专利名称：一种使用含钒钛铁水冶炼中高碳硬线用钢的方法
技术领域：
本发明涉及一种使用含钒钛铁水冶炼中高碳硬线用钢的方法，属于冶金技术领域。
背景技术：
目前，使用钒钛磁铁矿作为主要原料生产的钢铁企业，由于其生产的铁水中钒元素含量在O. 100%-0. 500%之间，导致在炼钢工序中存在转炉铁水冶炼终点钢水含有一定量钥;元素的特点。尤其是转炉终点碳含量在O. 15%以上时,钢水中钥;元素残余量将达到O. 010%以上，所生产的高碳硬线钢钢坯由于残余钒过高会导致拉拔性能下降，严重时还会 在拉拔时发生断裂问题，影响客户端使用。如果采取铁水转炉提钒处理工艺，铁水在转炉提钒消耗消耗大量热量，炼钢转炉存在热量不足的问题，冶炼终点碳含量无法控制在O. 15%以上，由于中高碳硬线钢成品碳含量在O. 40%以上，又会出现增碳过大导致钢中碳含量不均匀的问题，而且由于增碳量大所使用增碳剂中的氮元素会使钢水的氮含量升高至O. 0050以上，严重恶化钢材的冷拔性能，钢坯难以进行深加工。。
发明内容
本发明目的是提供一种使用含钒钛铁水冶炼中高碳硬线用钢的方法，使用含钒钛铁水作为原料，在转炉炼钢工序采取铁水提钒预处理工艺，制备两部分半钢，一部分半钢用于转炉炼钢，一部分半钢用于对炼钢转炉生产的钢水增碳，使钢水碳成分达到合格，解决增碳剂增碳钢中碳元素分布不均、钒元素控制在O. 010%以下和氮元素控制在O. 0050%以下的问题。本发明的技术方案是一种使用含钒钛铁水冶炼中高碳硬线用钢的方法，在转炉炼钢工序采取铁水提钒预处理工艺，制备两部分半钢，一部分半钢用于转炉炼钢，称之为炼钢半钢；一部分半钢用于对炼钢转炉生产的钢水增碳，称之为增碳半钢；包含如下工艺步骤
a.首先含钒铁水经过转炉提钒预处理工艺取得较低钒元素的半钢；其中用于增碳的半钢在转炉出钢时使用O. 4-0. 6kg/t的脱氧剂用于半钢脱氧，出钢后运至转炉出钢跨备用；
b.含钒铁水提钒后得到的炼钢半钢兑入炼钢转炉进行吹炼，当终点成分重量百分符合S彡O. 025%、P彡O. 010%时进行出钢操作；
c.出钢过程进行脱氧合金化操作，物料的加入顺序为增碳剂-脱氧剂-合金，以上物料在出钢过程均匀加入，出钢过程中进行在线吹氩，保证物料充分熔化并且钢水成分均匀，通过此步骤完成钢水的脱氧合金化操作；
d.转炉出钢实施挡渣出钢，出钢后将预先制备好的增碳半钢兑入到钢水包内，兑增碳半钢过程中采取在线吹氩，通过此步骤完成钢水增碳操作；
e.完成钢水增碳后，钢水进一步进行吹IS、LF炉精炼处理,在保证成分、温度合格后上连铸浇注，然后轧制；f.按上述方法生产的中高碳硬线用钢的化学成分重量百分比如下C :0. 40-0. 85% ;Si 0. 17-0. 37% ；Mn 0. 50-0. 80% ；P ( O. 025% ；S ( 0. 010% ；V ( 0. 010% ；N ( 0. 0050%。所述的步骤a中，含钒铁水提钒后取得炼钢用炼钢半钢，炼钢半钢余钒重量百分比不大于O. 040% ;含钒铁水提钒后取得钢水增碳用增碳半钢，增碳半钢温度大于1350度，增碳半钢成分重量百分比符合如下要求C彡4. 0% ；V ( O. 020% ；P ( O. 090% ；S ^ O. 040%。所述的步骤a中，在转炉出增碳半钢时，向增碳半钢中加入脱氧剂O. 4-0. 6kg/吨钢，目的是将增碳半钢的氧活度降低至IOppm以下，防止增碳半钢增加钢水氧活度；脱氧剂是硅铝钡、铝锰镁钙、硅铝铁、铝铁、硅铝钙钡中的一种或几种。所述的步骤c中，增碳剂采用氮重量百分比不大于O. 020%的低氮增碳剂，力口入量为O. 1-2. Okg/吨钢；其加入原则为钢水脱氧合金化后，钢水碳重量百分比达到O. 25-0. 30%O
