專利名稱：大量使用鋼種的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，更具體些說，是屬于大量使用鋼種的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明可用于大量使用的轉(zhuǎn)爐鋼、平爐鋼和電爐鋼的生產(chǎn)。
本發(fā)明用于錳合金鋼的生產(chǎn)最有效。
現(xiàn)在，在全世界大量使用鋼種的生產(chǎn)中，多是用鐵合金作為合金材料的。
使用鐵合金要消耗大量電能，因?yàn)樵阼F合金的生產(chǎn)過程中就要耗用大量載能體。此外，在生產(chǎn)鐵合金時(shí)還要產(chǎn)生對環(huán)境有害的氣體物質(zhì)，它們在大氣中的濃度已超過了國際標(biāo)準(zhǔn)的極限允許值。
利用鐵合金生產(chǎn)大量使用的鋼種時(shí)要損耗大量的合金元素，并且它們在鋼中的回收率也不高。這是因?yàn)殍F合金生產(chǎn)過程本身以及用它使鋼合金化的過程都是高溫過程，由于在反應(yīng)過程中產(chǎn)生許多氣體物質(zhì)，從而大量損耗合金元素。
此外，生產(chǎn)鐵合金時(shí)產(chǎn)渣率很高，這就使大量的合金元素?fù)p耗在爐渣里。
鐵合金在鋼中的回收率不高，是因?yàn)榇蠹s有1/5的鐵合金在金屬脫氧時(shí)損耗掉了。
現(xiàn)有對鋼的精煉方法是將對鋼水有合金作用的金屬氧化材料加入煉鋼設(shè)備中(JP，A，59-215412)。
這種方法包括將生鐵加入煉鋼設(shè)備中。然后將有合金作用含有金屬的氧化材料，例如錳、鉻、硅、銅、礬、鈮和鈷加入煉鋼爐，同時(shí)還要加入含碳材料，下一步是從煉鋼爐下方加入燃?xì)馀c氧氣的混合氣，其中含20～70%的氧，風(fēng)量為0.1mm3/t·min。
這時(shí)，會減少含碳材料中的碳的量，同時(shí)產(chǎn)生熱以便將加入煉鋼爐的所有材料加熱并熔化。
此外，這里一部分碳要用于使合金元素從熔渣中還原出來，這就要伴隨著大量的熱損耗。結(jié)果得到低碳鋼。
由于使用的氧化材料是未經(jīng)熱處理的，它們含有結(jié)合水分和容易游離的一套各種氧化物的化合物，當(dāng)這類氧化物落到鋼水表面或鋼水內(nèi)時(shí)，就會形成氣體分解產(chǎn)品，這會使?fàn)t渣起沫，還會使鋼水和爐渣從煉鋼爐中濺出。
這種方法的還原劑是利用含碳材料，把它們與氧化材料一起加入煉鋼爐。
眾所周知，碳和氧相互作用的反應(yīng)是要吸收熱量的，因此，為了補(bǔ)償還原反應(yīng)時(shí)的熱損耗，在加入氧化材料與含碳材料之前，必須將鋼水補(bǔ)充加熱到比用鐵合金進(jìn)行合金化時(shí)更高的溫度。
此外，氧化材料與含碳材料同時(shí)加入，然后向鋼水吹以含氧的燃?xì)饣旌衔?，這樣會在燃?xì)饣旌衔锪髦袩籼?，這就是說，把它作為還原劑來看，消耗得不盡合理。
除此之外，利用這種方法不可能獲得確定的合金元素回收率，例如將錳從氧化材料中回收到鋼內(nèi)。這是因?yàn)?，很難預(yù)測會有多少含碳材料在還原時(shí)消耗掉，又有多少被燒掉。
在現(xiàn)有的方法中，錳的有效利用在很大程度上決定于成品鋼中的最終含碳量。當(dāng)含碳量低于0.2%時(shí)，錳的回收率超不過60%。
此外，現(xiàn)有的方法有一定的使用局限性，因?yàn)樗仨毷褂脦в械状档膶Ｓ脽掍撛O(shè)備，需要使用硫、磷和硅的金屬爐料，鐵水的溫度在凈化過程之后不超過1250℃，而不象普通煉鋼生鐵為1350～1400℃，要使用含錳量達(dá)50%的高質(zhì)量錳礦石。
