合金再返回炼钢厂使用，工艺流程长，且钒渣在生产钒合金的过程中损耗较大。因此，在生产III级钢筋的过程中如何保证钢筋性能尤其是其抗震性能合格率以及降低钢筋生产成本，是钢铁企业急需解决的技术问题之一，也是节约资源的重要途径。
发明内容
本发明目的是提供一种III级热轧螺纹钢筋的冶炼工艺，不添加任何钒合金而全部应用钒渣以及含钒铁水中钒元素进行钒合金化增钒，所生产的螺纹钢筋不仅满足性能要求同时也满足了钢筋的抗震要求，而且也大幅度降低了生产成本，充分高效利用了钒钛资源， 减少了资源的损耗，解决背景技术存在的上述问题。本发明的技术方案是
一种III级热轧螺纹钢筋的冶炼工艺，包含如下工艺步骤
a.含钒铁水首先经过提钒处理，提钒处理后得到的钒渣冷却后在场内进行磁选、破碎，破碎后粒度为5-40mm大小，并将钒渣上至转炉炼钢用合金料料仓；
b.含钒铁水提钒后得到的半钢兑入炼钢转炉进行吹炼，当终点成分重量百分符合 C彡0. 15%、S彡0. 040%、P彡0. 025%时进行出钢操作；
c.出钢过程中进行根据所冶炼钢筋的规格计算好合金加入量后进行脱氧合金化操作，合金料加入顺序为钒■一还原剂一硅锰合金一颗粒石灰一调渣剂，以上物料均置于合金料车内，出钢过程均勻加入，脱氧剂正常加入，出钢过程中进行在线吹氩气或氮气，保证渣料充分熔化，通过此步骤完成第一步增钒；
d.转炉实施挡渣出钢，出钢后将计算好的含钒铁水倒入钢包内，兑铁过程中钢包实施在线吹氩气或氮气，通过此步骤完成第二步增钒；
e.完成钒合金化作业后，钢水进一步进行吹氩、LF炉精炼或CAS-OB精炼处理，保证成份、温度合格后上连铸进行浇注，然后进行轧制；
f.按上述方法生产出的III级热轧螺纹钢筋的化学成分重量百分比如下C: 0. 20-0. 25% ；Si 0. 20-0. 80% ；Mn 1. 20-1. 60% ；P ^ 0. 045% ；S ^ 0. 045% ；V 0. 010-0. 060%，生产规格为公称直径为# 6mm- φ 40mm规格。所述步骤a中，用于合金化的钒渣中V2O5重量百分比应不小于12. 5%，即银渔中氧化物V2O5重量与钒渣重量的比值不小于12. 5%，根据钢种规格计算其加入量。所述步骤c中，还原剂为硅铁粉、硅钙粉或铝粉的一种，加入量为0. 5-2kg/吨钢；脱氧剂为硅铝钡、铝锰钙镁、硅铝钡锶、硅铝铁、铝铁、硅铝钙钡中的一种，加入量为 0. 2-1. 5kg/ 吨钢。所述步骤c中，颗粒石灰的CaO含量重量百分比不小于80%，SiO2含量重量百分比不大于3%，P、S含量重量百分比不大于0. 080%，活性度不低于250ml，粒度大小为5_30mm， 颗粒石灰加入量为34kg/吨钢。所述步骤c中，调渣剂为不含CaF的调渣剂，选用高碱度铝酸钙系调渣剂，其成份范围重量百分比为CaO :40-60%, Al2O3 :20-50%, SiO2彡10%，其余为杂质，其加入量为颗粒石灰加入量的1/4-1/2。所述步骤c和d中，氩气及氮气供气强度为2-6L/min · t钢。所述步骤e中，含钒铁水成分重量百分比为C彡3. 80%、V彡0. 250%,P彡0. 120%、 S ( 0. 080%，其余为狗及其它元素，温度不低于1250°C，出钢后根据钒渣增钒量将计算好的铁水量加入钢包内。本发明的工作原理
a.本发明针对采用钒合金微合金化存在的问题，在III级钢筋生产过程中不添加任何钒合金而全部应用钒渣以及含钒铁水中钒元素进行钒合金化增钒，应用该组合式增钒方式，利用钒元素在钢筋中的强化作用，提高了钢筋的强度，同时通过优化成分设计所生产的螺纹钢筋不仅满足性能要求同时也满足了钢筋的抗震要求，而且也大幅度降低了生产成本，充分高效利用了钒钛资源，减少了资源的损耗，不仅实现了企业的降本增效，而且对于钒钛稀有资源的综合高效利用开辟了新的途径；
