專利名稱：鋼水脫氧及合金化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金工藝領(lǐng)域，特別是一種鋼水脫氧及合金化方法。
背景技術(shù)：
在鋼水的冶煉過(guò)程中，鋼液中含有大量氧，鋼水在轉(zhuǎn)爐內(nèi)的氧百分含量為 400-600 X 10_6，如果不將鋼水中的氧百分含量降低到一定程度(比如80-10 X 10_6)，將會(huì)嚴(yán) 重影響鋼材的質(zhì)量和性能，所以鋼水必須進(jìn)行脫氧和合金化?，F(xiàn)有工藝中廣泛采用的合金 有硅鐵、錳鐵、鋁鐵、硅鈣(鐵)、硅錳(鐵)、硅鋇(鐵)、硅鋁(鐵)等。合金含有一定比例 的硅、錳、鋁、硅鈣元素，這些元素稱做脫氧元素。目前，普遍采用以下公式計(jì)算脫氧及合金 化所需要的合金量加入的合金量=(合金在鋼水中的目標(biāo)含量-鋼水中現(xiàn)有合金量)X出鋼量/脫 氧元素百分量％ X合金收得率％?，F(xiàn)有工藝中，采用以下方法加入合金當(dāng)鋼水從冶煉爐出鋼到鋼包中時(shí)，鋼水出到 1/4時(shí)開始加入，出到3/4時(shí)加完。出鋼過(guò)程中加擋渣帽、擋渣球擋渣，以避免下渣。出完鋼 后將包內(nèi)鋼水進(jìn)行吹氬處理，保證吹氬時(shí)間在4min以上?，F(xiàn)有轉(zhuǎn)爐出鋼脫氧及合金化方法存在以下問(wèn)題首先，合金加入量只是大致估算， 導(dǎo)致合金加入量計(jì)算不準(zhǔn)確。其次，合金從加料漏斗中在沒(méi)有氧化保護(hù)的情況下加入到鋼 水中，而大部分合金比重遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼水比重，使其漂浮在鋼水和渣的上面，大量被氧化，導(dǎo) 致脫氧效果不好，合金收得率低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種有效的脫氧及合金化方法，使其能夠?qū)︿撘核璧拿撗?劑進(jìn)行精確計(jì)算，同時(shí)，有效改進(jìn)提高合金的加入方法，提高收得率，提高鋼液質(zhì)量，降低生 產(chǎn)成本。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)在鋼鐵生產(chǎn)中，鋼水脫氧和合金化是密不可分的。加入鋼水中的合金一部分起脫 氧作用，在脫氧過(guò)程中消耗掉了，轉(zhuǎn)化為脫氧產(chǎn)物被排除，剩下的部分則保留在鋼液中，起 合金化的作用。所以，脫氧元素的量等于脫氧所消耗的脫氧元素加上成品鋼水中所需脫氧 元素量之和。本發(fā)明將針對(duì)每爐鋼水的出鋼時(shí)的實(shí)際氧含量來(lái)分別準(zhǔn)確計(jì)算脫氧和合金化 所需要的合金。同時(shí)在合金加入過(guò)程中采用噴吹管，利用惰性氣體將合金直接送到鋼包下 部。本發(fā)明中的鋼包脫氧及合金化方法包括以下步驟一、計(jì)算合金加入量1).當(dāng)合金中含有一個(gè)脫氧元素時(shí)，在轉(zhuǎn)爐吹煉完畢出鋼前到鋼水通過(guò)出鋼槽送 到鋼包期間，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析、定氧探頭或者其它方法測(cè)定鋼水中的氧百分含量0J。同 時(shí)，計(jì)算成品鋼水中氧含量，脫氧反應(yīng)式如(1)所示，其平衡常數(shù)如公式(2)所示。在一定 條件下，平衡常數(shù)可以通過(guò)煉鋼物理化學(xué)手冊(cè)查到，而成品鋼水中合金元素的重量百分濃
4度為已知，利用公式(2)可計(jì)算與成品鋼液中脫氧元素相平衡的氧百分含量02]。x[M]+y
= Mx0y (1)式中，M為脫氧合金中的脫氧元素，0為氧，MxOy為脫氧元素與氧生成的氧化物。 x，y分別為方程式中脫氧元素M和0的系數(shù)。其平衡常數(shù)為 式中，KM為平衡常數(shù)，MJ為成品鋼中脫氧元素的百分濃度，02]為平衡條 件下的氧的百分含量。2)、計(jì)算需要鋼水中需要去除的氧百分含量(重量)[%03]。計(jì)算方法見公式(3)，[% 03] = [% 0j-[% 02] (3)3)、計(jì)算脫去[%03]所消耗的脫氧元素的百分含量[%M2]，計(jì)算方法見公式(4)，
式中，a為合金中脫氧元素的原子量。