所述的步骤d中，增碳半钢兑入钢包的量为10_150kg/吨钢。所述的步骤c和d中，氩气的供气强度为1. 2-4L/min · t钢。本发明的工作原理本发明针对含钒铁水在冶炼中高碳硬线用钢时存在钢中余钒高、增碳剂用量大导致带入氮元素多、以及钢水增碳量大，分易偏析等问题，采取使用含钒铁水提钒处理后的半钢对钢水增碳的方法解决了上述问题，使含钒铁水生产中高碳硬线钢成为可能，而且提高了所生产的中高碳硬线用钢的拉拔性能，另外也大幅度降低了生产成本，避免了钒钛资源的流失，实现了企业的降本增效。在转炉出钢脱氧合金化后向钢水中兑入增碳半钢，使钢水增碳，原理在于以增碳半钢含碳重量百分比为4. 0%为例，兑入到钢水的增碳半钢l_150kg/吨钢对钢水增碳重量百分比为O. 004-0. 60%。在转炉出钢脱氧合金化后向钢水中兑入增碳半钢使钢水增碳对钢水温度的影响为以增碳半钢温度1350°C，兑增碳半钢前钢水温度1560°C，兑入增碳半钢l-150kg/吨钢为例，按照热熔计算钢水温降为O. 23-30°C。钢水的温度损失可以LF精炼升温弥补。在转炉出钢脱氧合金化后向钢水中兑入增碳半钢能够保证钒重量百分比不大于O. 010%的原因在于，按钢水中兑入150kg/吨钢、含钒重量百分比为O. 020%的增碳半钢，钢水增钒为O. 003%。实践证明转炉使用钒重量百分比小于O. 040%的炼钢半钢冶炼，冶炼终点钒重量百分比会降低至O. 002-0. 005%,最终钢水成分钒重量百分比可控制在O. 010%以下。在转炉出钢脱氧合金化时钢水中加入0-2. Okg/吨钢含氮重量百分比不大于O. 100%增碳剂和l-150kg/吨钢增碳半钢，能够保证钢水氮重量百分比不大于O. 0050%的原因在于，按钢水中加入2. Okg/吨钢增碳剂，钢水增氮重量百分比为O. 0002%。增碳半钢的氮含量为O. 0040%以下兑入150kg/吨钢半钢钢水增氮为O. 0003%以下。半钢炼钢由于冶炼终点含碳低出钢时钢水含氮重量百分比均在O. 0020以下，LF精炼炉精炼增氮重量百分比O. 0010%，连铸机浇注过程钢水增氮重量百分比O. 0010%。最终连铸坯氮重量百分比含量可控制在重量百分比O. 0050%以下。在转炉出钢脱氧合金化后向钢水中兑入增碳半钢能够保证磷重量百分比不大于0.010%的原因在于以增碳半钢含磷重量百分比为O. 08%为例，兑入到钢水的增碳半钢对钢水增磷重量百分比为O. 0015%以内。能够保证铸坯磷成分重量百分比小于O. 025%。本发明的优点和效果提供一种使用含钒钛铁水中高碳硬线用钢可行而且经济的冶炼方法，在生产中高碳硬线用钢的同时，未影响钒钛铁水中的贵重金属钒、钛提炼，节约矿产资源，解决了当终点碳含量较低(碳< O. 1% )时，通过加入增碳半钢的方法对钢水增碳，经过吹氩、LF炉精炼吹氩处理能够快速的使碳成分均匀，在同样底吹流量下LF精炼的处理时间缩短，降低了精炼作业难度；通过使用增碳半钢兑入钢液增碳的同时，增碳半钢未经过转炉冶炼直接成为合格钢液，这个过程直接节约了在转炉冶炼的熔炼成本。
具体实施例方式以下通过实施例对本发明做进一步说明。本发明实施例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。本实施为100吨转炉系统，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，所生产的中高碳硬线用钢的化学成分重量百分比如下c:0. 40-0. 85% ；Si 0. 17-0. 37% ；Mn 0. 50-0. 80% ；P ( 0. 025% ；S ( 0. 010% ；V ( 0. 010% ；N ( 0. 0050%。使用增碳半钢增碳量为增碳半钢兑入量为10-150kg/吨钢，其增碳量重量百分比控制在O. 04%-0. 60% (即碳进入钢水中的C元素重量与钢水重量的比值)。实施例的工艺步骤
