專利名稱：含有至多30%錳的鋼熔體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1所述的含有至多30%錳的鋼熔體的制備方法。
背景技術(shù)：
在本文中，認(rèn)為鋼熔體除錳外可含有至多5% Si，至多1.5% C，至多22% Al，至多 25% Cr，至多30% Ni，以及至多5%的Ti、V、Nb、Cu、Sn、Zr、Mo和W中的每一種、以及至多
的N和P中的每一種。此類鋼用于例如汽車工業(yè)以便滿足如下要求減少車輛燃料消耗同時(shí)維持最高的 舒適水平。重量減輕起著關(guān)鍵作用。供應(yīng)商試圖滿足這種要求，具體地，在汽車車身部件中 通過利用較高強(qiáng)度的鋼來嘗試減小壁厚而不發(fā)生抗彎曲性的損失；在成型工藝中通過深沖 壓和/或拉延；以及在涂覆工藝中。EP 0 889 144 Al提出了一種可冷成形(特別是易于深沖壓)的奧氏體輕質(zhì)鋼， 該鋼具有IlOOMPa的拉伸強(qiáng)度。該鋼的主要元素是Si、Al和Mn，其含量范圍為1-6% Si、 1-8% Al和10-30% Mn，余量為鐵且包括常見的鋼伴生元素?？色@得的高變形能力是通過特殊的效應(yīng)獲得的，例如鋼的TRIP (相變誘發(fā)塑性)、 TWIP(孿晶誘發(fā)塑性)或SID(剪切帶誘發(fā)塑性)性質(zhì)。這些鋼的問題是它們的冶金生產(chǎn)，因?yàn)榫哂懈叩暮辖鸹睾?。DE 101 64 610 Cl公開了一種含有至多30%錳的鋼熔體的制備方法，其中例如在 感應(yīng)爐中將進(jìn)料熔化成熔體，其中用鋁將進(jìn)料熔體脫氧使得在整個(gè)熔化過程期間氧被鋁結(jié) 合，并向脫氧的熔體中添加錳和硅，并保持熔融浴的溫度略高于液相線溫度。這種方法意圖 是防止當(dāng)向熔體添加錳時(shí)產(chǎn)生褐煙。DE 35 02 542. 5公開了一種具有不小于8重量％ Mn的鋼的制備方法，其中將進(jìn)料 和造渣助熔劑裝入具有堿性襯里的電弧爐，隨后將它們?nèi)刍?。一種重要的造渣劑是石灰石，借以在向熔體中添加錳之前進(jìn)行擴(kuò)散氧化。錳，以及 由Al2O3構(gòu)成的爐渣混合物，石灰石，含碳材料，硅化鐵和氟化鈣因此被以小比例加入熔體 中。最終的脫氧是借助鋁進(jìn)行的。該工藝路線意圖是一方面減少熔體中的磷含量，且另一方面是減少精煉渣中的錳氧化物和鐵(II)氧化物的總含量。該工藝特別適合于降低熔體中的高磷含量。制備具有高錳含量的鋼的常規(guī)制造方法具有重要的缺點(diǎn)。在添加包含合金元素的進(jìn)料期間，高的合金含量要求向熔體提供額外的熱量；典 型在盤式爐中進(jìn)行的合金化由于容器幾何形狀和相關(guān)的小的加熱功率因而是非常耗時(shí)的， 并且因此是不經(jīng)濟(jì)的。另外，在盤式爐中進(jìn)行合金化是困難的、不利的且不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樵谔幚黹_始時(shí)應(yīng) 裝入大量的進(jìn)料和造渣劑以及相關(guān)的低的浴液高度或低的缽填充水平。另一個(gè)問題是，進(jìn)料中所含的大部分錳可被相當(dāng)酸性或富氧的爐渣吸收，且然后 不再可用于產(chǎn)生熔體。
小的錳收率(即熔體中所含的錳與進(jìn)料中所用的錳之間的比率)也損害了成本效率。相反，如果選擇堿性爐渣，這時(shí)在向熔體添加碳期間爐渣起泡將是不充分的。在電弧爐中使?fàn)t渣起泡的普遍做法是以如下形式由加入的碳與來自爐渣的FeO 的反應(yīng)形成C0/C02。然而，堿性爐渣中FeO的存在量不足，因?yàn)镕eO被非常有效地還原，例 如被來自熔體的硅所還原。然而，發(fā)泡爐渣的形成增加能量效率并且防止對爐襯的損傷。此外，所用錳載體中所含的物質(zhì)可在合金化過程期間引起爐渣粘度增加，并且可 甚至引起爐渣的凝固。爐渣還可引起對襯里/耐火材料的嚴(yán)重?fù)p傷，使得爐渣浴和耐火材料必須相互匹配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種含至多 30%錳的鋼熔體的制備方法，該方法克服了前 述缺點(diǎn)并且使生產(chǎn)路線的最高可能成本效率成為可能。