4)、計(jì)算合金加入量 式中wM為合金加入量，ffs為鋼水總重，n為合金中脫氧元素重量百分比.當(dāng)采用二種合金，即合金中分別含有脫氧元素A和B時(shí)5)、計(jì)算脫氧元素A和B需要的百分含量，聯(lián)立方程式(6)和(7)可得到合金中脫 氧元素A和脫氧元素B需要加入的百分含量(重量)。公式(6)通過(guò)A、B合金復(fù)合脫氧平 衡圖查閱確定。[% A] = k[% B] (6) 式中，[%A]和[%B]分別為脫氧元素A和脫氧元素B需加入的百分含量(重 量)，K為系數(shù)，可通過(guò)A、B合金復(fù)合脫氧平衡圖查閱得到。0J禾日02]分別為出鋼 后測(cè)定的氧百分含量(重量)和成品鋼水中的氧百分含量(重量)。yA和xA分別為脫氧元素A與氧的化學(xué)反應(yīng)方程式中氧和脫氧元素A的系數(shù)；a為脫氧元素A的原子量。yB和xB分別為脫氧元素B與氧的化學(xué)反應(yīng)方程式中氧 和脫氧元素B的系數(shù)；b為脫氧元素B的原子量。6)、計(jì)算合金加入量含有脫氧元素A的合金加入量可通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算 式中含有脫氧元素A的合金的加入量，Ws為鋼水總重，n為合金中脫氧元素 A的重量百分比。同理，將脫氧元素B的百分含量及n代入(8)式，可計(jì)算含有脫氧元素B的合金加入量。將二者計(jì)算結(jié)果相加即為總的合金加入量。二、將鐵合金通過(guò)噴吹管加入到鋼包中當(dāng)鋼水出鋼完畢，將上述計(jì)算得到的脫氧 及合金化所需要的鐵合金通過(guò)插入噴吹管直接加入到鋼包中，同時(shí)通過(guò)噴吹管通入惰性氣 體，將鐵合金吹到鋼包底部上方。上述鐵合金密度遠(yuǎn)小于鋼液，為了保證送入鋼包下部的鐵合金能夠在浮出鋼水液 面之前完全熔化，鐵合金粒度應(yīng)當(dāng)在5mm-10mm之間。采用擋渣出鋼，為了充分保護(hù)鋼液表面不受空氣氧化，同時(shí)為了保護(hù)部分漂浮到 鋼水液面的鐵合金不被氧化，在鋼包表面添加保護(hù)渣，保護(hù)渣厚度為50mm-100mm，可采用人 工配置的炭化稻殼作為保護(hù)渣。所述插入的噴吹管，其下端口距鋼包底部的距離為200mm-350mm。所述通入的惰性氣體為氬氣，噴吹壓力為1. OMPa-1. 2MPa。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明中的脫氧及合金化方法將會(huì)極大地提高鐵合金加入量 的準(zhǔn)確性，避免了鐵合金燒損，提高了鐵合金收得率，比現(xiàn)有的脫氧及合金化方法可提高收 得率5% _8%，可取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，由于通過(guò)惰性氣體將合金輸送到鋼包底部， 鋼液得到了充分的攪拌，鋼液成分均勻，各種夾雜物上浮快，提高了鋼水質(zhì)量。
附圖是本發(fā)明的鋼包脫氧示意圖。圖中，各標(biāo)號(hào)的具體含義為1_合金噴吹管；2-保護(hù)渣；3-鋼包；4-鋼液；5-鐵合 金；6-氬氣。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述具體實(shí)施例已知碳含量0. 1 %，出鋼溫度1600°C，硅鐵脫氧，冶煉終點(diǎn)時(shí)鋼液氧 含量0. 025%，成品鋼液中含硅0. 27%，硅鐵含硅50%。1、計(jì)算硅鐵加入量脫氧消耗的硅0. 013%成品鋼液中的硅0. 27%每噸鋼水脫氧及合金化所需要的硅0. 013% +0. 27%= 0. 283%每噸鋼脫氧及合金化應(yīng)加入的硅鐵量為5. 66kg2、轉(zhuǎn)爐擋渣塞或者擋渣球出鋼，出鋼完畢，鋼包表面加入鋼包保護(hù)渣，噸鋼水用量 lkg 1. 5kg03、將合金噴吹管插入鋼包，采用惰性氣體(此處為氬氣)進(jìn)行噴吹，噴吹壓力 l.OMPa，噴吹量按照計(jì)算確定，有多種合金時(shí)，按照脫氧能力大小，由小到大依次噴吹進(jìn)入 鋼包。4、合金噴吹完畢后，繼續(xù)噴吹惰性氣體1分鐘左右，以使夾雜物上浮，成分均勻。5、噴吹效果對(duì)比如下本發(fā)明內(nèi)容傳統(tǒng)脫氧合金化合金加入量5. 66kg/T 6. 75kg/T
成品鋼硅含量 0.27%0. 271%合金收得率 95%以上 80%可見，本發(fā)明的效果優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的效果。
權(quán)利要求