a.提钒转炉利用含钒铁水制备增碳半钢，所取得的增碳半钢，温度应不低于1350°C，成分重量百分比符合如下要求C彡4. 0% ；V ( O. 020% ；P ( O. 090% ；S ( O. 040%。提钒转炉出钢时加入脱氧剂O. 5kg/吨钢，出钢后半钢定氧氧度应不大于lOppm，其中脱氧剂是硅铝钡、铝锰镁钙、硅铝铁、铝铁硅铝钙钡中的一种或多种。然后将半钢运至转炉出钢跨备用；
b.提钒转炉利用含钒铁水制备炼钢用炼钢半钢，所取得的炼钢半钢，含钒重量百分比为O. 036%,出钢后兑入炼钢转炉，转炉吹炼终点成分重量百分比符合为S彡O. 025%、P彡O. 010%时进行出钢操作。c.出钢过程中按增碳剂-脱氧剂-合金顺序加入物料，增碳剂应使用氮重量百分比不大于O. 020%的低氮增碳剂，使用增碳剂增碳量为增碳剂加入量为O. 1-2. Okg/吨钢，其增碳量重量百分比控制在O. 01%-0. 20% (即碳进入钢水中的C元素重量与钢水重量的比值)。出钢过程中进行在线吹氩，氩气的供气强度为1. 2-4L/min · t钢，保证物料充分熔化并且钢水成分均匀，通过此步骤完成钢水的脱氧合金化操作；
d.转炉实施挡渣出钢，出钢后将计算好的增碳半钢倒入钢包内，所使用为提钒转炉利用含钒铁水制备的增碳半钢，其温度应不低于1350°C，成分重量百分比符合如下要求C彡4. 0% ；V ( O. 020% ；P ( O. 090% ；S ( O. 040%。使用增碳半钢增碳量为半钢兑入量为10-150kg/吨钢，其增碳量重量百分比控制在O. 04%-0. 60% (即碳进入钢水中的C元素重量与钢水重量的比值)。兑铁过程中钢包实施在线吹氩气，氩气的供气强度为1. 2-4L/min · t钢。通过此步骤完成将钢水含碳量增至钢种要求范围内。e.然后运至LF炉精炼处理，成分、温度合格后上连铸浇注，然后进行轧制。实施例一
冶炼45#硬线用钢，铸坯的化学成分重量百分比要求如下C :0. 42-0. 50% ;Si O. 17-0. 37% ；Mn 0. 50-0. 80% ；P ( 0. 025% ；S ( 0. 010% ；V ( 0. 010% ；N ( 0. 0050%。首先制备增碳半钢，增碳半钢温度为1413°C，增碳半钢成分重量百分比为C:4.06%; PO. 080% ； V 0. 018% ；N 0. 0038%。提钒转炉出钢时加入硅铝钡脱氧剂O. 5kg/吨钢，出钢后定氧为7.8ppm。运至转炉出钢跨备用；提钒转炉制备炼 钢半钢，炼钢半钢含钒重量百分比为O. 036%,出钢后兑入炼钢转炉，转炉吹炼终点成分重量百分比为C 0. 10% ；P 0. 009% ；S O. 023% ;V :0. 004%。符合出钢要求进行出钢。出钢过程中按增碳剂-脱氧剂-合金顺序加入物料，出钢过程中进行在线吹氩，供气强度为1. 2L/min 吨钢，增碳剂使用量为1. Okg/吨钢，脱氧剂使用硅钙钡，加入量为O. 8kg/吨钢，合金使用硅锰合金,使用量为9. 7kg/吨钢。出钢后钢水取样成分重量百分比为C 0. 21% ；Si 0. 25% ；Mn 0. 59% ；P 0. 015% ；S 0. 022% ；
V0. 004% ；N 0. 0018%，钢水温度为1579°C。兑入增碳半钢50kg/吨钢，兑增碳半钢过程进行钢包吹氩供气强度为1. 2L/min 吨钢，兑入增碳半钢后测温钢水温度为1563°C。然后运至LF炉精炼处理，成分、温度合格后上连铸浇注铸坯取样成分重量百分比为C 0. 43% ；Si O. 23% ；Mn 0. 59% ；P ( 0. 018% ；S ( 0. 009% ；V ( 0. 006% ；N ( 0. 0039%。实施例二
