专利名称：钢的熔炼方法及钢筋的生产方法
技术领域：
本发明涉及炼钢领域，特别涉及一种钢的熔炼方法及钢筋的生产方法。
背景技术：
近年来，国家对建筑物的强度要求越来越高。钢筋是为建筑提供强度保证的重要 部件，由此考虑，提高建筑物的强度可以从两方面入手一方面是增加钢筋的用量；另一方 面是提高钢筋的强度等级。但从节约资源共建节约型社会考虑，提高钢筋的强度等级是提 高建筑物强度的重要途径。传统的钢筋生产工艺通常包括将铁矿石进行烧结后转入高炉中进行炼铁冶炼， 将冶炼后的铁水倒入转炉中进行炼钢冶炼，然后将冶炼后的钢水进行浇铸、轧制后进行轧 后余热处理，得到钢筋。现有的钢筋生产工艺中，为了提高钢筋的强度，通常是在炼钢的冶炼工序走微合 金化的技术路线，微合金化的技术路线是指在炼钢冶炼的后期，在出钢之前向钢水中加入 含有V、Ti或Nb的合金，使得钢筋在原有的主加合金元素的基础上增加微量的V、Ti或Nb 元素，利用V、Ti、Nb等元素的细化晶粒和沉淀硬化的作用改善钢的机械性能。由于钒、钛和 铌均为稀缺金属，因此上述合金价格较为昂贵，同时上述贵重合金在炼钢的冶炼环节难免 发生氧化，因此只有部分合金进入钢水中起到合金强化作用，钢水中上述合金的收得率较 低，为了保证钢筋的强度，就需要进增大合金用量，由此造成钢筋的生产成本居高不下。因此，需要提供一种降低合金用量的钢筋生产方法，用以降低生产高强度钢筋的 生产成本。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种钢的熔炼方法及钢筋的生产方法，按照上述 方法生产钢筋可以降低钒钛等贵重合金的用量，并同时保证钢筋的强度，进而降低了钢筋 的生产成本。本发明提供一种钢的熔炼方法，包括烧结工序向铁矿石中加入钒钛铁精粉后进行烧结，所述钒钛铁精粉包括 0. 4wt % 0. 8wt %的V205、IOwt % 15wt %的TiO2和余量的Fe与不可避免的杂质，烧结后 得到烧结料；炼铁工序向所述烧结料中加入改质剂后进行炼铁冶炼，所述改质剂包括 IOwt % 20wt% Ca0、5wt% IOwt % 的 MgO、IOwt % Si 和余量的钒钛渔，所述 钒钛渣包括5wt % IOwt %的V2O5、Iwt % 3wt %的TiO2和余量的Fe与不可避免的杂质， 冶炼后得到铁水；炼钢工序将所述铁水进行吹氧熔炼得到钢水，将钢水浇入钢包前向钢水中加 入含有V、Ti和Nb中一种或多种元素的的合金，加入的合金与钢水的重量比为0. 02 0. 06 1。
优选的，所述钒钛铁精粉与铁矿石的重量比为0.05 0.08 1。优选的，所述改质剂与烧结料的重量比为0. 15 0.2 1。优选的，所述炼钢工序还包括在冶炼后期向钢水中加入所述改质剂，加入的改质 剂与钢水的重量比为0.004 0.01 1。优选的，所述烧结的温度为1150°C 1250°C。优选的，所述炼铁的冶炼温度为1400°C 1600°C。优选的，所述炼钢的出钢温度为1650°C 1670°C。本发明还提供一种钢筋的生产方法，包括将按照上述方法熔炼的钢水进行浇铸制得钢坯，将钢坯轧制后进行轧后热处理， 得到钢筋。优选的，所述轧制工序包括在轧制的中间道次实施穿水冷却。优选的，所述穿水冷却的水压为0. 5Mpa 0. 8Mpa。现对于现有的高强度钢筋的生产技术，本发明提供的生产方法先烧结过程中加入 价格低廉的钒钛铁精粉，钒钛铁精粉中的V2O5和TiO2的使烧结后的烧结料中含有一定量的 钒、钛元素；同时在炼铁工序中加入价格同样低廉的改质剂，改质剂中Si作为还原剂，还原 V和Ti，以使铁水中含有一定量的基础V、Ti元素，改质剂中的V2O5和TiO2用于进一步增加 铁水中V和Ti的含量；炼钢工序中由于铁水中含有Si，使炼钢冶炼过程的还原反应增加， 同时相应降低氧化反应，进而降低V、Ti被氧化的量，增加钢水中V、Ti元素的含量，由于钢 水中已含有一定量的V、Ti元素，因此，只需在出钢前向钢水中添加微量的含V、Ti或Nb的 合金便足以保证钢的强度和韧性，进而实现了保证钢筋强度的同时减少钒钛合金用量，降 低了生产成本。
