专利名称：一种炉外加锰矿提高钢水终点锰含量的方法
技术领域：
本发明属于炼钢工艺技术领域，尤其涉及一种在炉外加锰矿提高钢中终点锰含量的炼钢方法。
背景技术：
锰是钢铁材料中的主要合金元素，对于提高钢材性能具有重要作用。通常炼钢进行锰元素合金化时，采用含锰的铁合金如锰铁、硅锰铁等在出钢或精炼过程中进行锰合金化。这种采用含锰铁合金进行锰合金化的工艺非常成熟，锰的回收率高且稳定，但需将锰矿冶炼成含锰铁合金。由于制造含锰铁合金的过程是一个高能耗、高污染的过程，最终将导致炼钢生产成本增加和环境污染。针对上述缺点，目前进行铁合金化时，有些炼钢企业在炼钢炉内添加锰矿进行锰 合金化，但锰的收得率较低，仅为40-60%，并且炼钢炉内添加锰矿后会使渣的氧化性提高，炉衬侵蚀严重。此外，通常还要配合双渣或双联工艺，因此综合成本较高，难以实现工业化。公开号CN102168160A公开了一种《使锰矿直接还原合金化的转炉炼钢工艺》，该方法基于转炉双渣法炼钢工艺，控制铁水到达转炉平台的温度达到1280°C以上，然后向转炉内兑入铁水，加入废钢，每吨铁水废钢加入量较现有废钢加入量减少15-35kg ;采用高枪位软吹操作，枪位较现有吹氧起始高度提高O. 2-0. 4米；倒炉前氧压下降0-0. 05MPa,吹炼过程中向转炉中加入第一批渣料，吹炼300-400秒后倒出路中渣料的50-60% ;扶正炉体后继续吹炼至冶炼终点，吹炼过程中加入第二批渣料，并按每吨铁水10-20kg的量加入锰矿，要求吹炼结束3分钟前加完所有锰矿。该方法解决了现有炼钢工艺中以锰系合金为原料的合金化路线成本高及生成过程能耗高、污染大等问题。但是，采用双渣工艺增加了冶炼操作难度，同时增加了冶炼时间，使炼钢成本增加，对工艺衔接也会造成一定影响。另外，炼钢炉内添加锰矿也会不可避免的带来加剧炉衬侵蚀的问题。公开号CN1966752A公开的《一种碳锰铝镇静钢的生产工艺》，则采用氧气顶底复合吹炼转炉来冶炼碳锰铝镇静钢。将铁水和废钢按一定比例加入到转炉中，吹氧熔炼，力口造洛材料如石灰。当钢中[C]、[Mn]、[S]含量达到所炼钢种标准要求前向钢中加入还原剂及锰矿石，并控制钢水终点锰含量，将顶吹氧气切换成顶吹氮气吹炼，同时进行底吹氩气或氮气操作；在转炉出钢过程中向钢包钢水中添加脱氧剂进行预脱氧，并加入还原性精炼渣。该方法解决了现有炼钢工艺中以锰系合金为原料的合金化路线成本高及生成过程能耗高、污染大等问题。但是该工艺由于转炉渣量较大，终渣氧化性高，需要消耗大量的还原剂才能将锰矿中部分氧化锰还原为锰，且一般收得率较低，因此未见工业生产采用。且由于顶吹氮气，因此亦不适用于对氮含量有要求的钢种。根据热力学原理，在转炉常规冶炼条件下，实现锰矿直接还原合金化具有现实可能性，但是传统转炉存在冶炼渣量太大、渣的氧化性太强、终点碳含量太低等因素，都将降低锰的收得率，因此一般转炉冶炼锰收得率均低于30%的水平。相应的，如果采用双渣或双联工艺，虽然可以降低转炉终轧量，但是也增加了冶炼操作的难度，同时相应延长了冶炼时间，使炼钢成本增加，对工艺衔接也会造成一定影响。另外，由于炼钢炉内添加锰矿，也将不可避免地带来加剧炉衬侵蚀的问题。
发明内容
本发明旨在针对上述缺陷，提供一种基于传统转炉冶炼工艺和不影响冶炼效果的前提下，通过转炉出钢过程添加锰矿，提高终点锰含量，依靠钢中碳及外加还原剂对锰矿进行还原，实现使锰直接还原合金化的炼钢工艺。为此，本发明所采取的技术解决方案是
一种炉外加锰矿提高钢水终点锰含量的方法，其特征在于，转炉出钢时添加锰矿及少量还原剂，在LF炉造还原渣，将渣中氧化锰还原为金属锰，实现锰合金化；其具体方法为转炉操作
1、温度制度转炉出钢温度按照所炼钢种的中、上限执行；
2、终点控制利用钢水中碳对锰矿的还原作用，转炉终点碳含量按照所炼钢种的中、上限控制；
3、挡渣出钢控制转炉下渣量，渣厚低于50mm；