b.上述III级热轧螺纹钢筋的冶炼工艺方法，利用钒渣增钒并在出钢过程中加入还原剂以及小颗粒石灰作用为促进钒渣中钒氧化物还原进入钢水中，主要通过以下反应来实现的2V205+5Si=4V+5Si& ；3V205+10Al=6V+5 Al 203 ；以上反应在有CaO存在的情况下，提高炉渣的碱度能够促进钒的还原率，同时保护了钢包包衬。利用铁水中钒元素可直接将钒元素转化为钢水中的钒元素而直接利用，利用率较高；
C.上述III级热轧螺纹钢筋的冶炼工艺方法，之所以采取组合式增钒方式，主要为单一使用某种物料存在一定弊端。钒渣中除含有V2O5外还存在Si02、FeO, MnO等氧化物，这些氧化物的存在减弱了炉渣碱度及增强了钢水及炉渣氧化性，，尤其是生产大规格钢筋要求V 含量较高时，钒渣加入量过大使得脱氧成本以及造渣成本上升。含钒铁水增钒虽然不存在脱氧及造渣的过程，但其温度相对较低，且钢筋生产过称受C含量限制不可能加入过多，因此也不宜全部使用铁水合金化。该发明使用其组合增钒方式，在满足V含量符合钢种要求的同时使得二者加入量适当，解决了单一使用上述物料增钒的弊端，起到了良好的效果；
d.上述III级热轧螺纹钢筋的冶炼工艺方法，钒合金化原料(钒渣及含钒铁水)均来源于炼钢厂内部物料，钒渣只需在厂内经简单破碎成符合要求的粒度，铁水可直接进行合金化，实现了稀有资源的直接利用及高效利用，缩短了工艺流程，生产效率提高，同时降低了生产成本。本发明与背景技术相比，其有益效果为
a.在III级螺纹钢筋生产过程中不添加任何钒合金而全部应用钒渣以及含钒铁水中钒元素进行钒合金化增钒，既利用了钒元素对钢筋性能的强化作用，满足了其性能要求，同时又满足钢筋的抗震要求。在生产公称直径为# 6mm- f 40mm规格的III级热轧螺纹钢筋中，当钢筋化学成分重量百分比为:C :0. 20-0. 25% ；Si 0. 20-0. 80% ；Mn :1. 20-1. 60% ；P ^ 0. 045% ；S 0. 045% ；V :0. 010-0. 060%，按上述方法所生产的螺纹钢筋全部满足抗震要求；
b.应用该组合式增钒方式，在满足V含量符合钢种要求的同时使得二者加入量适当， 解决了单一使用上述物料增钒的弊端，起到了良好的效果；
c.钒合金化原料(钒渣及含钒铁水)均来源于炼钢厂内部物料，实现了稀有资源的直接利用及高效利用，简化及缩短了工艺流程，生产效率提高，生产成本得到了降低。
图1为本发明实施例工艺流程图。
具体实施例方式本发明适用于以冶炼含钒铁水为主采用提钒-炼钢双联生产工艺的钢铁企业。 以100吨转炉系统为例，炼钢车间在转炉跨内布置三座转炉，其中一座用于提钒，另外两座用于炼钢，所生产的III级热轧螺纹钢筋公称直径为# 6mm- f 40mm，根据不同规格钢筋化学成分重量百分比为:C :0. 20-0. 25% ；Si 0. 20-0. 80% ；Mn :1. 20-1. 60% ；P ^ 0. 045% ；S (0. 045% ；V 0. 010-0. 060%。使用钒渣以及含钒铁水增钒量分别为钒渣加入量控制在 2-8kg/吨钢，其增钒量重量百分比控制在0. 015%-0. 050% (即钒渣进入钢水中的V元素重量与钢水重量的比值)，含钒铁水加入量控制在10-40kg/吨钢，其增钒量重量百分比控制在 0. 003-0. 015% (即含钒铁水进入钢水中的V元素重量与钢水重量的比值)。运用本发明方法后，其具体实施方式
主要通过以下步骤来实现的
a.含钒铁水首先经过提钒处理，提钒处理后得到的钒渣选取V2O5重量百分比不小于 12. 5% (即钒渣中氧化物V2O5重量与钒渣重量的比值)的部分冷却后在场内进行磁选、破碎， 破碎后粒度为5-40mm大小，并将钒渣上至转炉炼钢用合金料料仓；