所有這些特點(diǎn)都會使鋼的成本增高，因?yàn)楸仨毷褂脤ｉT的煉鋼設(shè)備，這在大量使用的鋼種生產(chǎn)中并非都是能夠收回的，為了補(bǔ)償精煉生鐵時(shí)的熱損耗要大量消耗熱載體，同時(shí)還要使用價(jià)格昂貴的高質(zhì)量錳礦石。
現(xiàn)在使用的用錳使鋼合金化的方法(SU，A，1044641)，包括在煉鋼設(shè)備中將碳素半成品熔化，放入盛鋼桶內(nèi)，將經(jīng)過預(yù)先熱處理的含有合金元素的氧化材料放入鋼水包內(nèi)液態(tài)半成品的面上。利用鐵合金生產(chǎn)中的低磷錳爐渣(MφШ)作為氧化材料，同時(shí)要與還原劑(利用鋁)和石灰(其數(shù)量應(yīng)能保證爐渣的堿度為2.0～3.5)一起使用。然后向鋼水表面吹氧3～30秒，繼而吹氬。
但是，使用這種方法而可能獲得高質(zhì)量的鋼，這是由于向鋼水包內(nèi)加入含有合金元素錳(鐵合金生產(chǎn)中的低磷錳爐渣)的氧化材料、還原劑和石灰是在碳素半成品往鋼水包內(nèi)出完之后進(jìn)行的，然后再吹氧。
這種向鋼水包內(nèi)加料的方法很難控制鋼水合金化的過程，不能保證使非金屬雜質(zhì)從鋼水中排出的條件，這些雜質(zhì)是在用還原劑使碳素半成品脫氧時(shí)形成的。加氧會造成還原劑的不合理使用，將它燒掉，這同樣會使成品鋼質(zhì)量下降，因?yàn)殇撝械姆墙饘匐s質(zhì)量過高。
在碳素半成品放入鋼水包之后一起將幾種材料加入鐵水包的作法，會使從熔渣中還原錳的過程和用鋁使鋼水脫氧和合金化的過程同時(shí)進(jìn)行。這樣作的結(jié)果，所得到的用鋁進(jìn)行合金化的鋼，不可能是沸騰鋼。
此外，在碳素半成品出爐結(jié)束后一起向鋼水包內(nèi)加入各種材料，會降低從熔渣中回收合金元素錳的效果和不能合理使用還原劑，從而不能保證成品鋼中必要的含錳量。
所有上述作法都會降低成品鋼的質(zhì)量。
利用這種方法不可能獲得高質(zhì)量的沸騰鋼，這是因?yàn)?.在碳素半成品出爐之后再向鋼水包內(nèi)加入還原劑會使金屬脫氧，這將妨礙鋼水在“鑄錠”后的沸騰過程，必然也會增加用這種鋼軋制出的鋼材表面缺陷;
2.向鋼水包的金屬吹氬會減少鋼中的含氧量，這也會由于金屬鑄錠后不能很好地沸騰而使質(zhì)量變差;
3.利用鐵合金生產(chǎn)中的低磷錳爐渣作為合金化添加劑會降低鋼水鑄錠前的含氧量，這是由于低磷錳爐渣的還原性不高，這是因?yàn)樵诘土族i爐渣中有很難還原的錳硅酸鹽，為了使它們破碎和下一步將錳從氧化物中還原，要求有很高的溫度，大約1600℃。為了保證這個(gè)溫度就要補(bǔ)充上消耗載能體。要熔化低磷錳爐渣要增加時(shí)間，在這種情況下，已經(jīng)放入鋼水包中的還原劑都會被碳素半成品的脫氧而消耗掉，而在很少的程度上完成了自己的直接用途起到把合金原素錳從熔渣中還原出來的作用。
這樣一來，鋼水澆注前的含氧量降低，非金屬雜質(zhì)的含量增加。鋼水鑄錠后不能很好地沸騰，這將使成品鋼的質(zhì)量下降，使用這種鋼進(jìn)行軋制時(shí)的廢品率增高。
