CN118581382A - 一种降低螺蚊钢合金消耗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低螺蚊钢合金消耗的方法。本发明提供的降低螺蚊钢合金消耗的方法，冶炼工序包括：转炉炼钢→氩站处理→连铸成坯，其中：钢水在氩站处理完成之后，稳定控制钢水出站氮含量为0.012％‑0.014％。以上通过提高氮含量的方法增加强度而减少锰的含量，进而实现降低螺蚊钢锰、硅、钒等合金元素含量的方法，达到降低螺蚊钢合金消耗的目的。

Description

一种降低螺蚊钢合金消耗的方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种降低螺蚊钢合金消耗的方法。

背景技术

钢铸坯中，碳、硅、锰、钒等合金元素及氮都可以提高钢的强度，而螺蚊钢的强度主要也是由这些元素的含量来实现的。当中，在钢种成分要求的范围内，可选的是提高某一个元素的含量，降低其同等强度的其它元素含量，例如每提高0.01％的锰含量，可提高钢坯强度1兆帕；每提高碳0.01％，可提高强度5兆帕，相当于可以降低锰0.05％；每提高钢水氮0.0005％，可提高强度1兆帕，可降低锰0.01％，所以，元素含量的占比对炼钢成本影响较大。在冶炼螺纹钢HRB400E-02时，通过统计发现，钢水中的氮含量参差不齐，造成其它合金的消耗偏高。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种降低螺蚊钢合金消耗的方法。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提供一种降低螺蚊钢合金消耗的方法，冶炼工序包括：转炉炼钢→氩站处理→连铸成坯，其中：钢水在氩站处理完成之后，稳定控制钢水出站氮含量为0.012％-0.014％。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种降低螺蚊钢合金消耗的方法，本发明中通过提高钢水氮含量，并且能稳定控制钢水氮含量在0.012％-0.014％，通过提高氮含量的方法增加强度而减少锰的含量，进而实现降低螺蚊钢锰、硅、钒等合金元素含量的方法，达到降低螺蚊钢合金消耗的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为改善前，螺纹钢HRB400E-02冶炼过程中钢水碳含量曲线；

图2为改善前，螺纹钢HRB400E-02冶炼过程中钢水氮含量曲线；

图3为改善后，螺纹钢HRB400E-02冶炼过程中氩站吹氩流量与钢水增氮的关系图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例提供的一种降低螺蚊钢合金消耗的方法进行具体说明。

本发明实施例提供一种降低螺蚊钢合金消耗的方法，冶炼工序包括：转炉炼钢→氩站处理→连铸成坯，其中：钢水在氩站处理完成之后，稳定控制钢水出站氮含量为0.012％-0.014％。

参见图1-图2，采用原技术，在冶炼螺纹钢HRB400E-02时，通过统计发现，钢水中的氮含量参差不齐，在0.0060％-0.0150％不等，而钢种范围是0.0080％-0.015％，钢水氮含量整体偏低，造成其它合金的消耗偏高。为了稳定控制氩站出站的氮含量，本发明实施例提供一种降低螺蚊钢合金消耗的方法，主要通过提高钢水氮含量，并且能稳定控制钢水氮含量在0.012％-0.014％(参见图3)，通过提高氮含量的方法增加强度而减少锰的含量，进而实现降低螺蚊钢锰、硅、钒等合金元素含量的方法，达到降低螺蚊钢合金消耗的目的。

在可选的实施方式中，转炉炼钢包括：以入炉铁水的温度为1330-1345℃，硅含量为0.35-0.50％计，使转炉铁水中加入废钢后的温度在1050-1100℃之间，以满足冶炼的热平衡需求。

在可选的实施方式中，在转炉铁水中加入废钢后的温度计算方法为：(铁水温度*铁水量-废钢重量*12)/(铁水重量+废钢重量)+铁水硅含量*1000*15，根据计算出的温度调整铁水和废钢的用量，使转炉铁水中加入废钢后的温度在1050-1100℃之间，以满足冶炼的热平衡需求。