冶炼55#硬线用钢铸坯的化学成分重量百分比要求如下C :0. 52-0. 60% ;Si O. 17-0. 37% ；Mn 0. 50-0. 80% ；P ( 0. 025% ；S ( 0. 010% ；V ( 0. 010% ；N ( 0. 0050%。首 先制备增碳半钢，增碳半钢温度为1405°C，增碳半钢成分重量百分比为C:4. 11%； PO. 085% ； V 0. 019% ；N 0. 0030%。提钒转炉出钢时加入硅铝钡脱氧剂O. 5kg/吨钢，出钢后定氧为6.3ppm。运至转炉出钢跨备用；提钒转炉制备炼钢半钢，炼钢半钢含钒重量百分比为O. 033%,出钢后兑入炼钢转炉，转炉吹炼终点成分重量百分比为C 0. 06% ；P 0. 007% ；S O. 021% ；V 0. 002%。符合出钢要求进行出钢。出钢过程中按增碳剂-脱氧剂-合金顺序加入物料，出钢过程中进行在线吹氩，供气强度为1. 25L/min ·吨钢，增碳剂使用量为1. 4kg/吨钢，脱氧剂使用硅钙钡，加入量为O. 9kg/吨钢，合金使用硅锰合金,使用量为1. Okg/吨钢。出钢后钢水取样成分重量百分比为C 0. 22% ；Si 0. 27% ；Mn 0. 61% ；P 0. 012% ；S 0. 018% ；
V0. 004% ；N 0. 0020%，钢水温度为1575°C。兑入增碳半钢76kg/吨钢，兑增碳半钢过程进行钢包吹氩供气强度为1. 2L/min 吨钢，兑入增碳半钢后测温钢水温度为1559°C。然后运至LF炉精炼处理，成分、温度合格后上连铸浇注铸坯取样成分重量百分比为C 0. 55% ；Si O. 25% ；Mn 0. 62% ；P ( 0. 020% ；S ( 0. 005% ；V ( 0. 005% ；N ( 0. 0042%。实施例三
冶炼65#硬线用钢铸坯的化学成分重量百分比要求如下C :0. 62-0. 70% ;Si O. 17-0. 37% ；Mn 0. 50-0. 80% ；P ( 0. 025% ；S ( 0. 010% ；V ( 0. 010% ；N ( 0. 0050%。首先制备增碳半钢，增碳半钢温度为1415°C，增碳半钢成分重量百分比为C 4. 5% ； P 0. 080% ；
V0. 018% ；N 0. 0036%。提钒转炉出钢时加入硅铝钡脱氧剂O. 4kg/吨钢，出钢后定氧为5.6ppm。运至转炉出钢跨备用；提钒转炉制备炼钢半钢，炼钢半钢含钒重量百分比为O. 026%，出钢后兑入炼钢转炉，转炉吹炼终点成分重量百分比为C 0. 12% ；P 0. 008% ；S O. 025% ;V :0. 004%。符合出钢要求进行出钢。出钢过程中按增碳剂-脱氧剂-合金顺序加入物料，出钢过程中进行在线吹氩，供气强度为1. 3L/min 吨钢，增碳剂使用量为2. Okg/吨钢，脱氧剂使用硅钙钡，加入量为O. 8kg/吨钢,合金使用硅锰合金,使用量为1. Okg/吨钢。出钢后钢水取样成分重量百分比为C 0. 29% ；Si 0. 28% ；Mn 0. 62% ；P 0. 012% ；S 0. 022% ；
V0. 005% ；N 0. 0016%，钢水温度为1572°C。兑入增碳半钢85kg/吨钢，兑增碳半钢过程进行钢包吹氩供气强度为1. 3L/min 吨钢，兑入增碳半钢后测温钢水温度为1552°C。然后运至LF炉精炼处理，成分、温度合格后上连铸浇注铸坯取样成分重量百分比为C 0. 65% ；Si O. 27% ；Mn 0. 63% ；P ( 0. 021% ；S ^ 0. 003% ；V ( 0. 005% ；N ( 0. 0043%。
权利要求