此外，利用這種方法，由于往鋼水包中加入氧化材料和還原劑的數(shù)量和順序的不規(guī)律性，很難得到具有很窄含錳和含鋁極限的鋼。這種方法是在碳素半成品放入鋼水包之后立即往鋼水包內(nèi)加入還原劑和含錳的氧化材料，因此錳的還原過程與用鋁對碳素成品脫氧和合金化是同時(shí)進(jìn)行。由于將所有材料都加入鋼水中，不知道也不能調(diào)節(jié)碳素半成品的氧化程度，有時(shí)還會不足，這種情況通常在用鋁對金屬脫氧時(shí)會出現(xiàn)，也就是說，它有多少用于金屬脫氧，有多少用于合金化的變化范圍很大。在這種情況下，可能得到含鋁量很低的，也可能含鋁量很高的鋼，也就是說，不可能得到具有要求含鋁量的鋼。
這種方法含錳材料的消耗也不規(guī)律，由于對含鋁量無法控制，因此很難把鋼中的含錳極限規(guī)定得很窄，這樣就會降低成品鋼的質(zhì)量。
在利用這種方法生產(chǎn)鋼時(shí)，比用含錳鐵合金來進(jìn)行鋼的合金化時(shí)煉鋼設(shè)備的生產(chǎn)率要低。這是因?yàn)椋谔妓匕氤善贩湃脘撍蟀迅鞣N材料都加入鋼水包內(nèi)會延長合金化過程并增長材料熔化的時(shí)間。這樣就會降低生產(chǎn)率和提高鋼的成本。
此外，現(xiàn)有方法中，使用的含錳氧化材料很貴，因?yàn)樗窃陔娀t中熔煉出來的，就是說在它的生產(chǎn)中消耗大量電能和用于購賣設(shè)備的大量資金。采用這種材料自然會使鋼的價(jià)格增高。再加上合金元素錳的回收率不高(約80%)和鋁的損耗(利用的不合理，損耗值在20%以上)，使鋼的價(jià)格會增長得更高。
此外，利用這種方法只能得到錳鋼，而不能獲得其他元素的合金鋼。
將各種氧化材料與還原劑一種加會增大還原劑的燒損。這是由于還原劑是較輕的材料并會積留在熔渣的表面上，與空氣中的氧相互作用，因?yàn)樗妊趸牧现械暮辖鹪赜兄蟮呐c氧氣的親合性。
還原材料比含有合金元素的氧化材料具有較低的熔化溫度，因此，當(dāng)它們一起落到鋼水表面上時(shí)，還原劑先熔化。由于還原劑的密度比鋼水的密度低一半，因此它們的熔化是在鋼水表面進(jìn)行。當(dāng)有鐵氧化物(通常在鋼水表面上總有)存在時(shí)，熔化過程一般是伴隨著產(chǎn)生未充分氧化還原劑的氣體物質(zhì)。這會造成它的不合理消耗并降低從氧化材料中進(jìn)入鋼內(nèi)的合金元素的回收率。
使用該方法不可能獲得沸騰鋼，因?yàn)榇禋鍟p少鋼中的含氧量并會由于澆注時(shí)沸騰不好而降低質(zhì)量。
在使用該方法用鋁進(jìn)行合金鋼生產(chǎn)時(shí)，必須大量增加還原劑的消耗。但是加大還原劑的消耗會造成金屬中非金屬雜質(zhì)增加(含合金元素的氧化材料還原反應(yīng)的產(chǎn)物)。這本身就會降低所得鋼的質(zhì)量。
本發(fā)明的任務(wù)就是要創(chuàng)造一種生產(chǎn)大量使用鋼種的方法，即仍然同樣加入氧化材料與還原劑，而能夠改善所得鋼種的質(zhì)量并使其生產(chǎn)過程的費(fèi)用降低(便宜)。
這個(gè)任務(wù)的解決方法，是在原有這種包括在煉鋼設(shè)備中熔煉碳素半成品，放入鋼水包內(nèi)，加入造渣材料、還原劑和經(jīng)過預(yù)先熱處理的含有合金元素的氧化材料的方法中，將預(yù)先經(jīng)過熱處理的氧化材料在出鋼過程中當(dāng)碳素半成品出到不少于總量重量的0.25，但不大于0.5時(shí)開始加入，到出鋼完畢時(shí)結(jié)束，而還原劑是在加入氧化材料之后再加入，直至碳素半成品出完時(shí)結(jié)束。
利用經(jīng)過預(yù)先熱處理的氧化材料能降低鋼的氣體飽和度，是因?yàn)闊崽幚磉^程實(shí)際上已完全將氧化材料中的結(jié)合水分去掉了。
在鋼的生產(chǎn)過程中降低鋼的氣體飽和度就不需要用下一步的真空處理或是其他處理方法來降低鋼中的氣體含量了。
