專利名稱：底吹感應(yīng)爐冶煉超低碳高鉻合金鋼工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，它適用于冶金，鑄造和機械制造工業(yè)的中小型企業(yè)，使用感應(yīng)爐冶煉超低碳高鉻合金鋼.
目前，高鉻鋼的冶煉主要有兩條基本工藝路線電弧爐-爐外精煉(例如EF-AOD，EF-VOD，EF-CLU等)和頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐-爐外精煉，這兩種工藝主要適用于大工業(yè)生產(chǎn)，對于一些小型冶金廠，鑄造廠等廣泛使用的是把感應(yīng)爐作為冶煉設(shè)備，但常規(guī)感應(yīng)爐冶煉過程的脫碳能力很低，要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的低碳或超低碳高鉻合金鋼時，只能使用價格十分昂貴的低(微)碳原材料和純金屬，這極大地增加了生產(chǎn)成本，也限制了普通感應(yīng)爐的產(chǎn)品范圍，也有使用真空感應(yīng)氧脫碳爐作為冶煉設(shè)備的，但這種設(shè)備龐大，復(fù)雜，投資大，冶煉成本高.
基于上述不足，本發(fā)明通過向感應(yīng)爐吹入氧-惰性混合氣體，利用惰性氣體稀釋脫氧產(chǎn)物，提高氧脫碳能力，可以穩(wěn)定地生產(chǎn)含[C]＜＝0.03%(最低0.01%)的超低碳高鉻合金鋼，合金元素的收得率可以保持在較高的水平(其中鉻收得率＞95%).
理論研究結(jié)果表明鉻鐵熔體中的碳鉻的平衡與一氧化碳分壓Pco和反應(yīng)溫度T有關(guān)，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]分別為鐵液中碳，鉻，鎳的百分含量.T為反應(yīng)溫度，Pco為一氧化碳的分壓.據(jù)上式，要在幾乎保持鉻鎳元素不氧化的條件下，極大地降低鋼中碳含量只有兩個途徑，即降低一氧化碳分壓(Pco)和提高反應(yīng)溫度，普通感應(yīng)爐冶煉條件下，Pco＝1，此時冶煉超低碳高鉻合金鋼的反應(yīng)溫度高達約兩千度，否則鉻先于碳氧化，顯然普通感應(yīng)爐爐體是不能承受如此高溫的，難于冶煉超低碳高鉻合金鋼.因而只能采用降低CO分壓的方法，降低CO分壓的常用方法是采用真空，然而真空感應(yīng)爐設(shè)備復(fù)雜，投資巨大，冶煉成本高.若再增加吹氧脫碳設(shè)備，使設(shè)備和冶煉工藝更為復(fù)雜，也是不可取的.為了有效地脫碳保鉻，本發(fā)明向爐內(nèi)供入一定比例的氬氧混合氣體，利用混和氣體中惰性氣體稀釋脫碳反應(yīng)產(chǎn)物一氧化碳，從而使Pco降低，這樣不需使用真空裝置，避免了高溫操作，有效地實現(xiàn)了脫碳保鉻的目標，得到超低碳高鉻合金鋼.
冶煉所用原料是低碳廢鋼和高.中.低碳鐵合金，合金元素的配入量和常規(guī)工藝相同.
本發(fā)明用于脫碳冶煉超低碳高鉻合金鋼工藝為原料全部熔化并達到理論計算的脫碳保鉻臨界溫度后(1550-1700攝氏度)，開始吹入氧-惰性混和氣體.不同碳含量時的脫碳保鉻，需要不同的Pco.因而不同脫碳階段采用氧-惰性混合氣體比例分別為(3-0)∶(1-3)等.還原階段吹入純惰性氣體，根據(jù)爐容量和碳含量的不同，各階段的時間為5-40min不等;對于30-1000′Kg感應(yīng)爐，氣體流量范圍1.0-30m3/h.t，壓強為0.12-1.0MPa.為提高合金收得率，還原期加入硅鐵.錳鐵.硅鈣.鋁等還原劑1-10Kg/t.進一步調(diào)整成分后出鋼.本發(fā)明工藝可用于生產(chǎn)含碳＜＝0.08%的低碳和含碳＜＝0.03%的超低碳高鉻[%Cr]＝15-35)合金鋼.
為降低冶煉成本，本發(fā)明使用的惰性氣體(Ar)可以部分或全部由氮氣代替，形成氧-氮混吹或前期氧-氮后期氧-氬混吹，這樣，既達到了脫碳的目的，又可降低氣體成本，防止鋼液增氮。
采用本發(fā)明，使感應(yīng)爐生產(chǎn)低(超低)碳高鉻合金鋼成為可能，拓寬感應(yīng)爐冶煉產(chǎn)品范圍，使用廉價金屬原料大幅度降低了生產(chǎn)成本，節(jié)省了耐火材料消耗，提高了合金收得率，降低電耗，盡管惰性氣體有一定量的消耗，但總的經(jīng)濟效益十分可觀.