以權(quán)利要求1的特征解決了這個(gè)目的。從屬權(quán)利要求中描述了有利的變體。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，本發(fā)明的方法包括如下步驟·提供并使用可加熱的容器，該容器適合于在短時(shí)間內(nèi)向熔體內(nèi)或者向待熔化 的材料內(nèi)引入大量熱量，且比加熱功率為大于200kW/每噸所得熔體或者小于3的畢奧數(shù) (Biot)?！は蛩隹杉訜崛萜骷尤胍簯B(tài)鐵熔體，或含有固體鐵的替代性材料，或者液態(tài)鐵熔 體與含有固體鐵的替代性材料的組合?！ぬ砑硬糠至炕蛉苛康膲A性造渣劑，該造渣劑基本由CaO、MgO或?qū)?yīng)的白云石 組成，其中基于所需的Si含量和Si/Μη比率來確定該造渣劑的組成和量。·隨后，任選地熔化固態(tài)鐵載體至具有爐渣的低合金化的鋼熔體?！ぬ砑硬糠至炕蛉苛康暮蠱n和/或Si的合金元素載體?！るS后，任選地添加另外的合金元素載體?！ぴ谘b料之后或期間加熱并熔化合金載體，任選地與進(jìn)料中的鐵載體以及造渣劑 一起，或者先前熔化組分的熔體中的鐵載體一起。·任選添加剩余部分的造渣劑和合金元素載體。 任選地通過添加低碳SiMn或SiFeMn來減少所產(chǎn)生的爐渣量，其具有降低的硅含 量和低比例的伴生元素。·添加含硅進(jìn)料材料以及錳礦石或復(fù)合鐵/錳礦石，任選地通過同時(shí)裝料或者通 過添加含硅進(jìn)料材料并且同時(shí)或隨后加熱并隨后添加錳礦石或復(fù)合鐵/錳礦石?！ねㄟ^添加助熔劑來調(diào)節(jié)爐渣粘度，所述助熔劑包含例如A1203、SiO2或CaF2。·最后去除爐渣并用鋁進(jìn)行合金化至期望的含量。本發(fā)明的方法具有顯著的優(yōu)點(diǎn)即使具有高錳含量的鋼也能夠以僅僅幾個(gè)加工步 驟被非常經(jīng)濟(jì)地熔化。通過在具有大于200kW/噸還原熔體或者小于3的畢奧數(shù)的高比加熱功率的容器 中進(jìn)行熔化，實(shí)現(xiàn)了非常短的加工時(shí)間，導(dǎo)致非常經(jīng)濟(jì)的方法。
設(shè)計(jì)本發(fā)明的工藝路線使得可以用至多僅兩個(gè)容器生產(chǎn)整個(gè)范圍的化學(xué)組成，例 如至多30%錳的鋼。用于熔化的爐子具有高的質(zhì)量比功率輸入和良好的至待熔化材料中的熱傳遞，例 如電弧爐。至待熔化材料中的熱傳遞的特征在于畢奧數(shù)。該無量綱參數(shù)是外部熱傳遞比率的 量度，即從熔體的受熱邊界面到內(nèi)部熱傳遞的熱傳輸，即進(jìn)入熔體中的熱量傳導(dǎo)。其是由熱 傳遞邊界面處的熱傳遞系數(shù)與熱傳導(dǎo)特征長度的乘積的系數(shù)來計(jì)算。對于電弧爐或盤式 爐，該特征長度是例如浴液的深度。錳收率通過有目的地匹配選擇進(jìn)料和造渣劑而顯著提高，即爐渣吸收顯著更少的 錳從而更多的錳留在熔體中，這進(jìn)一步提高了該方法的成本有效性。在熔化期間通過添加助熔劑材料例如A1203、SiO2以及可選地CaF2來有意地調(diào)節(jié) 爐渣粘度，這有利地抵消了在熔體凝固之前粘度的可能降低。根據(jù)本發(fā)明的工藝路線，以如下材料開始生產(chǎn)具有大于95%鐵的熔體，例如在 相同的容器或不同的容器中熔化廢鐵得到的熔體；和/或直接還原的鐵(DRI)，F(xiàn)eMn礦石， 來自鼓風(fēng)爐和必要時(shí)來自轉(zhuǎn)爐的鐵或粗鋼，或者同時(shí)熔化含鐵的進(jìn)料，例如廢鐵、DRI以及 部分或全部量的熔化期間所用合金化用進(jìn)料或造渣劑。隨后通過加熱(施加熱量)來調(diào)節(jié)期望的熔融浴溫度并將其維持在略高于合金組 合物的液相線溫度，其通過溫度控制而隨時(shí)間變化，和/或?qū)t渣溫度維持在可實(shí)現(xiàn)爐渣 起泡以及熔體高傳質(zhì)的范圍內(nèi)，特別是通過調(diào)節(jié)適宜的粘度。盡管使用了堿性爐渣，然而仍可通過添加CaCO3來實(shí)現(xiàn)充分的爐渣起泡。CaCO3還 在其轉(zhuǎn)化為CaCHCO2的反應(yīng)期間提供爐渣形成所需的CaO。作為替代，可使用形成CaO和水 蒸氣的Ca(0H)2。根據(jù)本發(fā)明，可通過沉積到爐渣上來添加合金化元素，通過用噴槍鼓吹或通過拆 解(uncoil)填料絲。