具体实施例方式为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。本发明实施例公开了一种钢的熔炼方法，包括烧结工序向铁矿石中加入钒钛铁精粉后进行烧结，所述钒钛铁精粉包括 0. 4wt% 0. 8wt%&V205、10wt% 15wt%&Ti02和余量的Fe与不可避免的杂质，烧结后 得到烧结料；炼铁工序向所述烧结料中加入改质剂后进行炼铁冶炼，所述改质剂包括 IOwt % 20wt% Ca0、5wt% IOwt % 的 MgO、IOwt % Si 和余量的钒钛渔，所述 钒钛渣包括5wt % IOwt %的V2O5、Iwt % 3wt %的TiO2和余量的Fe与不可避免的杂质， 冶炼后得到铁水；炼钢工序将所述铁水进行吹氧熔炼得到钢水，将钢水浇入钢包前向钢水中加 入含有V、Ti和Nb中一种或多种元素的的合金，加入的合金与钢水的重量比为0. 02 0. 06 1。烧结过程中加入的钒钛铁精粉和炼铁工序中加入钒钛渣的目的在于使铁水中 含有一定量的钒、钛元素。加入的钒钛铁精粉包括0. 4wt% 0. 8衬％的V205、10wt% 15衬％的TiO2和余量的Fe与不可避免的杂质。钒钛铁精粉含量的增加虽然可以提高铁水 中V和Ti的含量，但是添加量过的则不利于铁矿石的烧结，因此，钒钛铁精粉的加入量与铁 矿石的重量比为0.05 0.08 1，烧结温度优选为1150°C 1250°C。烧结后，烧结料中虽然含有V、Ti元素，但是两种元素的含量较低，并且两种元素 均以氧化物形式存在，在炼铁工序中无法进入铁水中，考虑到上述原因，本发明还在炼铁工 序中加入改质剂，所述改质剂包括10wt% 20wt% Ca0、5wt% IOwt%的MgO、IOwt%
Si和余量的钒钛渣，所述钒钛渣包括5wt% IOwt %的V2O5Uwt % TiO2和余量的Fe与不可避免的杂质。改质剂的原料易得且均价格廉价，上述钒钛渣中的Si 是还原剂，还原V和Ti，进而使V和Ti进入铁水中，V2O5和TiO2用于进一步增加铁水中V和 Ti的含量，进而增加钢水中V和Ti的含量，减少炼钢的冶炼工序中合金的添加量；改质剂 中Si的含量为IOwt % 20wt%，优选为12wt% 17wt%，Si含量过高则会对钢筋强度造 成影响；改质剂中MgO和CaO起粘结剂的作用将钒钛渣粘结成球状或块状，利于烧结工序， 此外，MgO还用于改善炉渣的流动性，有利于保护炉衬，CaO还用于增加炉渣碱度，有利于脱 P、脱S，减少石灰用量，起到降低冶炼成本的作用。加入的改质剂与烧结料的重量比优选为0. 15 0. 2 1，改质剂的添加量增多虽 然可以提高铁水中V和Ti的含量，但是添加量过多则会影响铁水的流动性，炼铁的冶炼温 度优选为1400°c 1600°C。炼铁后便进入炼钢工序，在炼钢工序中先要向铁水中吹入氧气，氧化铁水中的碳、 磷和硫，得到钢水，故冶炼的前期和中期为强氧化反应，但由于铁水中含有Si，使炼钢冶炼 过程的还原反应增加，同时相应降低氧化反应，进而降低V、Ti被氧化的量，增加钢水中V、 Ti元素的含量，炼钢工序中出钢温度优选控制为1650°C 1670°C。为了进一步增加钢水中 V、Ti的含量，本发明还优选在冶炼后期加入上述改质剂，加入的改质剂与钢水的重量比优 选为0.004 0.01 1，改质剂加入过多则会影响钢水的流动性。经过上述工序后钢水中已 含有一定量的V、Ti元素，因此，只需在出钢前向钢水中添加钢水质量0. 02wt% 0. 06wt% 的含V、Ti或Nb的合金便足以保证钢的强度和韧性，进而实现了保证钢筋强度的同时减少 钒钛合金用量，降低了生产成本。本发明实施还提供一种钢筋的生产方法，包括将按照上述方法熔炼的钢水进行浇铸制得钢坯，将钢坯轧制后进行轧后热处理， 制得钢筋。传统的轧后余热处理是在轧制结束后进行穿水冷却，使铁素体中充分析出NbN、 NbC、VN、VC、TiN、TiC等，以获得最大的析出强化效果。但是此种热处理方法会使钢筋的浅 表层不可避免的形成回火马氏体和回火索式组织，而这两种组织不仅会影响钢筋的焊接性 能，而且也会降低钢筋的时效性。为此，本发明在连续轧制工序中优选在轧制的中间道次实 施穿水冷却，抑制高温奥氏体再结晶和阻止再结晶晶粒的粗化来调节奥氏体晶粒，通过降 低奥氏体-铁素体的相变温度细化铁素体晶粒，同时通过粗轧道次的大压下轧制，压碎奥 氏体晶粒，连续轧制中开轧温度优选控制为950°C 1100°C，终轧温度为900°C 1050°C， 穿水冷却的水压优选为0. 5Mpa 0. SMpa0轧制后再进行热处理便可保证钢筋的浅标称和 芯部都只是细晶粒的铁素体和珠光体组织，提高钢筋的焊接性和时效性。将热处理后的钢 筋再进行剪切、清理、收集后便可入库。