4、出钢过程在出钢1/4时，按每吨钢l_20kg的比例向钢包内加入锰矿石，同时加入还原材料铝锰铁、铝块或焦炭，还原剂加入量根据钢中氧含量水平确定，保证钢中氧的质量百分数< O. 025% ；
5、出钢结束出钢结束后进行钢包底吹氩气操作，氩气压力和流量按常规方案执行；
LF炉精炼操作
1、温度及吹氩要求在保证电弧弧流稳定的前提下，采用氩气流量不小于250Nl/min的强氩气搅拌处理，温度按照所炼钢种的目标温度上限控制；
2、造渣要求调渣采用萤石和石灰，造渣期间根据顶渣情况从高位料仓或从炉门补加铝粒和电石，直到形成还原渣；
3、成分调整还原渣形成后，进行成分精确调整，锰含量按钢种下限控制。本发明的有益效果为
本发明可有效解决现有炼钢工艺中以锰系合金为原料的合金化路线成本高及生成过程能耗高、污染大等问题，克服了采用双渣或双联工艺由于向炉内添加锰矿导致的冶炼操作难度大、冶炼周期长、工艺复杂、锰收得率低及炉衬侵蚀严重的缺陷，因此与现有技术相t匕，本发明方法具有工艺简单，便于操作和控制，冶炼时间短，能源消耗低、锰合金收得率高，可减少污染，延长炉衬使用寿命等优点，锰矿中锰的收得率可达到96. 5%以上，从而极大减少锰合金消耗，显著降低炼钢成本。同时，本发明无需对原设备进行改造，不影响其他生产工序作业，因此投资少、见效快。
具体实施例方式下面以100吨钢包为例，对本发明作进一步说明。本发明炉外加锰矿提高钢水终点锰含量的方法，是在转炉出钢时添加锰矿及少量还原剂，在LF炉造还原渣，将渣中氧化锰还原为金属锰，实现锰合金化。其具体方法为
实施例I :冶炼钢种为SPCC。转炉操作装入制度、供氧制度、造渣制度均按常规方案执行。I、温度制度考虑到出钢过程添加锰矿后会引起钢水温度降低，因此转炉出钢温度按照钢种中、上限执行，钢水出钢温度控制在1685°C。2、终点控制为了减少还原剂用量，因此利用钢水中碳对锰矿的还原作用，转炉终点碳含量按照所炼钢种的中、上限执行，控制在O. 06wt%。3、挡渣出钢严格控制转炉下渣量，渣厚为45mm。4、出钢过程在出钢1/4时，向钢包内加入锰矿石500kg ;同时加入还原材料铝锰铁，不加入硅锰合金和硅铁合金，铝锰铁加入量根据钢中氧含量水平确定，保证钢中氧的质量百分数< O. 025%即可。 5、出钢结束出钢结束后，为保证锰矿石与钢水充分接触、熔化、还原，进一步提高锰矿收得率，进行钢包底吹氩气操作，氩气压力和流量按常规方案执行。LF炉精炼操作
I、温度及吹氩要求在保证电弧弧流稳定的前提下，采用强氩气搅拌处理，氩气流量控制在270Nl/min，温度按照钢种的目标温度上限执行，控制在1580°C。2、造渣要求调渣采用萤石和石灰，造渣期间根据顶渣情况从高位料仓适当补加铝粒和电石，直到形成还原渣。3、成分调整还原渣形成后，进行成分精确调整。调整成分时，考虑还原性渣系形成后对回锰的影响，为防止锰含量超标，因此锰含量按钢种下限控制。经上述处理后的钢水检测分析，其锰矿中锰的收得率达到95. 6%。实施例2
冶炼钢种为Q235B。转炉操作装入制度、供氧制度、造渣制度均按常规方案执行。I、温度制度考虑到出钢过程添加锰矿后会引起钢水温度降低，因此转炉出钢温度按照钢种中、上限执行，钢水出钢温度控制在1690°C。2、终点控制为了减少还原剂用量，因此利用钢水中碳对锰矿的还原作用，转炉终点碳含量按照所炼钢种的中、上限执行，控制在O. 08wt%。3、挡渣出钢严格控制转炉下渣量，渣厚为35mm。4、出钢过程在出钢1/4时，向钢包内加入锰矿石800kg ;同时加入还原材料铝块，不加入硅锰合金和硅铁合金，铝块加入量根据钢中氧含量水平确定，保证钢中氧的质量百分数 < O. 015%。5、出钢结束出钢结束后，为保证锰矿石与钢水充分接触、熔化、还原，进一步提高锰矿收得率，进行钢包底吹氩气操作，氩气压力和流量按常规方案执行。LF炉精炼操作
