一种转炉炉内合金化冶炼方法与流程

金属材料;冶金;铸造;磨削;抛光设备的制造及处理,应用技术1.本发明涉及钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种转炉炉内合金化冶炼方法。背景技术：2.高碳铬轴承钢用来制造轴承中的滚动体、套圈等轴承零部件，这类零部件对接触疲劳寿命要求苛刻。轴承钢中非金属夹杂物对疲劳寿命影响很大，尤其是脆性的氮化钛夹杂物，相关研究结果表明尺寸8um的氮化钛夹杂物对疲劳寿命的影响等同于25um的钙铝酸盐类夹杂物的影响。因此高碳铬轴承钢对钢中钛含量要求极为苛刻，高碳铬轴承钢新标准gb/t18254-2016中优质钢要求钛含量(即质量百分比)≤0.0050％，高级优质钢要求钛含量≤0.0030％，特级优质钢要求钛含量≤0.0015％，因此高碳铬轴承钢的生产对铁水、合金等要求极为严格。3.为保证高碳铬轴承钢中钛含量满足标准要求，钢铁企业不得不采用低钛高碳铬铁替代普通高碳铬铁来进行铬合金化操作，从而大幅增加了生产成本。为保证高碳铬轴承钢中钛含量要求，同时降低生产成本，钢铁企业进行大量的新工艺的研究。4.公开号为cn104212935b的专利公开了一种用高碳铬铁生产高品质gcr15轴承钢的方法，采用在lf、rh工序进行三次造渣来去除钢中钛，但该方法需要在lf工序扒渣操作，并重新二次造渣，因此需要在lf工序增加扒渣设备，且渣量成本大幅增加，一定程度上增加了铬合金化后的生产成本。5.公开号为cn102383055b的专利公开了一种降低高碳铬轴承钢钛含量的生产方法，采用出钢合金化过程中高碳铬铁(60-75％cr所需的合金量)与低钛高碳铬铁混加的方式，尽管一定程度上兼顾了成品钛含量与合金化成本，但成品钛含量受高碳铬铁合金钛含量影响波动很大。6.因此，在高碳铬轴承钢的钢水冶炼过程中，既要保证钢水对高碳铬铁的吸收率，又要保证钢水中各种元素含量满足冶炼要求，减少钢水中的ti含量，减少冶炼过程中的脱磷负荷。7.综上所述，急需一种转炉炉内合金化冶炼方法以解决现有技术中存在的问题。技术实现要素：8.本发明目的在于提供一种转炉炉内合金化冶炼方法，以解决现有合金化冶炼工艺中合金材料吸收率较低的问题。9.为实现上述目的，本发明提供了一种转炉炉内合金化冶炼方法，包括以下步骤：10.步骤一：将铁水和废钢加入转炉中；11.步骤二：在转炉内部进行吹氧冶炼，同时在转炉底部底吹氩气；控制转炉内部总渣量为20～35kg/t；12.步骤三：停止吹氧后，从转炉顶仓加入高碳铬铁，提升氩气流量进行底吹搅拌，实施炉内钢水合金化；13.步骤四：检测钢水，符合冶炼要求后出钢。14.优选的，所述步骤一铁水中：si质量百分比在0.35％以下，p质量百分比在0.08％以下，ti质量百分比在0.06％以下。15.优选的，所述步骤一中，加入废钢的质量占比在20％以下。16.优选的，所述步骤二中，进行吹氧冶炼时，供氧强度为1.5～3.0nm3/(t·min)，氧压为0.70～0.90mpa；底吹氩气时，氩气流量为0.03～0.20nm3/(t·min)。17.优选的，所述步骤二中，在转炉内加入造渣剂，用于在转炉内形成炉渣，炉渣碱度为3～4.5。18.优选的，所述步骤三中，当钢水中的c的质量百分比为0.08～0.20％且钢水温度为1560～1600℃时，停止吹氧。19.优选的，所述步骤三中，氩气流量提升至0.20～0.35nm3/(t·min)，底吹搅拌时间为30～60s。20.优选的，所述步骤四中，当钢水中的p的质量百分比满足要求，且钢水中的c的质量百分比为0.06～0.20％、钢水温度为1540～1590℃时，即视为满足冶炼要求。21.优选的，所述步骤四中，若钢水不满足冶炼要求，则进行补吹直至满足冶炼要求。22.