一種鋼水脫氧及合金化方法，其特征在于工藝步驟包括一、計(jì)算合金加入量1).當(dāng)合金中含有一個(gè)脫氧元素時(shí)，鋼水冶煉完畢出鋼，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析、定氧探頭或者其它方法可測(cè)定出鋼水中的氧的重量百分含量[％O1]；同時(shí)，根據(jù)下面脫氧反應(yīng)式(1)及平衡常數(shù)公式(2)，可計(jì)算與成品鋼水中脫氧元素相平衡的氧的重量百分含量[％O2]；x[M]+y[O]＝MxOy (1)式中，M為脫氧合金中的脫氧元素，O為氧，MxOy為脫氧元素與氧生成的氧化物；x，y分別為公式中脫氧元素M和O的系數(shù)；其平衡常數(shù)為 <mrow><msub> <mi>K</mi> <mi>M</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><msup> <mrow><mo>[</mo><mo>%</mo><msub> <mi>M</mi> <mn>1</mn></msub><mo>]</mo> </mrow> <mi>x</mi></msup><msup> <mrow><mo>[</mo><mo>%</mo><msub> <mi>O</mi> <mn>2</mn></msub><mo>]</mo> </mrow> <mi>y</mi></msup> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中，KM為平衡常數(shù)，[％M1]為成品鋼中脫氧元素的重量百分濃度，[％O2]為平衡條件下的氧的重量百分含量；2).計(jì)算鋼水中需要去除的氧的重量百分含量[％O3]，根據(jù)公式(3)，[％O3]＝[％O1]-[％O2](3)3).計(jì)算脫去[％O3]所消耗的脫氧元素的重量百分含量[％M2]，根據(jù)公式(4)， <mrow><mo>[</mo><mo>%</mo><msub> <mi>M</mi> <mn>2</mn></msub><mo>]</mo><mo>=</mo><mo>[</mo><mo>%</mo><msub> <mi>O</mi> <mn>3</mn></msub><mo>]</mo><mo>·</mo><mfrac> <mrow><mi>x</mi><mo>·</mo><mi>a</mi> </mrow> <mrow><mi>y</mi><mo>·</mo><mn>16</mn> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中，a為合金中脫氧元素的原子量；4).計(jì)算合金加入量 <mrow><msub> <mi>W</mi> <mi>M</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>W</mi> <mi>s</mi></msub><mo>·</mo><mrow> <mo>(</mo> <mo>[</mo> <mo>%</mo> <msub><mi>M</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <mo>%</mo> <msub><mi>M</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>]</mo> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>η</mi></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中，WM為合金加入量，WS為鋼水總重，η為合金中脫氧元素重量百分比；5).當(dāng)采用二種合金，即合金中分別含有脫氧元素A和B時(shí)，分別計(jì)算脫氧元素A和B需要的重量百分含量，聯(lián)立方程式(6)和(7)可得到合金中脫氧元素A和脫氧元素B需要加入的重量百分含量；公式(6)通過(guò)A、B合金復(fù)合脫氧平衡圖查閱確定；[％A]＝k[％B](6) <mrow><mo>[</mo><mo>%</mo><mi>A</mi><mo>]</mo><mo>·</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>y</mi> <mi>A</mi></msub><mo>·</mo><mn>16</mn> </mrow> <mrow><msub> <mi>x</mi> <mi>A</mi></msub><mo>·</mo><mi>a</mi> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mo>[</mo><mo>%</mo><mi>B</mi><mo>]</mo><mo>·</