需要说明的是，由于每炉铁水的温度和成分不同，需要根据铁水温度和成分，提前计算好需要加入的废钢量，使得铁水废钢综合后，温度在1050-1100℃之间。加入转炉的铁水和废钢后的温度可以采用以下经验公式计算得到：(铁水温度*铁水量-废钢重量*12)/(铁水重量+废钢重量)+铁水硅*1000*15，如入炉铁水量为106吨，铁水温度为1330℃，铁水硅含量为0.35％，废钢量为34吨，经计算(1330*106-34*12)/(106+34)+0.35％*1000*15＝1056℃；如入炉铁水量为106吨，铁水温度为1345℃，铁水硅含量为0.5％，废钢量为34吨，经计算(1345*106-34*12)/(106+34)+0.5％*1000*15＝1090℃。即根据转炉内铁水的重量、温度和硅含量，调整废钢的用量，如果温度低于1050℃，可以通过减少废钢量，使温度在1050-1100℃之间，以满足冶炼的热平衡需求。如果温度高于1100℃，则可以通过增加废钢量，无法通过增加废钢量来调整温度时，可以选择在冶炼过程加冷料降温，来满足冶炼的热平衡需求。

在可选的实施方式中，还包括：控制转炉终点碳含量为0.08％-0.15％，钢水温度为1635-1650℃，然后转炉出钢。

通过控制入炉铁水和废钢的用量，来满足冶炼的热平衡需求。使转炉终点碳脱到0.08％-0.15％时，转炉终点温度达到1635-1650℃。在转炉炼钢过程中，将转炉终点碳控制到0.08％-0.15％，而不是更低，主要是因为减少铁损的原因。转炉吹氧过程中，增氮的原理是这样的，在钢水碳大于0.3％时，碳氧反应生成的一氧化碳或二氧化碳气体，会形成一道保护气，阻碍钢水吸氮，但随着继续吹氧脱碳，产生的一氧化碳气体减少，阻碍钢水吸氮的那道保护气减少，这时，钢水就会快速吸氮，钢水中的碳脱到越低，钢水吸氮就会越多，同时，钢水吹损越大。我们通过对比发现，这样的后吹方式增氮降锰，不仅会大大增加钢水的吹损，还会增加脱氧的硅铁消耗，比保碳降铁损的效益少，所以，我们选择把转炉终点的碳留到0.08％以上，以减少铁损。

在可选的实施方式中，转炉出钢过程中，打开钢包底吹氮气，控制氮气流量为30立方米/小时，出钢到1/3时，加合金，并将底吹氮气开到60立方米/小时，快速熔化合金和脱氧，观察合金基本熔完，氮气关小到10立方米/小时，直到出钢结束，出钢过程中，不加任何渣料，出钢结束时不下渣。在转炉出钢过程中，太早加合金，会出现合金结包底的现象，所以钢水出到1/3时才加合金。加合金时，如果底吹氮气小了，合金不仅熔得慢，收得率还会降低。钢水表面如果有渣或者下渣，那么钢水吸氮表面积会减少，所以，会影响到钢水增氮计算的。使用本发明实施例提供的方法，需要对钢包底吹进行改造，即需要通过两种可选气体，氩气或氮气。

在可选的实施方式中，氩站处理包括：钢水到氩站后，根据转炉终点碳含量选择底吹气体，钢包继续底吹氮/氩气均匀钢水成分，进站吹氮/氩气2min，然后取样，5min后取样结果出来，根据取样结果配合金，并且调整钢水中的氮含量。在取样结果出来前，终点碳大于0.08％的吹氮气，小于0.08％的吹氩气，一直吹到取样结果出来，再根据钢水氮含量选择吹氮气或氩气，低于0.012％的吹氮气增氮，高于0.012％的吹氩气。