b.含钒铁水提钒后得到的半钢兑入炼钢转炉进行吹炼，当终点符合(％为重量百分比) C彡0. 15%、S彡0. 040%、P彡0. 025%时进行出钢操作；c.出钢过程中进行根据所炼抗震钢筋规格计算好合金加入量后进行脱氧合金化操作，合金料加入顺序为钒■一还原剂一娃锰合金一颗粒石灰一调渣剂，以上物料均置于合金料车内，出钢过程均勻加入，脱氧剂正常加入，出钢过程中进行在线吹氩气或氮气，保证渣料充分熔化，通过此步骤完成第一步增钒。其中还原剂为硅铁粉、硅钙粉或铝粉的一种，加入量为0. 5-2kg/吨钢；脱氧剂为硅铝钡、铝锰钙镁、硅铝钡锶、硅铝铁、铝铁、硅铝钙钡含铝脱氧剂中的一种，加入量为0. 2-1. 5kg/吨钢；颗粒石灰其CaO含量重量百分比不小于80%，SiO2含量重量百分比不大于3%，P、S含量重量百分比不大于0. 080%，活性度不低于250ml，粒度大小为5-30mm，加入量为3jkg/吨钢。所用调渣剂为不含CaF的调渣剂， 一般选用高碱度铝酸钙系调渣剂，其成份范围重量百分比为CaO :40-60%, Al2O3 =20-50%, SiO2 ( 10%，其余为杂质，其加入量为颗粒石灰加入量的1/4-1/2，氩气及氮气供气强度为 2-6L/min · t 钢；
d.转炉实施挡渣出钢，出钢后将计算好的含钒铁水倒入钢包内，兑铁过程中钢包实施在线吹氩气或氮气，通过此步骤完成第二步增钒；选取的含钒铁水主要成分重量百分比为 C彡3. 80%,V彡0. 250,P ( 0. 120%,S ( 0. 080%，其余为Fe及其它元素，温度不低于1250°C；
e.完成钒合金化作业后，钢水进一步进行吹氩、LF炉精炼或CAS-OB等精炼处理保证其它成份、温度合格后上连铸进行浇注，然后进行轧制。实施例1
冶炼炉次1 该炉次冶炼# 6mmHRB400钢筋，其成品V内控下限为0. 015%。该炉次使用半钢炼钢，转炉终点C 0. 15%、P 0. 025%、S 0. 040%，符合出钢要求，然后进行出钢。出钢过程中按钒■一还原剂一硅锰合金一颗粒石灰一调渣剂的顺序加入物料，脱氧剂使用硅铝钡，加入量为0. 2kg/吨钢，其中钒渣品位为12. 5%，加入量为^cg/吨钢，理论增钒量为 0. 012%，还原剂为铝粉，加入量为0. 5kg/吨钢，颗粒石灰加入量为3kg/吨钢，调渣剂为铝酸钙系调渣剂，其成份范围重量百分比为CaO :40%、A1203 :20%,SiO2 ^ 10%，其余为杂质，其加入量为颗粒石灰加入量的1/2，为150kg，出钢过程吹氩气，供气强度为2L/min 钢，进行挡渣出钢。出钢后进行第二步增钒，所用含钒铁水成分为=C 3. 80%、V 0. 310%、P彡0. 120%、 S彡0. 080%，其余为!^e及其它元素，温度1250°C，按其增钒量0. 003%计算铁水兑入量，加入量为IOkg/吨钢，兑铁过程吹氮气操作，供气强度为3L/min 钢，完成兑铁作业后经吹氩、 连铸浇注后，铸坯进行轧制抗震钢筋，成品钒含量为0. 020% (包括终点余钒)，V与其它成分符合该规格成份要求，铸坯经轧制后钢筋各项性能满足抗震要求。实施例2:
冶炼炉次2 该炉次冶炼# 25mmHRB400钢筋，其成品V内控下限为0. 030%。该炉次使用半钢炼钢，转炉终点C 0. 08%、P 0. 020%、S 0. 035%，符合出钢要求，然后进行出钢。出钢过程中按钒■一还原剂一硅锰合金一颗粒石灰一调渣剂的顺序加入物料，脱氧剂使用硅铝铁，加入量为0. 5kg/吨钢，其中钒渣品位为13%，加入量为3. 5kg/吨钢，理论增钒量为 0. 020%，还原剂为硅钙粉，加入量为Ikg/吨钢，颗粒石灰加入量为^g/吨钢，调渣剂为铝酸钙系调渣剂，其成份范围重量百分比为=CaO 45%, Al2O3 :30%、SiO2彡10%，其余为杂质， 其加入量为颗粒石灰加入量的1/3，为170kg，出钢过程吹氮气操作，供气强度为3L/min · t 钢，进行挡渣出钢。