优选的，进行补吹具体是在转炉内部进行补吹氧冶炼且在转炉底部底补吹氩气，其中：补吹供氧强度为0.8～1.5nm3/(t·min)，补吹氩气流量为0.20～0.35nm3/(t·min)，吹炼时间在30s以下。23.应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：24.(1)本发明中，通过将转炉内的总渣量控制在20～35kg/t，可实现少渣炼钢，满足炉渣对钢水的脱磷作用的同时，避免炉渣过多，在钢水上部形成较厚的炉渣层，影响高碳铬铁穿过炉渣层，导致高碳铬铁无法完全熔入钢水中，影响铬合金化的效果。25.(2)本发明中，加入转炉的铁水中的p、ti、si的质量百分比均较低，形成的炉渣量也较少；铁水中的p(磷)的质量百分比在0.08％以下，可以降低在转炉冶炼过程中的脱磷负荷；ti(钛)的质量百分比在0.06％以下，由于ti的活泼性较高，在冶炼过程中几乎全部被氧化为tio2，有利于满足高碳铬轴承钢的钛含量标准。26.(3)本发明中，通过在转炉中加入废钢，可减少铁水的使用，降低炼钢成本，还可在吹炼过程中起到冷却作用，避免钢水温度过高对脱磷不利。27.(4)本发明中，通过在转炉顶部通入氧气吹炼，具有冶炼速度快的优点，而在转炉底部通入惰性气体，可以达到加速钢水熔化，促进冶金反应过程的目的。28.(5)本发明中，进行吹氧冶炼时，供氧强度为1.5～3.0nm3/(t·min)，氧压为0.70～0.90mpa；底吹氩气时，氩气流量为0.03～0.20nm3/(t·min)，可稳定控制吹炼工艺并保证脱磷效果。29.(6)本发明中，在合金化之前控制钢水中的c的质量百分比和钢水温度，若钢水中的c含量较高，则不利于钢水的脱磷，若钢水中c含量较低，则钢水中的o含量高，在进行钢水合金化时，由于合金材料较活泼，会先与钢水中的o进行氧化反应，再与钢水进行合金化，会影响钢水对合金元素的吸收率。30.(7)本发明中，在补吹时大幅降低供氧强度及补吹时间，可以进一步去除钢中的p元素或者稍微提升钢水温度，从而使钢水满足出钢条件；补吹时间过长，供氧强度过大，钢水中的铬元素氧化量就会增多，合金吸收率就会降低，将补吹时间与供氧强度合理结合，进一步使钢水脱磷或升温使得炉内钢水满足出钢条件。31.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。附图说明32.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：33.图1是本技术实施例1的一种转炉炉内合金化冶炼方法的流程图。具体实施方式34.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。35.实施例1：36.参见图1，一种转炉炉内合金化冶炼方法，本实施例应用于低钛高碳铬轴承钢的冶炼。37.一种转炉炉内合金化冶炼方法，包括以下步骤：38.步骤一：将铁水和废钢加入转炉中；39.在转炉内加入铁水，铁水中的p(磷)的质量百分比在0.08％以下，可以降低在转炉冶炼过程中的脱磷负荷，在冶炼过程中，p被氧化后变成p2o5；铁水中的ti(钛)的质量百分比在0.06％以下，由于ti的活泼性较高，在冶炼过程中几乎全部被氧化为tio2，有利于满足高碳铬轴承钢的钛含量标准；铁水中的si(硅)的质量百分比在0.35％以下，在冶炼过程中，si被氧化后变成sio2；p2o5、tio2和sio2最终都变成转炉内的炉渣，由于加入转炉的铁水中的p、ti、si的质量百分比(即含量)均较低，形成的炉渣量也较少。本实施例中，铁水中：p的质量百分比为0.08％、ti的质量百分比为0.06％、si的质量百分比为0.35％。40.