在可选的实施方式中，钢水到氩站取样结果出来后，若钢水氮含量低于0.012％，调整底吹氮气大小或控制吹氮时间长短，来实现给钢水增氮。

在可选的实施方式中，钢水增氮方法包括：当钢包底吹氮气流量为20-50立方米/小时时，每分钟增氮量的计算方法为：y＝0.088x+1.1085，其中：y为所需的增氮量，x为底吹氮气的流量，在计算出每分钟增氮量后，根据增氮量的需求确定吹氮时间。参见图3，螺纹钢HRB400E-02冶炼过程中氩站吹氩流量与钢水增氮的关系图，在计算出钢水每分钟增氮量之后，现场操作人员只需要计算吹氮时间即可。例如以20立方米/小时氮气，每分钟增氮量＝0.088*20+1.1085＝2.8685ppm＝0.00028685％，如果需要增氮10ppm或0.001％，那大约吹氮3.5分钟即可。

在可选的实施方式中，钢水到氩站取样结果出来后，若钢水氮含量高于0.012％，将钢包的底吹氮气改为底吹氩气，同时手投保温剂盖满钢水表面，防止钢水吸氮的同时，利用氩气泡将部分钢水氮带走。

需要说明的是，转炉出钢完成后，铁水进入氩站，氩站工作人员看到转炉终点碳后，选择钢包底吹气。如果钢水碳大于0.08％，一般钢水氮比较低，所以选用底吹氮气增氮，如果钢水碳小于0.08％，一般钢水氮会比较高，所以选用底吹氩气，等氩站取样结果出来后，如果氮不够高，再吹氮气，如果氮达到0.012-0.014％，氮含量已经得到稳定控制，继续吹氩气，为上连铸做准备。

在可选的实施方式中，连铸成坯包括：钢水在氩站处理完成之后，控制钢水出站温度在1550-1560℃，氮含量在0.012％-0.014％，之后进入连铸工序，连铸成坯。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

以下实施例和对比例中提到的气体含量均为体积分数。

实施例1

改善后，降低螺蚊钢合金消耗的方法，冶炼工序包括：转炉炼钢→氩站处理→连铸成坯，其中：

转炉炼钢包括：控制入炉铁水和废钢的质量比为106吨铁水：27吨废钢，铁水中的硅含量为0.35-0.50％，入炉铁水的温度为1345℃，静态热平衡＝(106*1345-27*12)/(106+27)＝1069℃，满足冶炼的热平衡需求1050-1100℃。转炉吹氧到700秒时通过自动取样测温装置，测得碳含量为0.25％，温度为1625℃，以每2秒升1℃，每3秒吹损碳0.01％计算，再吹氧40秒结束，预计碳为0.25％-40/3*0.01％＝0.116％，温度为1625+40/2＝1645℃，转炉终点取样测温，实际测得碳含量为0.12％，温度1641℃。

转炉出钢过程中，打开钢包底吹氮气，控制氮气流量为30立方米/小时，出钢到1/3时，加合金，并将底吹氮气开到60立方米/小时，快速熔化合金和脱氧，观察合金基本熔完，氮气关小到10立方米/小时，直到出钢结束，出钢过程中，不加任何渣料，出钢结束时不下渣。

由于转炉终点碳含量为0.12％，大于0.08％，说明钢水氮含量会较低，所以氩站工作人员先打开钢包的底吹气体为氮气。钢水从出完钢到氩站，钢包继续底吹氮气均匀钢水成分，进站吹氮2min，然后取样，5min后取样结果出来，钢水氮含量为0.0091％，根据取样结果配合金，并且调整钢水中的氮含量。由于钢水氮含量低于0.012％，还需要增氮0.0029％-0.0049％，氩站工作人员调整底吹氮气大小或控制吹氮时间长短，来实现给钢水增氮。以20立方米/小时氮气，每分钟增氮量＝0.088*20+1.1085＝2.8685ppm＝0.00028685％，吹氮时间为0.0029％/0.00028685％至0.0049％/0.00028685％，即10-17分钟都可以，具体根据钢水的出站温度而定，降到1555-1560℃即可。