小煉鋼爐鋼水的精煉至今是冶金界的難題，本工藝在一定程度上解決了這個工藝難題，使普通感應(yīng)爐由簡單的熔化裝置變成具備脫碳功能的精煉設(shè)備.
下面是30kg感應(yīng)爐冶煉00 Cr21Ni10應(yīng)用本發(fā)明的實施舉例(1)裝料，熔化.1650℃開始吹氣;
(2)第一階段O2∶Ar＝3∶1，流量0.12m3/h.時間5分鐘;
(3)第二階段O2∶Ar＝1∶1時間20分鐘;
(4)第三階段O2∶Ar＝1∶3時間10分鐘;
(5)加還原劑鋁粉100g，吹氬2min后出鋼.
冶煉過程中的成分變化為熔清[%C]＝0.17，[%Si]＝0.3，[%Mn]＝0.67，[%Cr]＝22.1出鋼[%C]＝0.02，[%Si]＜0.3.[%Mn]＝0.65，[%Cr]＝21.5底吹氣流量0.066m3/h.t，壓強0.15MPa.
采用本發(fā)明工藝，在30分鐘內(nèi)熔清碳可由0.15-0.20%降到≤0.03%，鉻的收得率＞95%.
權(quán)利要求
1.感應(yīng)爐冶煉超低碳高鉻合金鋼工藝，在大氣條件下，應(yīng)用氬氧混合氣體，稀釋降低一氧化碳分壓，其特征在于有底吹供氣元件的感應(yīng)爐，以低碳廢鋼，高鉻返回鋼，高.中.低碳鉻鐵合金為原料，熔清后，鋼液含碳0.1--0.5%，含鉻15--35%，當(dāng)鋼液溫度達1550--1700攝氏度時，吹入氧--惰性混合氣體，其氧氣和惰性氣體(氬或氮)混合比為(3--0)∶(1--3)，流量相應(yīng)為1.0--30m3/h.t，壓強為0.12--1.0MPa，各階段吹煉時間相應(yīng)為5--40min，加還原劑硅鈣.硅鐵.錳鐵.鋁粉1--10Kg/t，進一步調(diào)整成分后出鋼，本發(fā)明用于普通感應(yīng)爐冶煉超低碳高鉻合金鋼的成分為[%C]＜=0.03(最低0.01)，[%Cr]=15--35。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶煉超低碳高鉻鋼工藝，其特征在于用氧-氬混合氣體吹煉，可用氮氣部分或全部代替氬氣，形成全程吹氮或前期吹氮后期吹氬的氧-惰性氣體混合吹煉的工藝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶煉超低碳高鉻合金鋼工藝，其特征在于在30Kg感應(yīng)爐內(nèi)冶煉00Cr21Ni10焊條鋼，熔清鋼液成分為[%C]＝0.17，[%Cr]＝22.1，[%Mn]＝0.67，[%Si]＝0.3，溫度達1650攝氏度，開始吹入氧氬混合氣體，第一階段氧氬比3∶1，時間5min;第二階段氧氬比1∶1，時間20min;第三階段氧氬比1∶3，時間10min;脫碳階段流量為0.66m3/h.t，壓力為0.15MPa，加入鋁脫氧劑4Kg/t吹煉2min，鋼的最終成分[%C]＜＝0.03，[%Cr]＝21.5，適當(dāng)補加合金，出鋼.
全文摘要
本發(fā)明為底吹感應(yīng)爐冶煉超低碳高鉻合金鋼工藝，把低碳廢鋼和鐵合金作為感應(yīng)爐的冶煉原料，待全部熔化并升溫到一定溫度后將氧氣和惰氣的混合氣體吹入爐內(nèi)，根據(jù)不同的碳含量區(qū)間采用不同的混合氣體比例，通過吹氣時間、溫度和混合氣體比例及流量的控制使鋼中的碳含量達到目標水平，脫碳結(jié)束后向熔池加入還原劑，可以使鉻等元素保持較高的收得率。本發(fā)明的特點是工藝簡單，脫碳效果明顯，可用于冶煉[％C]≤0.08，最低[％C]＝0.01的低及超低碳高鉻合金鋼，使普通感應(yīng)爐由簡單的熔化裝置變成具備脫碳能力的精煉裝置。
文檔編號C21C5/02GK1085605SQ9310925
公開日1994年4月20日 申請日期1993年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月10日
發(fā)明者林綱, 鄭寶茹, 顧燕如, 馬紹彌, 何潤杰, 范垂孚, 李士琦, 蘇山 申請人:北京科技大學(xué), 首鋼總公司