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>y</mi> <mi>B</mi></msub><mo>·</mo><mn>16</mn> </mrow> <mrow><msub> <mi>x</mi> <mi>B</mi></msub><mo>·</mo><mi>b</mi> </mrow></mfrac><mo>=</mo><mo>[</mo><mo>%</mo><msub> <mi>O</mi> <mn>1</mn></msub><mo>]</mo><mo>-</mo><mo>[</mo><mo>%</mo><msub> <mi>O</mi> <mn>2</mn></msub><mo>]</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>7</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中，[％A]和[％B]分別為脫氧元素A和脫氧元素B需加入的重量百分含量，K為系數(shù)，可通過(guò)A、B合金復(fù)合脫氧平衡圖查閱得到，[％O1]和[％O2]分別為出鋼后測(cè)定的氧重量百分含量和成品鋼水中的氧重量百分含量；yA和xA分別為脫氧元素A與氧的化學(xué)反應(yīng)方程式中氧和脫氧元素A的系數(shù)；a為脫氧元素A的原子量；yB和xB分別為脫氧元素B與氧的化學(xué)反應(yīng)方程式中氧和脫氧元素B的系數(shù)；b為脫氧元素B的原子量；6)、計(jì)算合金加入量含有脫氧元素A的合金加入量可通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算 <mrow><msub> <mi>W</mi> <mi>A</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>W</mi> <mi>s</mi></msub><mo>·</mo><mrow> <mo>(</mo> <mo>[</mo> <mo>%</mo> <mi>A</mi> <mo>]</mo> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>η</mi></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>8</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中，WA為含有脫氧元素A的合金的加入量，WS為鋼水總重，η為合金中脫氧元素A的重量百分比；同理，將脫氧元素B的百分含量及η代入(8)式，可計(jì)算含有脫氧元素B的合金加入量；將二者計(jì)算結(jié)果相加即可得出總的合金加入量；二、將鐵合金通過(guò)噴吹管加入到鋼包中當(dāng)鋼水出鋼完畢，將上述計(jì)算得到的脫氧及合金化所需要的鐵合金通過(guò)插入噴吹管直接加入到鋼包中，噴吹管中通入惰性氣體，將鐵合金送到鋼包底部上方。
2.按權(quán)利要求1所述的鋼水脫氧及合金化方法，其特征在于上述鐵合金的粒度應(yīng)當(dāng) 在5mm-10mm之間。
3.按權(quán)利要求1所述的鋼水脫氧及合金化方法，其特征在于上述鋼包表面添加有保 護(hù)渣，其厚度為50mm-100mm。
4.按權(quán)利要求1所述的鋼水脫氧及合金化方法，其特征在于上述插入到鋼包中的噴 吹管下端口距鋼包底部的距離為200mm-350mm。
5.按權(quán)利要求1所述的鋼水脫氧及合金化方法，其特征在于上述噴吹管中通入的惰 性氣體為氬氣，噴吹壓力為1. OMPa-1. 2MPa。
全文摘要
一種鋼水脫氧及合金化方法，首先，測(cè)定每爐鋼水的實(shí)際含氧量，然后準(zhǔn)確計(jì)算脫氧及合金化所需要的合金量，再將粒度適中的合金通過(guò)噴吹管及惰性氣體輸送到鋼包的鋼水中，使鐵合金在上浮到鋼水表面之前完全熔化，在幾乎沒(méi)有損耗的情況下起到脫氧及合金化作用。本發(fā)明中的合金量計(jì)算精確，且在鋼水中能得到充分?jǐn)嚢瑁蛊涿撗跫昂辖鸹饔妹黠@，同時(shí)避免了脫氧及合金化過(guò)程中的氧化損失，從而大大提高了鋼水質(zhì)量。
文檔編號(hào)C21C7/06GK101875995SQ200910272870
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者黃誠(chéng) 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司