钢水在氩站处理完成之后，控制钢水出站温度在1550℃，氮含量在0.0122％，之后进入连铸工序，连铸成坯。

对比改善前平均氮含量以0.01％计算，改善后钢水氮含量为0.0122％，提高了0.0022％，强度增加0.0022％/0.0005％＝4.4兆帕，在高锰、硅铁、钒铁等合金中，高锰最便宜，所以用高锰计算。在达到同样强度的基础上，对应可降低锰0.044％，高锰5.5元/公斤，以18公斤增锰0.01％计算，降低高锰成本为：0.044％/0.01％*18*5.5＝435.6元。由于终点碳大于0.08％，没有增加硅铁脱氧的成本，所以综合降本435.6元。

对比例1

改善后，降低螺蚊钢合金消耗的方法，冶炼工序包括：转炉炼钢→氩站处理→连铸成坯，其中：

转炉炼钢包括：控制入炉铁水和废钢的质量比为106吨铁水：27吨废钢，铁水中的硅含量为0.35-0.50％，入炉铁水的温度为1330℃，静态热平衡＝(106*1330-27*12)/(106+27)＝1057℃，满足冶炼的热平衡需求1050-1100℃。转炉吹氧到700秒时通过自动取样测温装置，测得碳含量为0.25％，温度为1605℃，以每2秒升1℃，每3秒吹损碳0.01％计算，再吹氧70秒结束，预计碳为0.25％-70/3*0.01％＝0.05％，温度为1605+70/2＝1640℃，转炉终点取样测温，实际测得碳含量为0.056％，温度1642℃。

转炉出钢过程中，打开钢包底吹氮气，控制氮气流量为30立方米/小时，出钢到1/3时，加合金，并将底吹氮气开到60立方米/小时，快速熔化合金和脱氧，观察合金基本熔完，氮气关小到10立方米/小时，直到出钢结束，出钢过程中，不加任何渣料，出钢结束时不下渣。

由于转炉终点碳含量为0.056％，小于0.08％，说明钢水氮含量会较高，所以氩站工作人员先打开钢包的底吹气体为氩气。钢水从出完钢到氩站，钢包继续底吹氩气均匀钢水成分，进站吹氩2min，然后取样，5min后取样结果出来，钢水氮含量为0.011％，根据取样结果配合金，并且调整钢水中的氮含量。由于钢水氮含量低于0.012％，还需要增氮0.001％-0.003％，氩站工作人员调整底吹氮气大小或控制吹氮时间长短，来实现给钢水增氮。以20立方米/小时氮气，每分钟增氮量＝0.088*20+1.1085＝2.8685ppm＝0.00028685％，吹氮时间为0.001％/0.00028685％至0.003％/0.00028685％，即3.48-10.45分钟都可以，具体根据钢水的出站温度而定，降到1555-1560℃即可。如果吹氮超过10分钟，钢水温度还超高，那把底吹改为氩气，直到吹氩到钢水温度降到1555-1560℃即可关气，出站。

钢水在氩站处理完成之后，控制钢水出站温度在1560℃，氮含量在0.0133％，之后进入连铸工序，连铸成坯。

对比改善前平均氮含量以0.01％计算，改善后钢水氮含量为0.0133％，提高了0.0033％，强度增加0.0033％/0.0005％＝6.6兆帕，在高锰、硅铁、钒铁等合金中，高锰最便宜，所以用高锰计算。在达到同样强度的基础上，对应可降低锰0.066％，高锰5.5元/公斤，以18公斤增锰0.01％计算，降低高锰成本为：0.066％/0.01％*18*5.5＝653.4元。但是由于钢水碳小于0.08％，钢水氧含量增加，会增加硅铁的消耗，碳每少0.01％，增加硅铁30公斤，硅铁以6.3元/公斤计算，增加硅铁成本为(0.08％-0.056％)/0.01％*30*6.3＝453.6元，综合降本＝653.4-453.6＝199.8元。

对比例2

与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：转炉减少废钢量从24吨减少到22吨，这样终点碳为0.18％时，温度达到1640℃出钢。

