CN1085605A - 底吹感应炉冶炼超低碳高铬合金钢工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明为底吹感应炉冶炼超低碳高铬合金钢工 艺，把低碳废钢和铁合金作为感应炉的冶炼原料，待 全部熔化并升温到一定温度后将氧气和惰气的混合 气体吹入炉内，根据不同的碳含量区间采用不同的混 合气体比例，通过吹气时间、温度和混合气体比例及 流量的控制使钢中的碳含量达到目标水平，脱碳结束 后向熔池加入还原剂，可以使铬等元素保持较高的收 得率。本发明的特点是工艺简单，脱碳效果明显，可 用于冶炼[％C]≤0.08，最低[％C]＝0.01的低及超低 碳高铬合金钢，使普通感应炉由简单的熔化装置变成 具备脱碳能力的精炼装置。

Description

本发明属于冶金领域，它适用于冶金，铸造和机械制造工业的中小型企业，使用感应炉冶炼超低碳高铬合金钢.
目前，高铬钢的冶炼主要有两条基本工艺路线：电弧炉-炉外精炼（例如：EF-AOD，EF-VOD，EF-CLU等）和顶底复吹转炉-炉外精炼，这两种工艺主要适用于大工业生产，对于一些小型冶金厂，铸造厂等广泛使用的是把感应炉作为冶炼设备，但常规感应炉冶炼过程的脱碳能力很低，要生产优质的低碳或超低碳高铬合金钢时，只能使用价格十分昂贵的低（微）碳原材料和纯金属，这极大地增加了生产成本，也限制了普通感应炉的产品范围，也有使用真空感应氧脱碳炉作为冶炼设备的，但这种设备庞大，复杂，投资大，冶炼成本高.
基于上述不足，本发明通过向感应炉吹入氧-惰性混合气体，利用惰性气体稀释脱氧产物，提高氧脱碳能力，可以稳定地生产含[C]＜＝0.03%（最低0.01%）的超低碳高铬合金钢，合金元素的收得率可以保持在较高的水平（其中铬收得率＞95%）.
理论研究结果表明：铬铁熔体中的碳铬的平衡与一氧化碳分压Pco和反应温度T有关，即：
21g[%C]-1.5[%Cr]-21gPco+0.46[%C]+0.0237[%Ni]-0.0476[%Cr]＝24300/T-16.07
式中：[%C]，[%Cr]，[%Ni]分别为铁液中碳，铬，镍的百分含量.T为反应温度，Pco为一氧化碳的分压.据上式，要在几乎保持铬镍元素不氧化的条件下，极大地降低钢中碳含量只有两个途径，即：降低一氧化碳分压（Pco）和提高反应温度，普通感应炉冶炼条件下，Pco＝1，此时冶炼超低碳高铬合金钢的反应温度高达约两千度，否则铬先于碳氧化，显然普通感应炉炉体是不能承受如此高温的，难于冶炼超低碳高铬合金钢.因而只能采用降低CO分压的方法，降低CO分压的常用方法是采用真空，然而真空感应炉设备复杂，投资巨大，冶炼成本高.若再增加吹氧脱碳设备，使设备和冶炼工艺更为复杂，也是不可取的.为了有效地脱碳保铬，本发明向炉内供入一定比例的氩氧混合气体，利用混和气体中惰性气体稀释脱碳反应产物一氧化碳，从而使Pco降低，这样不需使用真空装置，避免了高温操作，有效地实现了脱碳保铬的目标，得到超低碳高铬合金钢.
冶炼所用原料是低碳废钢和高.中.低碳铁合金，合金元素的配入量和常规工艺相同.
本发明用于脱碳冶炼超低碳高铬合金钢工艺为：原料全部熔化并达到理论计算的脱碳保铬临界温度后（1550-1700摄氏度），开始吹入氧-惰性混和气体.不同碳含量时的脱碳保铬，需要不同的Pco.因而不同脱碳阶段采用氧-惰性混合气体比例分别为：（3-0）∶（1-3）等.还原阶段吹入纯惰性气体，根据炉容量和碳含量的不同，各阶段的时间为5-40min不等;对于30-1000′Kg感应炉，气体流量范围1.0-30m3/h.t，压强为：0.12-1.0MPa.为提高合金收得率，还原期加入硅铁.锰铁.硅钙.铝等还原剂1-10Kg/t.进一步调整成分后出钢.本发明工艺可用于生产含碳＜＝0.08%的低碳和含碳＜＝0.03%的超低碳高铬[%Cr]＝15-35）合金钢.
为降低冶炼成本，本发明使用的惰性气体（Ar）可以部分或全部由氮气代替，形成氧-氮混吹或前期氧-氮后期氧-氩混吹，这样，既达到了脱碳的目的，又可降低气体成本，防止钢液增氮。
采用本发明，使感应炉生产低（超低）碳高铬合金钢成为可能，拓宽感应炉冶炼产品范围，使用廉价金属原料大幅度降低了生产成本，节省了耐火材料消耗，提高了合金收得率，降低电耗，尽管惰性气体有一定量的消耗，但总的经济效益十分可观.
小炼钢炉钢水的精炼至今是冶金界的难题，本工艺在一定程度上解决了这个工艺难题，使普通感应炉由简单的熔化装置变成具备脱碳功能的精炼设备.
下面是30kg感应炉冶炼00  Cr21Ni10应用本发明的实施举例：
（1）装料，熔化.1650℃开始吹气;
（2）第一阶段：O2∶Ar＝3∶1，流量0.12m3/h.时间5分钟;
（3）第二阶段：O2∶Ar＝1∶1时间20分钟;
（4）第三阶段：O2∶Ar＝1∶3时间10分钟;
（5）加还原剂铝粉100g，吹氩2min后出钢.
冶炼过程中的成分变化为：
熔清：[%C]＝0.17，[%Si]＝0.3，[%Mn]＝0.67，[%Cr]＝22.1
出钢：[%C]＝0.02，[%Si]＜0.3.[%Mn]＝0.65，[%Cr]＝21.5
底吹气流量：0.066m3/h.t，压强：0.15MPa.
采用本发明工艺，在30分钟内熔清碳可由0.15-0.20%降到≤0.03%，铬的收得率＞95%.