I、温度及吹氩要求在保证电弧弧流稳定的前提下，采用强氩气搅拌处理，氩气流量控制在280Nl/min，温度按照钢种的目标温度上限执行，控制在1575°C。2、造渣要求调渣采用萤石和石灰，造渣期间根据顶渣情况从炉门适当补加铝粒和电石，直到形成还原渣。3、成分调整还原渣形成后，进行成分精确调整。调整成分时，考虑还原性渣系形成后对回锰的影响，为防止锰含量超标，因此锰含量按钢种下限控制。经上述处理后的钢水检测分析，其锰矿中锰的收得率达到97. 9%。实施例3
冶炼钢种为Q235B。转炉操作装入制度、供氧制度、造渣制度均按常规方案执行。I、温度制度考虑到出钢过程添加锰矿后会引起钢水温度降低，因此转炉出钢温度按照钢种中、上限执行，钢水出钢温度控制在1700°C。2、终点控制为了减少还原剂用量，因此利用钢水中碳对锰矿的还原作用，转炉终点碳含量按照所炼钢种的中、上限执行，控制在O. 10 Wt %。 3、挡渣出钢严格控制转炉下渣量，渣厚为30mm。4、出钢过程在出钢1/4时，向钢包内加入锰矿石500kg ;同时加入还原材料焦炭，不加入硅锰合金和硅铁合金，焦炭加入量根据钢中氧含量水平确定，保证钢中氧的质量百分数< O. 025%即可。5、出钢结束出钢结束后，为保证锰矿石与钢水充分接触、熔化、还原，进一步提高锰矿收得率，进行钢包底吹氩气操作，氩气压力和流量按常规方案执行。LF炉精炼操作
I、温度及吹氩要求在保证电弧弧流稳定的前提下，采用强氩气搅拌处理，氩气流量控制在300Nl/min，温度按照钢种的目标温度上限执行，控制在1582°C。2、造渣要求调渣采用萤石和石灰，造渣期间根据顶渣情况从炉门适当补加铝粒和电石，直到形成还原渣。3、成分调整还原渣形成后，进行成分精确调整。调整成分时，考虑还原性渣系形成后对回锰的影响，为防止锰含量超标，因此锰含量按钢种下限控制。经上述处理后的钢水检测分析，其锰矿中锰的收得率达到97. 1%。
权利要求
1. 一种炉外加锰矿提高钢水终点锰含量的方法，其特征在于，转炉出钢时添加锰矿及少量还原剂，在LF炉造还原渣，将渣中氧化锰还原为金属锰，实现锰合金化；其具体方法为 转炉操作 (1)、温度制度转炉出钢温度按照所炼钢种的中、上限执行； (2)、终点控制利用钢水中碳对锰矿的还原作用，转炉终点碳含量按照所炼钢种的中、上限控制； (3)、挡渣出钢控制转炉下渣量，渣厚低于50mm； (4)、出钢过程在出钢1/4时，按每吨钢l_20kg的比例向钢包内加入锰矿石，同时加入还原材料铝锰铁、铝块或焦炭，还原剂加入量根据钢中氧含量水平确定，保证钢中氧的质量百分数< O. 025% ； (5)、出钢结束出钢结束后进行钢包底吹氩气操作，氩气压力和流量按常规方案执行； LF炉精炼操作 (1)、温度及吹氩要求在保证电弧弧流稳定的前提下，采用氩气流量不小于250N1/min的强氩气搅拌处理，温度按照所炼钢种的目标温度上限控制； (2)、造渣要求调渣采用萤石和石灰，造渣期间根据顶渣情况从高位料仓或从炉门铝粒和电石，直到形成还原渣； (3)、成分调整还原渣形成后，进行成分精确调整，锰含量按钢种下限控制。
全文摘要
本发明提供一种炉外加锰矿提高钢水终点锰含量的方法，转炉出钢温度按照所炼钢种的中、上限执行，添加锰矿及少量还原剂，并控制终点碳含量及渣厚；在LF炉采用强氩气搅拌处理，根据顶渣情况补加铝粒和电石造还原渣，将渣中氧化锰还原为金属锰，实现锰合金化。与现有技术相比，本发明方法具有工艺简单，便于操作和控制，冶炼时间短，能耗低、锰合金收得率高，可减少污染，延长炉衬使用寿命等优点，锰矿中锰的收得率可达到96.5%以上，从而极大减少锰合金消耗，显著降低炼钢成本。同时，本发明无需对原设备进行改造，不影响其他生产工序作业，因此投资少、见效快。
文档编号C22C33/04GK102828098SQ201210357689
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者孙群, 尚德礼, 齐志宇, 康磊, 于守巍, 吕春风, 李泽林, 王晗桐 申请人:鞍钢股份有限公司