鋼中的氣體，如氫和氮的含量低有助于提高鋼的質(zhì)量，這是因?yàn)轱@著地降低了鋼的白點(diǎn)感受性和氮磷化物雜質(zhì)的污染度。
此外，在氧化材料的熱處理過程中，能破壞掉在未經(jīng)熱處理材料中所具有的碳酸鹽化合物。因此利用經(jīng)過熱處理的氧化材料來生產(chǎn)任何合金元素的合金鋼時(shí)，都能排除熔渣起沫和從鋼水包中內(nèi)濺出，以及大大降低成品鋼中氧化非金屬雜質(zhì)的含量。這樣就可以改善鋼的質(zhì)量和省掉旨在消除非金屬雜質(zhì)的精煉，從而降低鋼生產(chǎn)過程的成本。
在碳素半成品出爐過程中加入經(jīng)過預(yù)先熱處理的材料能加速氧化材料的熔化，形成均質(zhì)的爐渣熔體，避免氧化材料進(jìn)入碳素半成品中。
在碳素半成品出爐不少于其總重量的0.25時(shí)，往鋼水包中加入氧化材料，可保證氧化材料能均勻地分布在鋼水表面上。
所以會這樣，是因?yàn)楫?dāng)鋼水充至鋼水包的0.25以上高度時(shí)，這個(gè)鋼水量足以能在這半成品的本體內(nèi)消除碳素半成品流產(chǎn)生的動能。因此，在碳素半成品的表面上沒有波動和其它擾動。碳素半成品的上升對流具有較高的能量，它也不能將氧化材料一起帶入碳素半成品的本體內(nèi)，因?yàn)檠趸牧系拿芏缺忍妓爻善沸?。此時(shí)不發(fā)生碳素半成品上層的強(qiáng)烈混合，這樣實(shí)際上就可完全避免在氧化材料表面形成妨礙其快速熔化的金屬硬度(下面將這個(gè)過程稱為氧化材料的“鍍金3aMeTaΛΛNBaHNe現(xiàn)象)。這種方法將阻止氧化材料熔入碳素半成品內(nèi)和以其所含的非金屬雜質(zhì)來污染半成品，從而有助于改善鋼的質(zhì)量。
在碳素半成品放出一半時(shí)加入一定量的還原劑以及加入氧化材料將有助于還原過程的有效進(jìn)行，保證還原過程與出鋼過程一起結(jié)束可加速鋼的生產(chǎn)過程。
這一點(diǎn)將由含有合金元素的氧化材料以及造渣材料的快速熔化所決定。因此，在爐渣熔體中將與合金元素氧化物一起破壞一套酸性氧化物的化合物(包含在氧化材料的成分內(nèi))，從熱力學(xué)來看更堅(jiān)固的帶有酸性氧化物的堿性氧化物的化合物形成(包含在造渣材料的成分內(nèi))，其結(jié)果是提高合金元素在爐渣熔體中的活性和提高其還原程度。這會降低為得到規(guī)定成分鋼時(shí)還原劑的消耗，并使煉鋼過程的成本下降。
此外，從熱力學(xué)來看更堅(jiān)固的帶有酸性氧化物(它們包含在氧化材料的成分內(nèi))的堿性氧化物化合物的形成(它們包含在造渣材料的成分內(nèi))，由于防止了在鋼水中形成硅酸鹽非金屬雜質(zhì)，從而提高了成品鋼的質(zhì)量。
使用任何經(jīng)過熱處理的氧化材料都能防止在熔化過程中它與金屬熔體接觸時(shí)產(chǎn)生氣體，以及防止?fàn)t渣熔體起沫。在爐渣熔體中沒有被游離氧化物的氣體物質(zhì)有助于還原劑的有效利用，降低它與氣體游離成分中的氧氣相互作用時(shí)的損耗，有助于降低鋼生產(chǎn)過程的費(fèi)用，因?yàn)椴恍枰扇「纳苿趧訔l件的輔助措施和還原劑的不合理消耗。
利用在大約900℃至1250℃溫度下經(jīng)過預(yù)先熱處理的含有氧化材料的錳作為經(jīng)過預(yù)先熱處理的氧化材料最合理。進(jìn)入大多數(shù)大量使用鋼種中錳的含量在0.2至2.0%(重量)。這樣可以擴(kuò)大應(yīng)用本方法的可能性。
