本发明涉及钢铁冶炼工艺，特别涉及一种优质碳素结构钢的冶炼工艺。
背景技术：
优质碳素结构钢是含碳小于0.8％的碳素钢，所含的硫、磷及非金属夹杂物较少，机械性能较为优良。
公开号为cn102041444a的中国专利公开了一种低碳低硅优质碳素结构钢及其生产方法。该优质碳素结构钢的生产方法包括如下步骤：优质铁水、kr铁水预处理、顶底复吹转炉、钢水预脱氧、钢水合金化、钢水终脱氧处理、吹氩处理、连铸浇注、铸坯堆冷。在吹氩处理步骤中，先加入钢包精炼渣，再调大氩气量确保强吹氩，随后再调小氩气量进行软吹氩。
现有的一种钢包精炼渣包括如下质量分数的组分：36％石灰石、24.7％铝矾土、29.3％白云石、10％萤石。在该精炼渣中，石灰石用于生成炉渣；白云石用于提高渣中mgo含量；萤石和铝矾土能够提升化渣能力，加快化渣速度。但是，萤石对转炉炉衬严重侵蚀，产生的sif4和hf对大气产生污染，氟离子对水资源产生污染，有待改进。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种优质碳素结构钢的冶炼工艺。该冶炼工艺在避免使用萤石的情况下具有良好的化渣能力，较快的化渣速度。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种优质碳素结构钢的冶炼工艺，包括如下步骤：转炉熔炼、lf炉精炼、连铸机浇注，在转炉熔炼步骤和lf炉精炼步骤中，均加入造渣剂；
所述造渣剂由如下重量份数的组分为主要原料制成：
氧化铁30-40份
氧化铝15-20份
氧化锰10-15份
氧化钙3-6份
氧化镁2-4份
氧化硼1-5份
氧化钛0.1-1份
粘结剂1-3份。
通过采用上述技术方案，氧化铁、氧化铝、氧化硼、氧化钛的加入，能够降低氧化钙的熔点，促进氧化钙熔解，降低炉渣黏度，从而能够降低炉渣的熔点，改善并保持炉渣的流动性，最终能够提升化渣能力，加快化渣速度，提升脱磷和脱硫效果，提升操作性能，在避免使用萤石的情况下具有比加入萤石更好的冶炼指标。氧化锰为助溶剂，促进氧化钙熔解。氧化镁作为调渣剂加入，提高渣中氧化镁含量。粘结剂能够使其他组分进行粘合，便于进行加工和储存。
本发明进一步设置为：所述粘结剂包括有机粘结剂和无机粘结剂，所述有机粘结剂和无机粘结剂的混合重量比为1∶3-5。
通过采用上述技术方案，将有机粘结剂和无机粘结剂进行配合使用，可大幅度降低无机粘合剂用量，降低生产成本。
本发明进一步设置为：所述有机粘结剂包括聚丙烯酰胺和聚乙烯醇，所述聚丙烯酰胺和聚乙烯醇的混合重量比为2-3∶1。
本发明进一步设置为：所述无机粘结剂为膨润土。
本发明进一步设置为：按照重量份，还包括氧化锂1-5份。
通过采用上述技术方案，氧化锂的加入能够和氧化铁、氧化铝、氧化硼、氧化铁共同作用，提升化渣能力，加快化渣速度。
本发明进一步设置为：所述造渣剂的制备方法包括如下步骤：
步骤1：将聚丙烯酰胺和聚乙烯醇分别配置成相同质量分数的水溶液，将聚丙烯酰胺水溶液和聚丙烯醇水溶液按照混合重量比为1∶3-5配制成有机粘结剂水溶液；步骤2：将有机粘结剂水溶液和膨润土按照有机粘结剂和膨润土的混合重量比为1∶3-5配制成粘结剂；
步骤3：按照重量份，称取氧化铁30-40份、氧化铝15-20份、氧化锰10-15份、氧化钙3-6份、氧化镁2-4份、氧化硼1-5份、氧化钛0.1-1份、粘结剂1-3份并搅拌混合均匀；
步骤4：压制成型，室温干燥得到渣球；
步骤5：将渣球进行煅烧处理至水分含量小于0.2wt％后取出，冷却后即可。
通过采用上述技术方案，在进行除水时，由于水分子与聚丙烯酰胺和聚乙烯醇间形成较强的氢键作用，蒸发速度较慢。由于水分子的缓慢蒸发，水分子带动颗粒进一步靠拢，聚丙烯酰胺和聚乙烯醇在颗粒表面的分布密度增大，增强颗粒间的结合力。因此，将聚丙烯酰胺和聚丙烯醇配成水溶液加入，再进行室温干燥和煅烧处理进行除水，从而提升造渣剂的强度。