出钢后进行第二步增钒，所用含钒铁水成分为C :3. 90%、V :0. 400%、 P^O. 120%、S^O. 080%，其余为！^及其它元素，温度1270°C，按其增钒量0. 010%计算铁水兑入量，加入量为吨钢，兑铁过程吹氮气操作，供气强度为3L/min-t钢，完成兑铁作业后，经LF炉精炼、连铸浇注后，铸坯进行轧制抗震钢筋，成品钒含量为0. 04%(包括终点余钒)，V与其它成分符合该规格成份要求，铸坯经轧制后钢筋各项性能满足抗震要求。实施例3:
冶炼炉次3 该炉次冶炼# 32mmHRB400钢筋，其成品V内控下限为0. 035%。该炉次使用半钢炼钢，转炉终点C 0. 03%、P 0. 010%、S 0. 033%，符合出钢要求，然后进行出钢。出钢过程中按钒■一还原剂一硅锰合金一颗粒石灰一调渣剂的顺序加入物料，脱氧剂使用硅铝钙钡，加入量为1. 5kg/吨钢，其中钒渣品位为13%，加入量为3. 5kg/吨钢，理论增钒量为 0. 020%，还原剂为硅钙粉，加入量为Ikg/吨钢，颗粒石灰加入量为Wcg/吨钢，调渣剂为铝酸钙系调渣剂，其成份范围重量百分比为CaO :45%, Al2O3 :30%、SiO2彡10%，其余为杂质， 其加入量为颗粒石灰加入量的1/4，为150kg，出钢过程吹氩气操作，供气强度为4L/min · t 钢，进行挡渣出钢。出钢后进行第二步增钒，所用含钒铁水成分为C :3. 90%、V :0. 370%、 P^O. 120%、S^O. 080%，其余为！^及其它元素，温度1260°C，按其增钒量0. 015%计算铁水兑入量，加入量为40kg/吨钢，兑铁过程吹氮气操作，供气强度为3L/min-t钢，完成兑铁作业后，经LF炉精炼、连铸浇注后，铸坯进行轧制抗震钢筋，成品钒含量为0.043% (包括终点余钒)，V与其它成分符合成份要求，铸坯经轧制后钢筋各项性能满足抗震要求。实施例4:
冶炼炉次4 该炉次冶炼# 40mmHRB400钢筋，其成品V内控范围为0. 04-0. 06%。该炉次使用半钢炼钢，转炉终点C 0. 10%、P 0. 020%、S 0. 033%，符合出钢要求，然后进行出钢。 出钢过程中按钒S—还原剂一硅锰合金一颗粒石灰一调渣剂的顺序加入物料，脱氧剂使用硅铝钙钡，加入量为1. 5kg/吨钢，其中钒渣品位为13%，加入量为^ig/吨钢，理论增钒量为 0. 050%，还原剂为硅铁粉，加入量为^cg/吨钢，颗粒石灰加入量为^ig/吨钢，调渣剂为铝酸钙系调渣剂，其成份范围重量百分比为CaO :40%, Al2O3 :50%、SiO2彡10%，其余为杂质， 其加入量为颗粒石灰加入量的1/4，为200kg，出钢过程吹氩气操作，供气强度为6L/min · t 钢，进行挡渣出钢。出钢后进行第二步增钒，所用含钒铁水成分为C :3. 90%、V :0. 250%、 P^O. 120%、S^O. 080%，其余为！^及其它元素，温度1260°C，按其增钒量0. 005%计算铁水兑入量，加入量为20kg/吨钢，兑铁过程吹氮气操作，供气强度为6L/min-t钢，完成兑铁作业后，经LF炉精炼、连铸浇注后，铸坯进行轧制抗震钢筋，成品钒含量为0.060% (包括终点余钒)，V与其它成分符合成份要求，铸坯经轧制后钢筋各项性能满足抗震要求。
权利要求