作為替代，還可以按丸粒形式或者通過從例如容器、桶、料斗等供給可灌注的材料 來添加合金化元素。有利地，可通過添加MgO或MgO-白云石來降低爐子的耐火材料內(nèi)襯的磨損。根據(jù)本發(fā)明，可以通過調(diào)節(jié)爐渣的組成以及提高堿度的造渣劑的量來調(diào)節(jié)Si含 量和Si/Μη比率，特別是通過添加CaO、白云石、MgO等。熔體中的Si/Μη比率基本上決定了爐渣的堿度。如果使用較少的石灰，這時(shí)由被 爐渣吸收的MnO而促成堿度。如果添加大量的石灰，則相應(yīng)地較少的MnO被吸收，從而通過 形成SiO2而改善氧化并且體系的氧活度降低。任選地，可在低的CaO含量下有利地進(jìn)行真 空脫碳。為了維持低的爐渣量和短的在所用容器中的處理時(shí)間，任選使用基于低碳含量的 SiMn或SiFeMn的特制的錳載體，其具有降低的Si含量和小比率的伴生元素。在SiMn制備 中，將液體SiMn傾倒在石灰(CaO)和錳礦石和/或鐵礦石上以及任選地傾倒在廢鐵上，或 者將前述進(jìn)料引入熔融SiMn金屬流中。可任選使用廢鐵來冷卻所述熔體。通過鐵氧化物或錳氧化物的硅熱還原在形成SiO2的情況下來產(chǎn)生用于熔化石灰 和鐵礦石的熱量。有利地調(diào)節(jié)硅與錳的比率使得在熔體的制備中，不再需要于熔化后進(jìn)一
6步調(diào)節(jié)硅含量或錳含量，例如通過合金化或爐渣調(diào)節(jié)。以這種方式制備的新產(chǎn)品特別適合于制備根據(jù)本發(fā)明的具有低碳含量的鋼的熔 體。在完成處理之后，即在排渣之后，要么在同一容器中要么在分離的容器中進(jìn)行用 鋁的合金化，其中以固體或液體形式加入鋁，其中在必要時(shí)還可以影響熔體的溫度。當(dāng)僅使用單一容器用于制備熔體時(shí)，該容器可以是例如具有足夠加熱功率的電弧 爐。通過避免轉(zhuǎn)移到其它容器中，可以實(shí)現(xiàn)特別短的處理時(shí)間以及因此低的處理費(fèi)用。當(dāng)使用含硅進(jìn)料并聯(lián)合錳礦石或者鐵/錳礦石的組合時(shí)，可以通過熔體中的硅與 金屬氧化物(鐵氧化物和錳氧化物)之間的放熱硅熱反應(yīng)向熔體中引入熱量用以熔化進(jìn) 料，所述反應(yīng)形成SiO2和鐵/錳。然后在可加熱的容器中快速進(jìn)行熔化或者可在未加熱的第二容器中加入金屬礦 石，這可減少在加熱容器中的占據(jù)時(shí)間。在后一情形中，以起始熔體開始，將具有適宜的碳含量和高Si含量的錳載體(例 如SiMn)熔化。然后將該熔體轉(zhuǎn)移到未加熱的盤缽或以低加熱功率加熱的盤缽中，并加入 Mn礦石用以通過硅熱反應(yīng)減少Si (引入熱量)。同時(shí)，將Mn載體和堿性造渣劑(例如CaO) 引入熔體以便降低爐渣中的Mn含量以及調(diào)節(jié)熔體中的Si含量。這是本發(fā)明的特別優(yōu)點(diǎn)，例如在制備其中需要低C含量(例如小于0.3%)的鋼 中，因?yàn)橥ǔ？墒∪フ婵彰撎?V0D-真空吹氧脫碳)。然而，在必要時(shí)可隨后用VOD處理實(shí) 現(xiàn)特別低的脫碳，其中通過用氧氣進(jìn)行底吹而有利地進(jìn)行真空處理。通過在隨后的真空處理期間維持相對酸性(較高的SiO2和MnO含量；較低的CaO 含量)并氧化爐渣來支持CO的形成和此后的脫碳。通過添加CaO來提高爐渣的堿度，并且 熔體中的MnO含量僅在脫碳之后降低，這進(jìn)一步改善Mn收率。必要時(shí)，可以通過向爐渣添 加Fe礦石和CaO來完成剩余的Si濃度降低。下面將描述使用不同工藝路線的示例性熔體制備示例路線1 在電弧爐中制備熔體。目標(biāo)是制備具有18% Μη、0· 8% C和2. 3% Si的鋼熔體。該制備以100噸的低合 金鋼熔體開始，所述熔體具有Fe > 99%、C = 0. l%、Si = 1%、和Mn = 0. 25%，向其中加 入5噸爐渣進(jìn)料，所述爐渣進(jìn)料具有如下組成CaO = 39%, SiO2 = 45%,FeO= 10%,Fe2O3 =0. 1 %, MnO = 2%, MnO2 = 0. 01%, MnO = 2%, Al2O3 = 2%。為了調(diào)節(jié)錳含量，在工藝的開始向熔融浴中引入碳含量為1. 