由于本钢筋生产方法是由上述方法生产的钢水经过浇铸、轧制后轧后热处理后制 得，相应的，本方法也具有保证钢筋强度的同时减少钒钛合金用量的效果，并且若在轧制的 中间道次实施穿水冷却还可提高钢筋的焊接性和时效性。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的钢筋生产方法进行描 述。以下实施例中的钒钛渣包括8衬％的V205、2wt%& TiO2和余量的铁与不可避免的杂 质。实施例11、烧结向0. 954t的铁矿石中加入0. 006t的改质剂后在1200°C进行烧结，得到烧结料。 钒钛铁精粉的成分如下0. 65wt% V2O5 ；12wt% TiO2 ；余量的Fe与不可避免的杂质。2、炼铁向高炉中加入步骤1得到的烧结料和175kg改质剂，然后在1500°C 1550°C进行 冶炼，得到铁水，改质剂成分如下15wt% CaO8wt% MgO16wt% Si余量的钒钛渣。3、炼钢将步骤2得到铁水、生铁依次加入转炉中，吹氧熔炼后吹氮精炼，冶炼后期向钢水 中加入5kg步骤2使用的改质剂，出钢前向钢水中加入0. 25kg的FeV5tl，钢水温度为1660°C 时出钢。4、连续浇铸将步骤3得到钢水浇铸成150mmX 150mm的钢坯。5、轧制将步骤4制得的钢坯加热后进行连续轧制，设置开轧温度为1050°C，终轧温度为 980°C，并在轧制的第4道次实施穿水冷却，控制水压为0. 6Mpa。6、轧后热处理将轧制后的钢坯进行穿水冷却，控制水压为1. 2Mpa。冷却后进行剪切得到钢筋。实施例21、烧结向0. 955t的铁矿石中加入0. 005t的钒钛铁精粉后在1150°C进行烧结，得到烧结 料。钒钛铁精粉的成分如下0. 5wt% V2O5 ；1 Iwt % TiO2;余量的Fe与不可避免的杂质。2、炼铁
向高炉中加入步骤1得到的烧结料和155kg改质剂后在1400°C 1450°C进行冶 炼，得到铁水。改质剂成分如下12wt% CaO6. 5wt% MgOllwt% Si余量的钒钛渣。3、炼钢将步骤2得到铁水、生铁依次加入转炉中，吹氧熔炼后吹氮精炼，出钢前向钢水中 加入0. 33kg的FeV5tl，钢水温度为1650°C时出钢。4、连续浇铸将步骤3得到钢水浇铸成150mmX 150mm的钢坯。5、轧制将步骤4制得的钢坯加热后进行连续轧制，设置开轧温度为980°C，终轧温度为 920°C，并在轧制的第3道次实施穿水冷却，控制水压为0. 6Mpa。6、轧后热处理将轧制后的钢坯进行穿水冷却，控制水压为1. 5Mpa。冷却后进行剪切得到钢筋。实施例31、烧结向0. 953t的铁矿石中加入0. 007t的钒钛铁精粉后在1200°C进行烧结，得到烧结 料。钒钛铁精粉的成分如下0. 78wt% V2O5 ；14. 5wt% TiO2 ；余量的Fe与不可避免的杂质。2、炼铁向高炉中加入步骤1得到的烧结料和196kg改质剂后在1550°C 1600°C进行冶 炼，得到铁水。改质剂成分如下18wt% CaO9wt % MgO19. 5wt% Si余量的钒钛渣。3、炼钢将步骤2得到铁水、生铁依次加入转炉中，吹氧熔炼后吹氮精炼，出钢前向钢水中 加入0. 28kg的FeV5tl，钢水温度为1670°C时出钢。4、连续浇铸将步骤3得到钢水浇铸成150mmX 150mm的钢坯。5、轧制将步骤4制得的钢坯加热后进行连续轧制，设置开轧温度为1150°C，终轧温度为 1050°C，并在轧制的第4道次实施穿水冷却，控制水压为0. 75Mpa。6、轧后热处理
