高锰含量不锈钢在冶炼中的加锰方法

摘要

一种高锰含量不锈钢在冶炼中的加锰方法，其步骤特征是：I在K－OBM－S工序，将预处理后的铁水在顶底复吹转炉脱C、合金化，脱碳II期加入总配Mn量的15～25％高碳锰铁；脱碳末期－还原期加入总配Mn量的75～85％低碳锰铁或金属锰，并加硅铁用顶枪升温，还原、微调成分，冶炼55分钟至65分钟，出钢成分(重量)：C为0.05－0.25％、Si为0.05－2.00％、Mn为3.00－10.00％、P≤0.050％、S≤0.030％、Cr为17.00－23.00％、Ni为2.50－12.00％、N≤0.250％、0≤Pb≤0.001％、0≤Cu≤4.00％，其余为Fe及不可避免的杂质；II在VOD工序，补Mn量大于等于0小于总配Mn量的5％。本高锰含量不锈钢在冶炼中的加锰方法能缩短冶炼时间，提高Mn的收得率，降低冶炼成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高锰含量不锈钢在冶炼中的加锰方法。

背景技术

在不锈钢中加锰可提高不锈钢的性能，如向铬镍奥氏体不锈钢焊接材料(焊丝、焊条等)中加入3％～7％锰，可减少焊接裂纹，满足焊接的需要；在节镍奥氏体不锈钢中，锰是非常重要的合金元素，其主要作用是与氮、镍等强烈形成奥氏体的元素复合到钢中，可节约奥氏体不锈钢中的镍，不但质量、性能和价格能够满足不同用户的要求，而且还可解决镍资源不足的问题；向高Cr-Ni-Mo奥氏体不锈钢中加入3％～10％Mn以提高氮在钢中的溶解度，从而使此类钢在高Cr(20％～25％)，Mo(5％～8％)条件下仍具有单一的奥氏体组织并抑制有害铬氮化物的析出，而且耐蚀可达到、甚至超过一些高镍耐蚀合金的水平。总之，对于奥氏体不锈钢为改变其内部组织而具备某一性能，满足产品的技术要求，需要向钢中配加锰铁，使钢中Mn含量达到3.00％～10.00％。但是在冶炼时若锰铁加入方法不当，会增加脱C难度，相对延长冶炼时间，增加吨钢成本。现有高锰含量不锈钢在冶炼中的加锰方法是：在K-OBM-S转炉脱碳II期，使用高碳锰铁，加入量为总配Mn量的25～30％；在脱碳III期使用高碳锰铁，加入量为总配Mn量的25～30％；在脱碳末期-还原期，使用低碳锰铁，加入量为总配Mn量的40～50％；在VOD沸腾期-还原期，使用低碳锰铁补加，加入量为总配Mn量的5～10％。高碳锰铁中Mn和C含量较高，在脱碳II期和III期加入大量的高碳锰铁，提高了炉内金属液中Mn和C的浓度，同时也降低了金属液的温度。在吹炼前期金属液温度较低，Mn对O的亲和力大于C，而C是随金属液温度升高而增大。当金属液温度大于1400℃时，C和O的亲和力才能超过Mn，现有的加锰方法会增大Mn氧化量，延长脱C冶炼时间，不但Mn的回收率偏低，平均为74％，而且K-OBM-S转炉平均冶炼的时间长达110min，使金属液在炉内驻留时间相对延长，也影响到了炉衬的寿命。

发明内容

为了克服现有高锰含量不锈钢在冶炼中的加锰方法的上述不足，本发明提供一种脱碳快，冶炼时间短的高锰含量不锈钢在冶炼中的加锰方法。

本发明的技术方案是在K-OBM-S转炉上，根据金属液中Mn和C在一定温度条件下同O元素的亲和能力，合理确定冶炼各时段锰铁加入的种类和数量(见表-1)，降低供氧脱C前期Mn和C在金属液中的浓度，提高锰的回收率，减轻脱C的难度，缩短K-OBM-S转炉脱C的时间。

表-1

  冶炼时段  K-OBM-S  脱碳I期  K-OBM-S  脱碳II期  K-OBM-S  脱碳III期 K-OBM-S 脱碳末期-还原期  VOD  沸腾期-还原期  锰铁加入的  种类利数量  0  使用高碳锰  铁，加入量为  总配Mn量的  15～25％  0 使用低碳锰铁(或金属 锰)，加入量为总配Mn 量的75～85％  使用低碳锰铁  加入量小于总  配Mn量的5％

表-1中的脱碳I期([C]：～1.3％)，脱碳II期([C]：～0.80％)，脱碳III期([C]：～0.43％)，脱碳末期([C]：～0.05％)，是根据金属液中碳含量划分的，这种划分是K-OBM-S转炉所规定的，如脱碳I期，是将金属液中碳含量脱到1.3％。