1.一种使用含钒钛铁水冶炼中高碳硬线用钢的方法，其特征是在转炉炼钢工序采取铁水提钒预处理工艺，制备两部分半钢，一部分半钢用于转炉炼钢，称之为炼钢半钢；一部分半钢用于对炼钢转炉生产的钢水增碳，称之为增碳半钢；包含如下工艺步骤a.首先含钒铁水经过转炉提钒预处理工艺取得较低钒元素的半钢；其中用于增碳的半钢在转炉出钢时使用O. 4-0. 6kg/t的脱氧剂用于半钢脱氧，出钢后运至转炉出钢跨备用；b.含钒铁水提钒后得到的炼钢半钢兑入炼钢转炉进行吹炼，当终点成分重量百分符合S彡O. 025%、P彡O. 010%时进行出钢操作；c.出钢过程进行脱氧合金化操作，物料的加入顺序为增碳剂-脱氧剂-合金，以上物料在出钢过程均匀加入，出钢过程中进行在线吹氩，保证物料充分熔化并且钢水成分均匀，通过此步骤完成钢水的脱氧合金化操作；d.转炉出钢实施挡渣出钢，出钢后将预先制备好的增碳半钢兑入到钢水包内，兑增碳半钢过程中采取在线吹氩，通过此步骤完成钢水增碳操作；e.完成钢水增碳后，钢水进一步进行吹IS、LF炉精炼处理,在保证成分、温度合格后上连铸浇注，然后轧制；f.按上述方法生产的中高碳硬线用钢的化学成分重量百分比如下C:0. 40-0. 85% ;Si 0. 17-0. 37% ；Mn :0. 50-0. 80% ；P ( O. 025% ；S ( 0. 010% ；V ( 0. 010% ；N ( 0. 0050%。
2.根据权利要求1所述的一种使用含钒钛铁水冶炼中高碳硬线用钢的方法，其特征在于所述的步骤a中，含钒铁水提钒后取得炼钢用炼钢半钢，炼钢半钢余钒重量百分比不大于O. 040% ;含钒铁水提钒后取得钢水增碳用增碳半钢，增碳半钢温度大于1350度，增碳半钢成分重量百分比符合如下要求C彡4. 0% ；V ( O. 020% ；P ( O. 090% ；S ( O. 040%。
3.根据权利要求2所述的一种使用含钒钛铁水冶炼中高碳硬线用钢的方法，其特征在于所述的步骤a中，在转炉出增碳半钢时，向增碳半钢中加入脱氧剂O. 4-0. 6kg/吨钢，将增碳半钢的氧活度降低至IOppm以下，防止增碳半钢增加钢水氧活度；脱氧剂是硅铝钡、铝锰镁钙、硅铝铁、铝铁、硅铝钙钡中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的一种使用含钒钛铁水冶炼中高碳硬线用钢的方法，其特征在于所述的步骤c中，增碳剂采用氮重量百分比不大于O. 020%的低氮增碳剂，加入量为O.1-2. Okg/吨钢；其加入原则为钢水脱氧合金化后，钢水碳重量百分比达到O. 25-0. 30%。
5.根据权利要求1或2所述的一种使用含钒钛铁水冶炼中高碳硬线用钢的方法，其特征在于所述的步骤d中，增碳半钢兑入钢包的量为10-150kg/吨钢；所述的步骤c和d中，氩气的供气强度为1. 2-4L/min · t钢。
全文摘要
本发明涉及一种使用含钒钛铁水冶炼中高碳硬线用钢的方法，属于冶金技术领域。技术方案是使用含钒钛铁水作为原料，在转炉炼钢工序采取铁水提钒预处理工艺，制备两部分半钢一部分半钢用于转炉炼钢，称之为炼钢半钢；一部分半钢用于对炼钢转炉生产的钢水增碳，称之为增碳半钢；转炉冶炼终点取低拉碳法出钢，在合金化过程中少增碳或不增碳，在出钢结束后根据钢水碳含量向钢水中兑入一定量增碳半钢增碳，使钢水碳成分达到合格，解决增碳剂增碳钢中碳元素分布不均、钒元素控制在0.010%以下和氮元素控制在0.0050%以下的问题。通过使用增碳半钢兑入钢液增碳的同时，增碳半钢未经过转炉冶炼直接成为合格钢液，这个过程直接节约了在转炉冶炼的熔炼成本。
文档编号C21C7/00GK102994871SQ20121047750
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者国富兴, 韩春良, 孙福振, 翁玉娟, 房志琦, 王金星 申请人:河北钢铁股份有限公司承德分公司