上述預(yù)處理溫度是有條件的，即在冶金領(lǐng)域使用的所有錳礦石的成分中，除了結(jié)合水分外，還有錳的碳酸鹽化合物及其他成分。因此此，在高溫冶金過程中使用所謂的“生”礦石將會排出氣體，而通常就是排出的氣體造成熔渣和鋼水濺出爐外和鋼水包外。使用在900℃以下溫度熱處理過的含錳氧化材料會造成還原劑消耗的增加，而在排出氣體的過程中它的損耗還會增大。這樣就會降低從爐渣熔體中還原錳的程度。此外，還會使鋼的成本增高并由于成品鋼中的非金屬雜質(zhì)含量過高而降低其質(zhì)量。
在900℃和900℃以上溫度進(jìn)行含錳氧化材料的熱處理能夠破壞包含在錳礦石中的所有碳酸鹽一類的礦物，并有助于錳過渡到氧化物時(shí)減少氧的含量，這會降低還原劑的消耗，提高錳的回收率，改善鋼的質(zhì)量和降低價(jià)格。
含錳氧化材料在1250℃溫度下進(jìn)行熱處理會形成難以還原的錳硅酸鹽，例如Mn2SiO4(錳橄欖石)或MnSiO3(薔薇輝石)。此外，提高熱處理溫度會增高所獲得材料的熔化溫度，這也會影響還原過程的完滿實(shí)現(xiàn)，促成非金屬雜質(zhì)對鋼的污染，即降低了鋼的質(zhì)量又提高了鋼的價(jià)格。
希望在生產(chǎn)沸騰鋼時(shí)，加入的含錳氧化材料量能保證在每一噸含碳半成品中加入2.3～3.9公斤錳即可。
現(xiàn)有的任何一種煉鋼爐(一般為吹氧轉(zhuǎn)爐或平爐)的沸騰鋼生產(chǎn)工藝都考慮熔煉出標(biāo)準(zhǔn)的(對于不同化學(xué)成分的所有成品鋼都相同的)碳素半成品，其含碳量為0.05～0.10%(重量)和含錳量為0.05～0.10%(重量)。將鋼精煉到要求的化學(xué)組成，一般是在鋼水包內(nèi)通過加入低含硅量的(硅含量不大于1.0%)含碳錳鐵，后者對于沸騰鋼來說，既是合金成分，又是脫氧成分。已確定，含碳錳鐵對于碳素半成品中所含的氧具有穩(wěn)定作用。
把錳與硅或鋁相比，它是一種較弱的脫氧劑。而它在沸騰鋼的生產(chǎn)中卻是能保證獲得高質(zhì)量成品鋼的眾多元素中最佳的一種。一般，沸騰鋼中的含錳量在0.25～0.40%(重量)。因此，往鋼水包中加入含錳材料量要保證能有2.30～3.90公斤的錳進(jìn)入每一噸碳素半成品中。當(dāng)錳的平均回收率在75%左右時(shí)，可以在成品鋼中得到所需的含錳量，以保證煉出質(zhì)高價(jià)廉的成品鋼。
當(dāng)在鋼水包中每一噸碳素半成品加入少于2.3公斤的錳時(shí)，在成品鋼中錳的含量將低于0.25%，這樣會造成鋼中的含氧量增高，使其在鋼錠模中的沸騰過程變差，會降低成品鋼的質(zhì)量，增大廢品量，同樣會使鋼價(jià)增高。
也不希望在鋼水包中每一噸碳素半成品中加入大于3.9公斤的錳，因?yàn)?，這樣會使?jié)沧⑶暗匿撍i量過高，而含氧量則過低，因而鋼水在鑄錠后沸騰不夠(“弱沸騰”)，其結(jié)果會使鋼錠在鋼錠模中的結(jié)晶過程惡化，造成軋材表面不佳，就是說，會降低成品質(zhì)量，廢品率增高，價(jià)格變貴。
希望在生產(chǎn)沸騰鋼時(shí)，能用鋁作為金屬還原劑，其加入量按加入鋁的重量比例要與進(jìn)入成品鋼中的錳相適應(yīng)，即(0.30-0.32)∶(0.95-1.05)。