另外，本发明的高锰含量不锈钢在冶炼中的加锰方法还可实现气化去除由锰铁带入钢中的有害元素Pb。

Mn在VOD真空状态下易挥发，Mn含量为3.00％～10.00％的不锈钢，在VOD工序的Mn回收率为98～99％。在K-OBM-S转炉配加锰铁时也要考虑锰铁在VOD的回收率，将Mn在转炉一次配到位，这样能利用气化去除由锰铁带入钢中的有害元素Pb。若高碳锰铁中[Pb]≤0.035％，低碳锰铁中[Pb]≤0.030％，按照本发明的加锰方法，不锈钢成品中[Pb]≤0.001％。(根据碳含量，高碳锰铁碳含量大于5％；低碳锰铁碳含量小于1％)

因为Pb的沸点为1740℃，在VOD脱C时，钢液温度只能达到1610-1660℃，不容易气化去除钢中的Pb，而在K-OBM-S转炉脱C时，钢液温度可达1700℃以上，能有效地利用气化去除带入炉内的大部分的Pb。

另外，将Mn在转炉一次配到位，在VOD不补加或少加锰铁，一则能较好地控制钢中C含量，减少氧耗，提高金属收得率；二则可减少由于补加锰铁给钢液带来的热损失，这有利于“脱C保Cr”以及还原效果。

本发明的高锰含量不锈钢在冶炼中的加锰方法与现有加锰方法的加入锰铁种类和数量的对比，见表-2。

表-2

本高锰含量不锈钢在冶炼中的加锰方法的步骤特征是：

I在K-OBM-S工序，将预处理后的铁水倒入顶底复吹转炉内，脱C、合金化，底吹隋性气体全程选用氮气，脱碳II期加入高碳锰铁，加入量为总配Mn量的15～25％；在脱碳末期-还原期加低碳锰铁(或金属锰)，加入量为总配Mn量的75～85％，同时加硅铁用顶枪升温，还原、微调成分后出钢，冶炼时间为55分钟至65分钟，出钢成分(重量)为：

C 0.05-0.25％   Si 0.05-2.00％     Mn 3.00-10.00％   P≤0.050％

S≤0.030％      Cr 17.00-23.00％   Ni 2.50-12.00％   N≤0.250％

O≤Pb≤0.001％  O≤Cu≤4.00％      其余为Fe及不可避免的杂质。

炉后温度1590-1660℃。(Cu≥0，Pb≥0表示下限为0)

II在VOD工序，0≤补Mn量＜总配Mn量的5％。

本高锰含量不锈钢在冶炼中加锰方法的有益效果

1.采用本高锰含量不锈钢在冶炼中的加锰方法能缩短冶炼时间，在K-OBM-S转炉，冶炼时间可由现有加锰方法的110min缩短到65min，同时由于每炉钢冶炼时间的缩短，高温钢渣对转炉的侵蚀时间也相对减少，有助于转炉炉龄的提高。

2.Mn的收得率由74％提高到83％以上，可降低吨钢冶炼成本。

3.使用[Pb]≤0.035％的高碳锰铁和[Pb]≤0.030％低碳锰铁，成品中[Pb]≤0.001％的炉数比例能达到100％。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。

实施例一

本实施例冶炼的不锈钢钢种是ER307LSi，钢种成品成分见表-3

表-3

  标准  C％  Si％  Mn％  P％  S％  Cr％  Ni％  N％  内控  0.070-  0.090  0.65-  0.80  6.80-  7.10  ≤0.020  ≤0.012  18.60-  19.50  8.10-  8.80  ≤0.050  目标  0.080  0.70  7.00  ≤0.018  ≤0.002  18.70  8.20  0.040  标准  0.070-  0.090  0.65-  1.00  6.70-  8.00  ≤0.040  ≤0.015  18.50-  19.50  8.00-  9.00

本不锈钢的生产工艺路线：预处理铁水→K-OBM-S→VOD→LF→方坯，加锰是冶炼本不锈钢过程中一项必要的操作，本实施例仅对加锰过程进行说明，其它操作按常规方法操作。

本实施例加锰的步骤依次如下：

I在K-OBM-S工序

将预处理后的45.1吨铁水倒入顶底复吹转炉内，脱C、合金化。底吹隋性气体全程选用氮气。脱碳I期加焦碳0.5吨；脱碳II期加入高碳锰铁1.6吨([Mn]为75.9％，[Pb]为0.035％)，在脱碳末期-还原期加低碳锰铁5.5吨([Mn]为86％，[Pb]为0.030％)，同时加硅铁0.2吨用顶枪升温。调整温度和成分，还原后出钢。冶炼时间为61分，出钢成分见表-4，炉后温度1631℃，渣厚40mm，钢水量72.5吨。

表-4

  C％  Si％  Mn％  P％  S％  Cr％  Ni％  N％  Pb％  0.22  0.16  6.91  0.016  0.015  18.72  8.19  0.2326  0.001