1.一种III级热轧螺纹钢筋的冶炼工艺，其特征在于包含如下工艺步骤a.含钒铁水首先经过提钒处理，提钒处理后得到的钒渣冷却后在场内进行磁选、破碎，破碎后粒度为5-40mm大小，并将钒渣上至转炉炼钢用合金料料仓；b.含钒铁水提钒后得到的半钢兑入炼钢转炉进行吹炼，当终点成分重量百分符合C彡0. 15%、S彡0. 040%、P彡0. 025%时进行出钢操作；c.出钢过程中进行根据所冶炼钢筋的规格计算好合金加入量后进行脱氧合金化操作，合金料加入顺序为钒■一还原剂一娃锰合金一颗粒石灰一调渣剂，以上物料均置于合金料车内，出钢过程均勻加入，脱氧剂正常加入，出钢过程中进行在线吹氩气或氮气，保证渣料充分熔化，通过此步骤完成第一步增钒；d.转炉实施挡渣出钢，出钢后将计算好的含钒铁水倒入钢包内，兑铁过程中钢包实施在线吹氩气或氮气，通过此步骤完成第二步增钒；e.完成钒合金化作业后，钢水进一步进行吹氩、LF炉精炼或CAS-OB精炼处理，保证成份、温度合格后上连铸进行浇注，然后进行轧制；f.按上述方法生产出的III级热轧螺纹钢筋的化学成分重量百分比如下C: 0. 20-0. 25% ；Si 0. 20-0. 80% ；Mn 1. 20-1. 60% ；P ^ 0. 045% ；S ^ 0. 045% ；V 0. 010-0. 060%，生产规格为公称直径为# 6mm- φ 40mm规格。
2.根据权利要求1所述的III级热轧螺纹钢筋的冶炼工艺，其特征在于所述步骤a中，用于合金化的钒渣中V2O5重量百分比应不小于12. 5%，即钒渣中氧化物V2O5重量与钒渣重量的比值不小于12. 5%，根据钢种规格计算其加入量。
3.根据权利要求1或2所述III级热轧螺纹钢筋的冶炼工艺方法，其特征在于所述步骤 c中，还原剂为硅铁粉、硅钙粉或铝粉的一种，加入量为0. 5-2kg/吨钢；脱氧剂为硅铝钡、铝锰钙镁、硅铝钡锶、硅铝铁、铝铁、硅铝钙钡中的一种，加入量为0. 2-1. 5kg/吨钢。
4.根据权利要求1或2所述的III级热轧螺纹钢筋的冶炼工艺，其特征在于所述步骤c 中，颗粒石灰的CaO含量重量百分比不小于80%，SiO2含量重量百分比不大于3%，P、S含量重量百分比不大于0. 080%,活性度不低于250ml，粒度大小为5_30mm，颗粒石灰加入量为 3-8kg/ 吨钢。
5.根据权利要求1或2所述的III级热轧螺纹钢筋的冶炼工艺，其特征在于所述步骤 c中，调渣剂为不含CaF的调渣剂，选用高碱度铝酸钙系调渣剂，其成份范围重量百分比为=CaO =40-60%, Al2O3 :20-50%, SiO2 ( 10%，其余为杂质，其加入量为颗粒石灰加入量的 1/4-1/2。
6.根据权利要求1或2所述的III级热轧螺纹钢筋的冶炼工艺，其特征在于所述步骤c 和d中，氩气及氮气供气强度为2-6L/min · t钢。
7.根据权利要求1或2所述的III级热轧螺纹钢筋的冶炼工艺，其特征在于所述步骤e 中，含钒铁水成分重量百分比为C彡3. 80%、V彡0. 250%、P彡0. 120%、S彡0. 080%,其余为狗及其它元素，温度不低于1250°C，出钢后根据钒渣增钒量将计算好的铁水量加入钢包内。
全文摘要
本发明涉及一种Ⅲ级热轧螺纹钢筋的冶炼工艺，属冶金炼钢技术领域。技术方案是以含钒铁水为原料，钢筋生产过程中增钒过程分为两个步骤，一是在出钢过程加入含钒铁水提出的钒渣并将其中的钒元素还原进入钢水中进行第一步增钒，二是在转炉出钢后直接将含钒铁水倒入钢包内进行第二步增钒，即直接将含钒铁水中的钒元素转化为钢水中的钒元素，钒合金化原料(钒渣及含钒铁水)均来源于炼钢厂内部物料，通过应用该组合式增钒方式，解决了Ⅲ级热轧螺纹钢筋生产过程中成本高的问题，所生产的螺纹钢筋不仅满足性能要求同时也满足了钢筋的抗震要求，同时实现了稀有资源的直接利用及高效利用，缩短了工艺流程，提高了生产效率，降低了生产成本。
文档编号C22C38/60GK102304604SQ20111025485
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者国富兴, 孙福振, 王金星, 白瑞国, 翁玉娟, 韩春良 申请人:河北钢铁股份有限公司承德分公司