将轧制后的钢坯进行穿水冷却，控制水压为1. 2Mpa。冷却后进行剪切得到钢筋。比较例11、烧结将It的铁矿石中在1200°C进行烧结，得到烧结料。2、炼铁将步骤1得到的烧结料中在1500°C 1600°C进行冶炼，得到铁水。3、炼钢将步骤2得到铁水、生铁依次加入转炉中，吹氧熔炼后吹氮精炼，出钢前向钢水中 加入0. 6kg的FeV5tl，钢水温度为1680°C时出钢。4、连续浇铸将步骤3得到钢水浇铸成150mmX 150mm的钢坯。5、轧制将步骤4制得的钢坯加热后进行连续轧制，设置开轧温度为1150°C，终轧温度为 1050 O。6、轧后余热处理将轧制后的钢坯进行穿水冷却，控制水压为1. 2Mpa。冷却后进行剪切得到钢筋。将实施例1 3和比较例1生产的钢筋进行力学性能测试，测试结果列于表1。 上述实施例是生产HRB335钢筋，本发明提供的方法同样适用于HRB400和HRB500 钢筋的生产。由上述结果可知，采用本发明提供的方法生产钢筋，不仅减少了钒钛合金等贵重 合金的用量，同时保证生产出的钢筋具有较高的强度，进而降低了生产成本。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行 若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
权利要求
一种钢的熔炼方法，其特征在于，包括烧结工序向铁矿石中加入钒钛铁精粉后进行烧结，所述钒钛铁精粉包括0.4wt％～0.8wt％的V2O5、10wt％～15wt％的TiO2和余量的Fe与不可避免的杂质，烧结后得到烧结料；炼铁工序向所述烧结料中加入改质剂后进行炼铁冶炼，所述改质剂包括10wt％～20wt％CaO、5wt％～10wt％的MgO、10wt％～20wt％的Si和余量的钒钛渣，所述钒钛渣包括5wt％～10wt％的V2O5、1wt％～3wt％的TiO2和余量的Fe与不可避免的杂质，冶炼后得到铁水；炼钢工序将所述铁水进行吹氧熔炼得到钢水，将钢水浇入钢包前向钢水中加入含有V、Ti和Nb中一种或多种元素的的合金，加入的合金与钢水的重量比为0.02～0.06∶1。
2.根据权利要求1所的方法，其特征在于，所述钒钛铁精粉与铁矿石的重量比为 0. 05 0. 08 1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改质剂与烧结料的重量比为0.15 0. 2 1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述炼钢工序还包括在冶炼后期向钢水 中加入所述改质剂，加入的改质剂与钢水的重量比为0.004 0.01 1。
5.根据权利要求1 3任意一项所述的方法，其特征在于，所述烧结的温度为 1150°C 1250°C。
6.根据权利要求1 4任意一项所述的方法，其特征在于，所述炼铁的冶炼温度为 1400 °C 1600 "C。
7.根据权利要求1 4任意一项所述的方法，其特征在于，所述炼钢的出钢温度为 16501670 O。
8.一种钢筋的生产方法，其特征在于，包括将权利要求1至7任一项所述的方法熔炼的钢水进行浇铸制得钢坯，将钢坯轧制后进 行轧后热处理，得到钢筋。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述轧制工序包括在轧制的中间道次实 施穿水冷却。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述穿水冷却的水压为0.5Mpa 0.8Mpa。
全文摘要
本发明提供一种钢的熔炼方法和钢筋的生产方法，本发明提供的熔炼方法先在烧结过程中加入价格低廉的钒钛铁精粉使烧结后的烧结料中含有一定量的钒、钛元素；在炼铁工序中加入价格低廉的改质剂进一步增加铁水中V和Ti的含量，进而增加钢水中V、Ti元素的含量，由于钢水中已含有一定量的V、Ti元素，因此，只需在出钢前向钢水中添加微量的含V、Ti或Nb的合金便足以保证钢的强度和韧性，进而实现了保证钢筋强度的同时减少钒钛合金用量，降低了生产成本。
文档编号C22C38/00GK101914716SQ20101027105
公开日2010年12月15日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者张森, 李元廷, 杜国权, 江善明, 谢华强 申请人:四川省达州钢铁集团有限责任公司