转炉中加入的废钢的质量占比在20％以下，加入废钢可减少铁水的使用，降低炼钢成本，还可在吹炼过程中起到冷却作用，避免钢水温度过高对脱磷不利。41.步骤二：在转炉内部进行吹氧冶炼，同时在转炉底部底吹氩气；控制转炉内部总渣量为20～35kg/t，炉渣碱度为3～4.5；42.转炉冶炼的本质是采用向炉内吹入氧气以氧化铁水中的c、si、mn、p等元素，最后获得满足c含量、p含量和温度等条件的初炼钢水的过程。43.通过在转炉顶部通入氧气，对炉内的铁水进行氧化，使铁水中的p、ti和si分别被氧化成p2o5、tio2和sio2，降低初炼钢水中p、ti的质量百分比的同时形成炉渣，便于进一步通过炉渣对钢水进行脱磷。44.氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出的钢种较多、质量较好等优点，而在转炉底部通入惰性气体，可以达到加速熔化，促进冶金反应过程的目的。45.本实施例中，进行吹氧冶炼时，供氧强度为1.5～3.0nm3/(t·min)，氧压为0.70～0.90mpa；底吹氩气时，氩气流量为0.03～0.20nm3/(t·min)，可稳定控制吹炼工艺并保证脱磷效果。46.在吹炼过程中，在转炉内加入造渣剂，如氟化钙或氧化钙等，用于在转炉内形成炉渣。与通过铁水中的p、ti和si氧化形成的p2o5、tio2和sio2共同起到炉渣作用，对钢水进行脱磷。47.最终形成的炉渣总渣量为20～35kg/t，远低于常规工艺中的50kg/t，由于炉渣漂浮在钢水上部，在加入合金材料时，通过控制炉渣总量，减少炉渣层的厚度，可减少合金材料穿过炉渣层的阻力，进而提高钢水对合金材料的吸收率；炉渣碱度为3～4.5，适当的碱度是吹炼过程脱磷的必要条件，将碱度控制在3～4.5，会一定程度提高转炉脱磷率，保障炉内合金化工艺的实施。48.本实施例中，转炉内部总渣量为35kg/t，炉渣碱度为4.5。49.步骤三：停止吹氧后，从转炉顶仓加入高碳铬铁，提升氩气流量进行底吹搅拌，实施炉内钢水合金化；50.当钢水中的c的质量百分比为0.08～0.20％且钢水温度为1560～1600℃时，停止吹氧；若钢水中的c含量较高，则不利于钢水的脱磷，若钢水中c含量较低，则钢水中的o含量高，在进行钢水合金化时，由于合金材料铬较活泼，会先与钢水中的o进行氧化反应，再与钢水进行合金化，会影响钢水对合金元素的吸收率。本实施例中，钢水中c的质量百分比为0.08％，温度为1600℃时停止吹氧，并对钢水进行测温取样。51.在转炉顶仓加入高碳铬铁，高碳铬铁穿过炉渣层进入钢水中，在转炉内实施铬合金化操作；转炉中加入高碳铬铁后，氩气流量提升至0.20～0.35nm3/(t·min)，底吹搅拌时间为30～60s，加速高碳铬铁在钢水中的熔化，保证高碳铬铁完全熔化进入钢水中。本实施例中，底吹搅拌时间为30s。52.步骤四：检测钢水，符合冶炼要求后出钢。53.当钢水中的p含量满足要求，且钢水中的c的质量百分比为0.06～0.20％、钢水温度为1540～1590℃时，即视为满足冶炼要求，可以出钢。54.若钢水不满足冶炼要求(即p含量超标，钢水温度小于1540℃等)，则再次通入氧气以及氩气进行补吹，用于提升钢水温度或进一步对钢水进行脱磷处理。55.进行补吹时，供氧强度为0.8～1.5nm3/(t·min)，底吹氩气流量为0.20～0.35nm3/(t·min)，吹炼时间在30s以下，此时已实现转炉炉内的高碳铬铁加入及铬合金化，钢水中含一定量的铬元素，较大的供氧强度将会使合金化后的铬元素与吹入的氧大量反应，降低高碳铬铁吸收率增加生产成本，补吹时大幅降低供氧强度及补吹时间，主要目的是为了进一步去除钢中的p元素或者稍微提升钢水温度，从而使钢水满足出钢条件；补吹时间过长，供氧强度过大，钢水中的铬元素氧化量就会增多，合金吸收率就会降低，补吹时间与供氧强度合理结合，进一步使钢水脱磷或升温使得炉内钢水满足出钢条件。