根據(jù)鋁的物理化學(xué)性能，在使用得當(dāng)?shù)那闆r下，它是用于金屬熱處理還原過程最佳材料之一。鋁對氧的親合性比硅近得多，這將提高更充分地從爐渣熔體中回收合金元素。鋁氧化的產(chǎn)物是礬土，它比硅氧土對降低爐渣熔體中合金元素的活性方面好得多，硅氧土是硅氧化的產(chǎn)品。利用鋁作為還原劑與硅相比還能夠提高還原過程的熱處理程度，并且當(dāng)必要時(shí)可以補(bǔ)充向爐渣熔體中加入適當(dāng)?shù)脑煸牧?，如石灰，而不需再耗費(fèi)載熱體來熔化它。
鋁作為還原劑比一些元素，如鈣、鎂以及其他具有比鋁更好對氧親合性的元素，當(dāng)鋼水包內(nèi)金屬熔體具有合適的溫度，為1550～1620℃時(shí)，鈣與鎂的蒸汽張力很高，因此當(dāng)它們?nèi)刍瘯r(shí)會形成氣體物質(zhì)-鈣蒸汽和鎂蒸汽，它們還未來得及與含有合金元素的相應(yīng)氧化物中的氧起反應(yīng)，就從還原反應(yīng)區(qū)域中跑掉了。如果降低這種溫度下鈣與鎂的活性，則要大大將它在合金中稀釋，也就是說，必須向合金成分中加入壓載添加劑，如鐵或硅，其數(shù)量將近70-95%。在這種情況下，為了預(yù)熱和熔化壓載添加劑需要額外消耗熱量，這樣，還原過程的熱處理程度就降低了，意味著從爐渣熔體中充分回收合金元素的可能性降低了。
必須進(jìn)入沸騰鋼號成分中的元素為碳和錳，而特別不希望進(jìn)入的，除了一般有害雜質(zhì)，如硫和磷以外，就是硅和鋁。因此，在按推薦方法生產(chǎn)沸騰鋼時(shí)，鋁的消耗量要按加入鋁與進(jìn)入鋼中的錳的重量比例(0.30～0.32)∶(0.95～1.05)選擇。
這樣的消耗量能保證充分利用鋁來把爐渣熔體中的錳還原出來并且是本方法中的限制因素。當(dāng)鋁的消耗量低于0.30∶(0.95～1.05)時(shí)，將不能還原出煉沸騰鋼所需的錳的足夠數(shù)量。當(dāng)消耗量過大時(shí)，將有一部分鋁用于為金屬脫氧，這將會降低鋼中必要的含氧量。在上述兩種情況下澆注時(shí)，鋼將沸騰得不好，從而造成軋鋼時(shí)廢品率增加，使鋼的質(zhì)量下降，價(jià)格增高。
在沸騰鋼號中，錳的含量在0.20到0.45%之間，如含錳氧化材料的消耗低于下限時(shí)，會降低控制合金過程的可能性，因?yàn)樵谶@種情況下，錳氧化物的量將成為限制因素，而不是鋁，其結(jié)果將有兩種不太好的進(jìn)行合金化的方案或是較充分地將錳從爐渣熔體中回收，使鋼中的含錳量達(dá)到等于或大于0.20%，還原未能完全消耗掉的鋁將使鋼脫氧并使含氧量低于必需的值;或是讓錳還原到一般程度，使它在鋼中的含量低于必要的值。
過多消耗含錳材料不僅會增高鋼的價(jià)格，同時(shí)還會由于含錳量高，含氧量低，澆注后鋼水沸騰而不好而增加廢品率。
提出申請的鋁和錳的極限，即它們的比例關(guān)系為(0.30～0.32)∶(0.95～1.05)保證能獲得高質(zhì)量的鋼并且價(jià)格便宜。
在生產(chǎn)用鋁來進(jìn)行合金化的鋼時(shí)，用鋁作為金屬還原劑為好，其消耗量按加入的鋁與進(jìn)入可煉出的鋼中的錳的重量比，相應(yīng)為(0.30～0.32)∶(0.95～1.05)。在這種情況下，加入造渣材料最好是在加入還原劑-鋁之后，并在碳素半成品向鋼水包中出爐過程中完成，在碳素半成品出完后，每噸碳素半成品再補(bǔ)充加鋁0.45～0.85公斤并往熔體中吹入中性氣體。
對于以鋁進(jìn)行合金化的鋼制的冷沖壓件材料性能的主要要求是鋼板或帶鋼，在借助冷沖壓方法制造規(guī)定形狀和尺寸零件時(shí)對深拉伸或超深拉伸的適應(yīng)性，制造還要求下角料少和材料費(fèi)用低。這就要求金屬材料，要具有高延展性和整塊沖壓鋼板具有均勻的材質(zhì)，并且要求在鋼板軋制與零件沖壓這段時(shí)間性能不變。