7%的硅錳(SiMn)16 噸，碳含量為的鐵錳(FeMn) 10噸，和石灰(CaO)I噸。在引入合金元素載體的同時(shí)，不時(shí) 地用電弧加熱所述浴。在上述情形中，在約7分鐘期間加入合金元素，且在合金化期間進(jìn)行電弧加熱約5 分鐘。獲得了約120噸具有目標(biāo)合金組成的熔體，以及27噸爐渣，所述爐渣具有如下組 成48% CaO,38% SiO2、禾口 7% MnO以及其它成分。使用這種工藝路線，從液態(tài)的未合金化鋼熔體至倒出的制備時(shí)間可以小于10分鐘。示例路線2 在電弧爐和缽盤中制備具有降低硅和碳含量的熔體。
下面所述的路線的特點(diǎn)在于，盡管使用相對低成本的原材料，然而在制備具有低 碳含量的合金中不進(jìn)行真空處理；以及通過使用在電弧爐中具有短停留時(shí)間的硅熱反應(yīng)， 大部分的合金化操作在未加熱的缽盤中進(jìn)行。目標(biāo)是制備具有18% Μη、0· C和1. 3% Si的鋼熔體。該制備以100噸的低合 金鋼熔體開始，該鋼熔體具有Fe >99%、C = 0. l%>Si = 和Mn = O. 25%，向其中加入 5噸爐渣進(jìn)料，所述爐渣進(jìn)料具有如下組成CaO = 39%, SiO2 = 45%,FeO= 10%,Fe2O3 = 0. 1 %, MnO = 2%, MnO2 = 0. 01%, MnO = 2%, Al2O3 = 2%。在工藝的開始，在約7分鐘的時(shí)間間隔內(nèi)向熔融浴中引入碳含量為0. 3%的硅錳 (SiMn) 20噸。隨后，在將熔體從電弧爐轉(zhuǎn)移到盤缽之前用電弧加熱熔體，添加18噸錳礦石 禾口 12 噸 CaO。盡管有大量的添加成分有待熔化，然而由于硅熱反應(yīng)，熔體的溫度在初始僅略微 下降，并且甚至隨后上升超過初始溫度。通過選擇堿性爐渣組成來促進(jìn)硅熱反應(yīng)。這導(dǎo)致約 120噸的具有目標(biāo)合金組成和余量鐵的熔體，以及33噸爐渣，所述爐渣的大致組成為41% CaO, 35% SiO2，和 20% MnO。通過添加更多的CaO和錳礦石進(jìn)一步降低熔體中的硅含量。單獨(dú)添加CaO會增加 錳收率，然而Si充當(dāng)還原劑。使用這種工藝，熔體在電弧爐中的處理時(shí)間略短于10分鐘，在盤缽中的時(shí)間約為 25分鐘。
8
權(quán)利要求
包含至多35％Mn的鋼熔體的制備方法，其中所述鋼熔體可另外包括至多5％Si，至多1.5％C，至多22％Al，至多25％Cr，至多30％Ni，以及至多5％的Ti、V、Nb、Cu、Sn、Zr、Mo和W中的每一種，以及至多1％的N和P中的每一種，且余量為鐵和不可避免的鋼伴生元素，該方法包括如下步驟 提供并使用可加熱的容器，該容器適合于在短時(shí)間內(nèi)向熔體內(nèi)或者向待熔化的材料內(nèi)引入大量熱量，其具有大于200kW/每噸所得熔體的比加熱功率或者小于3的畢奧數(shù)， 向所述可加熱容器加入液態(tài)鐵熔體，或含有固體鐵的替代性材料，或者液態(tài)鐵熔體與含有固體鐵的替代性材料的組合， 添加部分量或全部量的堿性造渣劑，該造渣劑基本由CaO、MgO或?qū)?yīng)的白云石組成，其中基于所需的Si含量和Si/Mn比率來確定該造渣劑的組成和量， 隨后，任選地熔化固態(tài)鐵載體至具有爐渣的低合金化的鋼熔體， 添加部分量或全部量的含有Mn和/或Si的合金元素載體， 隨后，任選地添加另外的合金元素載體， 在裝料之后或期間加熱并熔化合金載體，任選地與進(jìn)料中的鐵載體以及造渣劑一起，或者與先前熔化組分的熔體中的鐵載體一起， 任選添加剩余部分的造渣劑和合金元素載體， 任選地通過添加低碳SiMn或SiFeMn來減少所產(chǎn)生的爐渣量，其具有降低的硅含量和低比例的伴生元素， 添加含硅進(jìn)料材料以及錳礦石或復(fù)合鐵/錳礦石，任選地通過同時(shí)裝料或者通過添加含硅進(jìn)料材料并且同時(shí)或隨后加熱并隨后添加錳礦石或復(fù)合鐵/錳礦石， 通過添加助熔劑來調(diào)節(jié)爐渣粘度，所述助熔劑包含例如Al2O3、SiO2或CaF2， 最后去除爐渣并用鋁進(jìn)行合金化至期望的含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于， 