56.本实施例中，补吹时的供氧强度为0.8nm3/(t·min)，底吹氩气流量为0.20nm3/(t·min)，补吹时间为30s。57.实施例2：58.本实施例与实施例1的区别在于，本技术中转炉内部总渣量为20kg/t，炉渣碱度为3.0。59.实施例3：60.本实施例和实施例1的区别在于，本实施例中转炉内部总渣量为30kg/t，炉渣碱度为4.5。61.实施例4：62.本实施例与实施例1的区别在于，本实施例步骤三中，钢水中c的质量百分比为0.20％，钢水温度为1560℃，底吹氩气的底吹搅拌时间为60s，出钢后无补吹操作。63.实施例5：64.本实施例与实施例1的区别在于，本实施例在进行补吹时，供氧强度为1.5nm3/(t·min)，底吹氩气流量为0.35nm3/(t·min)。65.实施例6：66.本实施例与实施例1的区别在于，本实施例步骤三中，钢水中c的质量百分比为0.15％。67.对比例1：68.本对比例与实施例1的区别在于，无铬铁炉内合金化操作，将钢水进行吹氧冶炼后在钢包中加入高碳铬铁进行合金化操作。69.对比例2：70.本对比例与实施例1的区别在于，本对比例的铁水中si的质量百分比大于0.35％，为0.40％，转炉内的总渣量为50kg/t。71.对比例3：72.本对比例与实施例1的区别在于，本对比例的铁水中p的质量百分比大于0.08％，为0.125％，转炉内的总渣量为35kg/t。73.对比例4：74.本对比例与实施例1的区别在于，在进行补吹时，供氧强度为2.0nm3/(t·min)，底吹氩气流量为0.15nm3/(t·min)，吹炼时间为120s。75.对比例5：76.本对比例与实施例1的主要区别在于，本对比例中加入较少的造渣剂，使得转炉内部的总渣量为15kg/t。77.对比例6：78.本对比例与实施例1的主要区别在于，本对比例中，步骤三中钢水的c的质量百分比为0.05％。79.对比例7：80.本对比例与实施例1的主要区别在于，本对比例中，步骤三中钢水的c的质量百分比为0.25％。81.表1各步骤对冶炼效果的影响[0082][0083]由表1可知，适当的补吹可提升脱磷效果，同时降低钢水中的ti的质量百分比，而不通过转炉进行合金化(对比例1)，虽然高碳铬铁的吸收率与本技术方法相当，但钢水中的ti的质量百分比远远高于在转炉中进行合金化的钢水，不满足低钛高碳铬轴承钢的冶炼要求。[0084]表2转炉内部总渣量对冶炼效果的影响[0085][0086]由表2可知，当转炉内部的炉渣总量较低时，虽然高碳铬铁的吸收率较高，但钢水中的p的质量百分比也较高；而转炉内部的炉渣总量较高时，会影响高碳铬铁进入钢水中，使高碳铬铁无法完全熔入钢水中，导致高碳铬铁吸收率较低。[0087]表3合金化前钢水中的c的质量百分比对冶炼效果的影响[0088][0089][0090]由表3可知，在进行合金化之前，若钢水中的c的质量百分比较高，则不利于钢水的脱磷，若钢水中c含量较低，则钢水中的o含量高，在进行钢水合金化时，由于合金材料较活泼，会先与钢水中的o进行氧化反应，再与钢水进行合金化，会影响钢水对合金元素的吸收率。[0091]表4补吹时供氧强度和补吹时间对冶炼效果的影响[0092][0093]由表4可知，较大的供氧强度将会使合金化后的铬元素与吹入的氧大量反应，降低高碳铬铁吸收率从而增加生产成本，补吹时大幅降低供氧强度及补吹时间，可以进一步去除钢中的p元素或者稍微提升钢水温度，从而使钢水满足出钢条件。[0094]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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