Claims (3)

1、感应炉冶炼超低碳高铬合金钢工艺，在大气条件下，应用氩氧混合气体，稀释降低一氧化碳分压，其特征在于：有底吹供气元件的感应炉，以低碳废钢，高铬返回钢，高.中.低碳铬铁合金为原料，熔清后，钢液含碳0.1--0.5%，含铬15--35%，当钢液温度达1550--1700摄氏度时，吹入氧--惰性混合气体，其氧气和惰性气体(氩或氮)混合比为(3--0)∶(1--3)，流量相应为1.0--30m3/h.t，压强为0.12--1.0MPa，各阶段吹炼时间相应为5--40min，加还原剂硅钙.硅铁.锰铁.铝粉1--10Kg/t，进一步调整成分后出钢，本发明用于普通感应炉冶炼超低碳高铬合金钢的成分为：[%C]＜=0.03(最低0.01)，[%Cr]=15--35。
2、根据权利要求1所述的冶炼超低碳高铬钢工艺，其特征在于用氧-氩混合气体吹炼，可用氮气部分或全部代替氩气，形成全程吹氮或前期吹氮后期吹氩的氧-惰性气体混合吹炼的工艺。
3、根据权利要求1所述的冶炼超低碳高铬合金钢工艺，其特征在于在30Kg感应炉内冶炼00Cr21Ni10焊条钢，熔清钢液成分为：[%C]＝0.17，[%Cr]＝22.1，[%Mn]＝0.67，[%Si]＝0.3，温度达1650摄氏度，开始吹入氧氩混合气体，第一阶段氧氩比3∶1，时间5min;第二阶段氧氩比1∶1，时间20min;第三阶段氧氩比1∶3，时间10min;脱碳阶段流量为0.66m3/h.t，压力为0.15MPa，加入铝脱氧剂4Kg/t吹炼2min，钢的最终成分：[%C]＜＝0.03，[%Cr]＝21.5，适当补加合金，出钢.
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