本发明进一步设置为：所述聚丙烯酰胺和聚乙烯醇水溶液的质量分数为3-5％。
通过采用上述技术方案，使聚丙烯酰胺和聚乙烯醇用量恰当，既避免用量太少影响强度，又避免用量太多导致造成负作用。
本发明进一步设置为：所述煅烧温度为800-900k，时间为30-40min。
通过采用上述技术方案，控制煅烧温度和时间恰当，既避免温度过高和时间过长，增加生产成本，也避免温度过低和时间过短，导致除水效果较差。
本发明进一步设置为：所述转炉熔炼步骤中，往铁水中加入废钢、转炉合金、脱氧剂铝饼，所述废钢和铁水的比重为1∶10，所述转炉合金包括硅铁、硅锰、低氮碳粉，所述硅铁和铁水的比例为1∶20kg/t，所述硅锰和铁水的比例为1∶1kg/t，所述低氮碳粉和铁水的比例为1∶5kg/t，所述铝饼的用量与混合物的重量比为1.1kg/t，其中混合物包括铁水、废钢和转炉合金，所述转炉合金和铝饼的加入顺序依次为低氮碳粉、铝饼、硅锰和硅铁，所述转炉熔炼步骤中供氧方式为顶吹。
通过采用上述技术方案，废钢的加入能够降低成本，提高资源利用率，同时进行降温。转炉合金的加入一方面能够和氧反应，达到脱氧的目的，另一方面合金能够改善钢材的性能。硅铁能够增大强度和硬度；硅锰能够增加淬透性、提高韧性，降低硫的危害；低氮碳粉抗氧化性强、低灰、低硫、低磷、高机械强度、高化学活性、高精煤回收率等特点，可用来调整钢液的碳含量和氧含量，改变其刚性和韧性，从而提高钢液的形核能力和钢坯的内在质量。铝饼的加入能够起到脱氧的作用。顶吹的氧气能够和碳反应生成二氧化碳，用于除去碳杂质。
本发明进一步设置为：所述lf炉精炼步骤中，往转炉步骤得到的钢水中加入lf炉合金和喂铁钙线，所述lf炉合金包括硅铁、硅锰、低氮碳粉，所述硅铁和转炉步骤得到的钢水的比例为1∶20kg/t，所述硅锰和转炉步骤得到的钢水的比例为1∶1kg/t，所述低氮碳粉和转炉步骤得到的钢水的比例为1∶5kg/t，所述铁钙线的长度为200m，喂线速度为4m/s。
通过采用上述技术方案，硅铁能够增大强度和硬度；硅锰能够增加淬透性、提高韧性，降低硫的危害；低氮碳粉抗氧化性强、低灰、低硫、低磷、高机械强度、高化学活性、高精煤回收率等特点，可用来调整钢液的碳含量和氧含量，改变其刚性和韧性，从而提高钢液的形核能力和钢坯的内在质量。铁钙线能够起到良好的脱氧脱磷作用改善钢材性能，提高合金的收得率。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、氧化铁、氧化铝、氧化硼、氧化钛和氧化锂的加入，提升化渣能力，加快化渣速度，能够在避免使用萤石的情况下具有比加入萤石更好的冶炼指标；
2、膨润土、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇的加入，提升优质碳素结构钢用造渣剂的强度。
具体实施方式
实施例1-5用于说明造渣剂的组分和造渣剂的制备方法。
实施例1-5中造渣剂的组分见表1。
表1、造渣剂的原料组分表
注：单位“份”指重量份；
粘结剂包括有机粘结剂和无机粘结剂，有机粘结剂包括聚丙烯酰胺和聚乙烯醇。
以下详细说明实施例1中造渣剂的制备方法，实施例2-5中造渣剂的制备方法同实施例1。造渣剂的制备方法具体包括如下步骤：
步骤1：将聚丙烯酰胺和聚乙烯醇分别配置成相同质量分数的水溶液，将聚丙烯酰胺水溶液和聚丙烯醇水溶液配制成有机粘结剂水溶液；
步骤2：将有机粘结剂水溶液和无机粘结剂配制成粘结剂；
步骤3：按照重量份，称取氧化铁、氧化铝、氧化锰、氧化钙、氧化镁、氧化硼、氧化钛、粘结剂并搅拌混合均匀得到混合料；
步骤4：将混合料放入内径为50mm的模具中，经压球机在40kn的压力下压制成型，室温干燥24h得到渣球；