從一些機(jī)械性能來看，對鋼材深拉性能影響最大的要算屈服極限值，尤其是屈服極限(σ1)與瞬時(shí)強(qiáng)度(σ2)之比。比值低，說明該鋼具有很大的塑性潛力。
眾所周知，如果 61/62 ≈0.6，就可認(rèn)為該鋼具有很好的深拉性能，如果 (61)/(62) ＝0.65-0.75-良好的深拉性能，而當(dāng) (61)/(62) ＞0.75時(shí)-深拉性能差。
改善鋼的延展性能取決最佳的化學(xué)組成，主要是錳和鋁的成分。
補(bǔ)充加入上述數(shù)量的鋁，可以保證在產(chǎn)品鋼中具有最佳錳和鋁的含量。這個(gè)含量可保證金屬具有最好的延展性。也就是說，在用這種鋼軋制和沖壓制品時(shí)廢品率很低。
申請的工藝保證能提高金屬質(zhì)量，成品率高，以及由于保證能在鋼中得到規(guī)定的鋁和錳的含量，而使金屬的成本降低。
在提出的方案中，為了使錳還原，使鋼水脫氧和合金化，須將鋁分兩批加入。
這樣，可以在加第二批鋁之前，使鋼水包內(nèi)的金屬氧化度穩(wěn)定。第一批鋁加入鋼水包之后，主要是進(jìn)行從含錳氧化材料中還原錳的反應(yīng)。這時(shí)，用于金屬脫氧過程的鋁比用于還原過程的鋁少得多。
這是因?yàn)椋瑺t渣中氧的含訊和在還原過程中消耗于鋁的氧化所消耗的氧，要比金屬中含有的大約多0.5～1倍。
如果設(shè)想，既或是錳的還原速度與金屬的脫氧速度相等，則那時(shí)在金屬中反應(yīng)所形成的鋁氧土的產(chǎn)物比重，將比爐渣與金屬分界線處，即在還原反應(yīng)區(qū)內(nèi)的比重大約小0.5-1倍，換句話說，在將第一批鋁加入鋼水包之后，金屬中的Al總的含量應(yīng)在微量水平。
錳還原后，要對鋼水吹惰性氣體，以便使熔化金屬中的錳和氧的化學(xué)成分進(jìn)行中和。
往熔體中補(bǔ)充加鋁以便使鋼水徹底脫氧并保證得到具有規(guī)定含鋁量的成品鋼。
碳素半成品放入鋼水包之后，從氧化物中還原合金元素的過程結(jié)束。從而造成用鋁為鋼進(jìn)行合金化創(chuàng)造有利條件。這是因?yàn)?，在往鋼水包?nèi)補(bǔ)充加鋁時(shí)，金屬實(shí)際上已完全脫氧，含氧值已與成品鋼的含氧值相符。因此，這時(shí)加入金屬內(nèi)的鋁只用于合金化。
加入的補(bǔ)充鋁少于0.45公斤/噸時(shí)，不能保證金屬的所需質(zhì)量，而加入多于0.85公斤/噸時(shí)，會造成鋼中的含鋁量過高，這種情況也是不希望的。向熔體吹中性氣體，可使補(bǔ)充加入的鋁能夠均勻地分布于金屬本體之中。
在加入第一批鋁之后加入造渣材料可提高錳在爐渣熔體中的活性，改善還原過程，保證成品鋼中的含錳量在很窄的范圍內(nèi)，改善成品鋼的質(zhì)量，降低用這種鋼軋制和沖壓制品時(shí)的廢品率。
推薦的工藝保證能提高所得鋼的質(zhì)量和由于能在成品鋼中得到規(guī)定的鋁及錳的含量而降低金屬的成本。
因此，使用推薦的方法來生產(chǎn)大量使用的鋼種，可以不用鐵合金就得到這種鋼，可以改善所得到鋼的質(zhì)量并降低其生產(chǎn)過程的費(fèi)用。
完成提出方法的良好方案。
用提出的方法可以得到具有下列成分重量比(%)的大量使用的鋼種碳-0.05～0.5，錳-0.25～2.5，鐵-所有余量。
此外，大量使用鋼種在本身的組成中還可含有下列元素，其重量
%為硅-0.6以下，鋁-0.08以下，鉻-2以下，礬-0.2以下，鈦-0.2以下及其他元素。