所述可加熱容器是電弧爐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于， 在第二容器中進(jìn)行與錳礦石的合金化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于， 任選地加熱所述第二容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于， 所述液態(tài)鐵載體含有大于95%的鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于， 所述固態(tài)鐵載體包括廢鐵和/或直接還原的鐵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于， 所述SiMn或SiFeMn含有小于10%的Si。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一的方法，其特征在于，將加熱至熔化溫度的進(jìn)料材料維持在略高于各自合金組合物的液相線溫度，所述液相 線溫度隨時(shí)間變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在單一步驟中或者在時(shí)間上偏移的多個(gè)步驟中添加剩余部分的造渣劑和合金元素載
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，通過沉積到爐渣上來添加剩余部分的造渣劑和合金元素載體。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，通過噴射來添加剩余部分的造渣劑和合金元素載體。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，以丸粒形式來添加剩余部分的造渣劑和合金元素載體。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，以可灌注材料的形式來添加剩余部分的造渣劑和合金元素載體。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13之一的方法，其特征在于，在用鋁進(jìn)行合金化之后對熔體進(jìn)行真空處理以便調(diào)節(jié)C含量。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14之一的方法，其特征在于，以如下形式添加錳具有低濃度伴生元素的SiMn，F(xiàn)eMn，或金屬錳。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，在用氧氣進(jìn)行底吹的情況下進(jìn)行所述真空處理(V0D處理)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14或16的方法，其特征在于， 在真空處理期間維持(酸性)爐渣。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-17之一的方法，其特征在于， 添加石灰石CaCO3或Ca (OH) 2。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18之一的方法，其特征在于， 在制備熔體期間使用第二容器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其特征在于， 所述第二容器是可加熱的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包含至多30％Mn的鋼熔體的制備方法，其中所述鋼熔體可另外包含至多5％Si，至多1.5％C，至多22％Al，至多25％Cr，至多30％Ni，以及至多5％的Ti、V、Nb、Cu、Sn、Zr、Mo和W中的每一種，以及至多1％的N和P中的每一種，且余量為鐵和不可避免的鋼伴生元素。
文檔編號C21C7/10GK101896625SQ200880120536
公開日2010年11月24日 申請日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者C·瑞德克, K-H·斯匹茲爾 申請人:薩爾茨吉特法特爾有限公司;派納構(gòu)架有限公司