步骤5：将渣球进行煅烧处理至水分含量小于0.2wt％后取出，冷却后即可。
表2、造渣剂的制备方法参数表
强度试验
1、抗压强度试验
步骤1：将实施例1的造渣剂在adt204型抗压强度测试仪上进行抗压强度测试；
步骤2：将步骤1重复5次，将5次抗压强度测试得到的抗压强度取平均值即为实施例1的造渣剂的抗压强度；
步骤3：将实施例1的造渣剂依次换成实施例2-5的造渣剂，重复步骤1和2，得到实施例2-5的造渣剂的抗压强度。
2、下落强度试验
步骤1：重复将实施例1的造渣剂从5m高度下落至地面上直到破裂，记录破裂时的次数；
步骤2：将步骤1重复5次，将得到的破裂时的次数取平均值即为实施例1的造渣剂破裂时所需下落次数；
步骤3：将实施例1的造渣剂依次换成实施例2-5的造渣剂，重复步骤1和2，得到实施例2-5的造渣剂破裂时所需下落次数。
表3、实施例1-5造渣剂抗压强度和下落强度记录表
注：破裂时所需下落次数越多，表明下落强度越强。
从表3可知，实施例1-5均具有良好的抗压强度和下落强度。
由此可见，膨润土、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇的加入能够增强本发明造渣剂的强度。
实施例6-10用于说明优质碳素结构钢的冶炼工艺。其中，实施例6中使用的造渣剂为按照实施例1制备的造渣剂，实施例7中使用的造渣剂为按照实施例2制备的造渣剂，实施例8中使用的造渣剂为按照实施例3制备的造渣剂，实施例9中使用的造渣剂为按照实施例4制备的造渣剂，实施例10中使用的造渣剂为按照实施例5制备的造渣剂。
以下详细说明实施例6优质碳素结构钢的冶炼工艺，实施例7-10同实施例6。
一种优质碳素结构钢的冶炼工艺，包括如下步骤：
转炉熔炼、lf炉精炼、连铸机浇注。
在转炉熔炼步骤中，往铁水中加入废钢、转炉合金、脱氧剂铝饼。其中，废钢的要求参照gb/t4223-2004《废钢铁》，废钢和铁水的重量比为1∶10。转炉合金包括硅铁、硅锰、低氮碳粉。所述硅铁和铁水的比例为1∶20kg/t，所述硅锰和铁水的比例为1∶1kg/t，所述低氮碳粉和铁水的比例为1∶5kg/t。铝饼的用量与混合物的重量比为1.1kg/t，其中混合物包括铁水、废钢和转炉合金。转炉合金和铝饼的加入顺序依次为低氮碳粉、铝饼、硅锰和硅铁。在转炉熔炼步骤中供氧方式为顶吹。
在lf炉精炼步骤中，往转炉熔炼步骤得到的钢水中加入lf炉合金和喂铁钙线。lf炉合金包括硅铁、硅锰、低氮碳粉，所述硅铁和转炉步骤得到的钢水的比例为1∶20kg/t，所述硅锰和转炉步骤得到的钢水的比例为1∶1kg/t，所述低氮碳粉和转炉步骤得到的钢水的比例为1∶5kg/t；铁钙线长度为200m，喂线速度为4m/s。
在转炉熔炼步骤和lf炉精炼步骤中，均加入造渣剂，控制每吨钢的总渣量为10kg。
对冶炼过程中的起渣时间、脱磷率、脱硫率以及是否出现喷溅和返干现象这四个冶炼指标进行监测并记录。
表4、不同造渣剂的冶炼指标记录表
从表4可知，实施例1-5的起渣时间较少，表明本发明造渣剂具有良好的化渣能力和较快的化渣速度；实施例1-5的脱磷率和脱硫率较高，表面本发明造渣剂具有良好的脱磷和脱硫效果；实施例1-5均未出现喷溅和返干，表明本发明造渣剂具有良好的操作性能。因此，本发明优质碳素结构钢的冶炼工艺在避免使用萤石的情况下仍然具有良好的冶炼指标。
由此可见，氧化铁、氧化铝、氧化硼、氧化钛和氧化锂的加入，能够降低氧化钙的熔点，促进氧化钙熔解，降低炉渣黏度，从而能够降低炉渣的熔点，改善并保持炉渣的流动性，最终能够提升化渣能力，加快化渣速度，提升脱磷和脱硫效果，提升操作性能，在避免使用萤石的情况下具有比加入萤石更好的冶炼指标。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。