II在VOD工序

转炉将钢水出到包内，用天车将钢包放到VOD罐车内，到站钢水温度1602℃，净空1290mm。开罐车到处理位。抽真空、脱C、脱N、还原、微调成分、破空。补加低碳锰铁0.15吨([Mn]为86％)。精炼时间57分。出站情况：

钢水的化学成分(重量)为：

C 0.079％    Si 0.72％    Mn 7.08％    P 0.016％    S 0.002％

Cr 18.67％   Ni 8.18％    N 0.043％    Pb 0.001％

其余为Fe及不可避免的杂质。

出站温度1531℃。

实施例二

本实施例冶炼的不锈钢钢种是201Cu，钢种成品成分见表-5

表-5

  元素  C％  Si％  Mn％  P％  S％  Cr％  Ni％  Cu％  N％  内控  ≤0.060  0.20-  0.80  8.00-  9.00  ≤0.045  ≤0.015  14.00-  15.00  4.00-  5.00  2.50-  3.00  ≤0.060  目标  0.040  0.50  8.20  ≤0.035  ≤0.003  14.50  4.50  2.60  ≤0.040  标准  ≤0.080  ≤1.00  7.50-  10.00  ≤0.060  ≤0.030  14.00-  17.00  4.00-  6.00  2.00-  3.00

本不锈钢的生产工艺路线：预处理铁水→K-OBM-S→VOD→LF→模铸，加锰是冶炼本不锈钢过程中一项必要的操作，本实施例仅对加锰过程进行说明，其它工序按常规方法操作。

本实施例加锰的步骤依次如下：

I在K-OBM-S工序，

将预处理后的43.8吨铁水倒入顶底复吹转炉内，脱C、合金化。底吹隋性气体全程选用氮气。脱碳I期加焦碳0.5吨；脱碳II期加入高碳锰铁2.0吨([Mn]为73％，[Pb]为0.01％)；脱碳III期结束后，用料槽往炉内加入需配加的铜板和镍板；在脱碳末期-还原期加金属锰5.86吨([Mn]为97％)，同时加硅铁0.3吨用顶枪升温。调整温度和成分，还原后出钢。冶炼时间为63分，出钢成分见表-6，炉后温度1639℃，渣厚50mm，钢水量72.9吨。

表-6

  C％  Si％  Mn％  P％  S％  Cr％  Ni％  N％  Cu％  Pb％  0.18  0.11  8.29  0.022  0.011  14.57  4.53  0.2084  2.59  ＜0.001

II在VOD工序

转炉将钢水出到包内，用天车将钢包放到VOD罐车内，到站钢水温度1613℃，净空1300mm。开罐车到处理位。抽真空、脱C、脱N、还原、微调成分、破空。补Mn量为0。精炼时间59分。出站情况：

钢水的化学成分(重量)为：

C 0.033％     Si 0.56％    Mn 8.16％    P 0.023％    S 0.002％

Cr 14.51％    Ni 4.56％    Cu 2.59％    N 0.037％    Pb＜0.001

其余为Fe及不可避免的杂质。出站温度1551℃。

注：本申请文件中

K-OBM(Kombiniert-Oxygen Bottom Maxhuette)为顶底复吹转炉，后带“-S(Stainless)”表示用于冶炼不锈钢的顶底复吹转炉，见中国科学技术出版社出版的《不锈钢实用手册》第17、18、47页。K-OBM-S由德国克罗克纳开发，1981年成功应用于日本川崎公司。现采用K-OBM-S为初炼炉，其主要担任预脱碳任务，可冶炼大部分不锈钢种。主要优点：原料选择的适应性强(可加铁水、返回废钢、金属镍、铬铁等)；可用铬矿代替铬铁合金；用氧气和焦碳代替电能。

VOD(Vaccum Oxygen Decarburization)为精炼炉，是西德维滕钢厂于1965年研制成功的，是将钢包放入真空罐内，在真空条件下顶枪吹氧脱碳，并通过钢包底部的透气砖吹氩，利用这套设备，可生产低碳和超低碳不锈钢。主要优点：降碳、保铬效果好；适合冶炼超低碳、超低氮不锈钢；脱氧效果好。见冶金工业出版社出版的《氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备》第2版第239页。

LF炉(Ladle Furnace)是日本70年代发明的精炼设备，也称钢包炉。见冶金工业出版社出版的《氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备》第2版第235页。它具有常压下埋弧加热，高碱度合成渣精炼和底部吹氩搅拌功能。LF炉最初主要配合超高功率电炉，将电炉还原期的任务移至钢包内完成，使电炉只有初炼炉的任务。其主要功能是：脱氧、脱硫、去除夹杂物和调温、均匀成分，但在不锈钢厂最主要的作用是：缓解初炼炉与连铸生产节奏的匹配，实现多炉连浇的顺利进行。