由于碳较高，钢水氮含量偏低，需要在氩站处理钢水时，增加吹氮的时间，但同样就会增加钢水温降，可以导致的结果就钢水温度低，钢水在连铸浇不完。

因为碳和氮有一定关系，所以，终点碳留得太高也不合适。会大大增加氩站增氮难度。

对比例3

与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：铁水量从106吨减少到101吨，由于热量不足需要后吹升温，这样转炉炼到终点温度1640℃时，碳已经低于0.03％了。

通过实施例1与实施例2对比硅铁脱氧的用量可知，终点碳越低，消耗的硅铁用量越大，如果终点碳在0.03％或以下，硅铁成本为(0.08％-0.056％)/0.01％*30*6.3＝945元，那消耗的硅铁成本将会大于降低锰铁的成本，缩合成本不降反升了。

所以，铁水与废钢的加入量需要合适的配比，才能实现终点碳在0.08-0.15％时，出钢温度在1630-1645℃。

对比例4

与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：700秒取样测温后增加吹氧时间，从40秒增加到50秒，这样碳＝0.25％-50/3*0.01％＝0.083％，温度为1625+50/2＝1650℃。

相同碳的条件下，转炉终点温度每增加1℃，吨钢吹损的损耗为0.3-0.5元，以0.4元计算，120吨钢水终点温度对比实施例2增加5℃，增加成本为5*0.4*120＝240元，那么即使氩站成本相同，综合降本为435.6-240＝195.6元。

所以，在控制终点温度上，我们以满足氩站处理钢水需要的温度为主，能低的尽量低，避免过高温度出钢。

以上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。

Claims (10)

1.一种降低螺蚊钢合金消耗的方法，其特征在于，冶炼工序包括：转炉炼钢→氩站处理→连铸成坯，其中：钢水在氩站处理完成之后，稳定控制钢水出站氮含量为0.012％-0.014％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，转炉炼钢包括：以入炉铁水的温度为1330-1345℃，硅含量为0.35-0.50％计，使转炉铁水中加入废钢后的温度在1050-1100℃之间，以满足冶炼的热平衡需求。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在转炉铁水中加入废钢后的温度计算方法为：(铁水温度*铁水量-废钢重量*12)/(铁水重量+废钢重量)+铁水硅含量*1000*15，根据计算出的温度调整铁水和废钢的用量，使转炉铁水中加入废钢后的温度在1050-1100℃之间，以满足冶炼的热平衡需求。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：控制转炉终点碳含量为0.08％-0.15％，钢水温度为1635-1650℃，然后转炉出钢。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，转炉出钢过程中，打开钢包底吹氮气，控制氮气流量为30立方米/小时，出钢到1/3时，加合金，并将底吹氮气开到60立方米/小时，快速熔化合金和脱氧，观察合金基本熔完，氮气关小到10立方米/小时，直到出钢结束，出钢过程中，不加任何渣料，出钢结束时不下渣。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，氩站处理包括：钢水到氩站后，钢包继续底吹氮气均匀钢水成分，进站吹氮2min后取样，5min后取样结果出来，根据取样结果配合金，并且调整钢水中的氮含量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，钢水到氩站后，若钢水氮含量低于0.012％，调整底吹氮气大小或控制吹氮时间长短，来实现给钢水增氮。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，钢水增氮方法包括：当钢包底吹氮气流量为20-50立方米/小时时，每分钟增氮量的计算方法为：y＝0.088x+1.1085，其中：y为所需的增氮量，x为底吹氮气的流量，在计算出每分钟增氮量后，根据增氮量的需求确定吹氮时间。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，钢水到氩站后，若钢水氮含量高于0.012％，将钢包的底吹氮气改为底吹氩气，同时手投保温剂盖满钢水表面，防止钢水吸氮的同时，利用氩气泡将部分钢水氮带走。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，连铸成坯包括：钢水在氩站处理完成之后，控制钢水出站温度为1550-1560℃，氮含量为0.012％-0.014％，之后进入连铸工序，连铸成坯。