大量使用鋼種的生產(chǎn)方法如下作為煉鋼設(shè)備可以采用任何一種現(xiàn)有的爐，如平爐、電爐以及上頂吹氧和聯(lián)合吹氧、吹燃?xì)庋鯕饣旌衔铩⒋抵行院推渌麣怏w的轉(zhuǎn)爐。在煉鋼設(shè)備中熔煉碳素半成品，如具有下列化學(xué)成分(重量%)碳-0.05～0.3，錳-0.05～0.10，硅-微量，鋁-微量，硫-0.030以下，磷-0.030以下，鐵-所有余量。
選擇按提出的方法生產(chǎn)碳素半成品的煉鋼設(shè)備是要以對具體大量使用鋼種提出的要求為條件的，可以由鋼的生產(chǎn)工廠來決定。
在煉鋼設(shè)備中熔煉的碳素半成品出到鋼水包中，后者的容量應(yīng)與煉鋼設(shè)備的容量相適應(yīng)，或是與它成倍數(shù)關(guān)系。
在往鋼水包中的碳素半成品的過程中，要加入造渣材料，(石灰、白云石、螢石和/或其他)。
在出爐過程中，當(dāng)鋼水包內(nèi)注入0.25(按重量)以上，但不超過0.5時(shí)，將經(jīng)過預(yù)先熱處理的含有合金元素的氧化材料加入。
可以用含錳材料以及含鉻、含礬、含鈦及其他材料作為含有合金元素的氧化材料。這些材料可以根據(jù)熔煉鋼種規(guī)定的化學(xué)組成單獨(dú)放入，或是綜合加入。
含有合金元素的經(jīng)過預(yù)先熱處理的氧化材料，要在往鋼水包內(nèi)出完碳素半成品之前結(jié)束加料。
加完含合金元素的氧化材料之后，往鋼水包中加入還原劑，如，以鋁、鈣、硅、鈦及其他元素為基礎(chǔ)的合金。
往鋼水包內(nèi)加還原劑，要在出完碳素半成品之前結(jié)束。結(jié)果會得到具有要求化學(xué)組成的鋼。
使用經(jīng)過預(yù)先熱處理的氧化材料，可以完全防止鋼水包內(nèi)的爐渣熔體起沫，也可避免在碳素半成品出爐時(shí)金屬和爐渣飛濺。平穩(wěn)地進(jìn)行還原過程以及在經(jīng)過預(yù)先熱處理的氧化材料中完全沒有結(jié)合水分，可以顯著減少所得鋼中氫和氨有害氣體的含量，減少鋼中的非金屬雜質(zhì)(這些雜質(zhì)是在爐渣熔體起沫時(shí)形成的)，并因此可以改善成品鋼的質(zhì)量。
合金原素從加入鋼水包中的經(jīng)過預(yù)先熱處理材料中還原的過程不長，并隨著碳素半成品往鋼水包中出完而結(jié)束。這時(shí)，從氧化材料中進(jìn)到鋼內(nèi)的合金元素回收率可達(dá)到90～97%，大大超過使用鐵合金時(shí)的合金元素回收率。所有這些，都有助于降低鋼的成本。
當(dāng)出爐碳素半成品的重量超過0.25，但沒有超過0.5時(shí)，開始往鋼水包內(nèi)加入經(jīng)過預(yù)先熱處理的含合金元素的氧化材料，并在出完碳素半成品之前就結(jié)束加料。同樣，加入還原劑是在加氧化材料之后，在出完碳素半成品之前，可保證含有合金元素的氧化材料的熔化，還原劑的熔化與合金元素從爐渣熔體中還原的過程同時(shí)進(jìn)行。此外，這樣做可以強(qiáng)化合金元素從氧化材料中還原的過程和促使這個(gè)過程隨著往鋼水包內(nèi)出碳素半成品同時(shí)結(jié)束，這樣會降低鋼的成本和提高其質(zhì)量。
往鋼水包內(nèi)加入含有合金元素的預(yù)先經(jīng)過熱處理的氧化材料是在碳素半成品放出之后，但少于重量的0.25時(shí)，則會發(fā)生氧化材料的所謂“鍍金”現(xiàn)象，即在其表面上形成一層金屬硬皮。
這是因?yàn)?，開始往鋼水包內(nèi)出碳素半成品時(shí)，下落的碳素半成品液流具有較大的動能，從而在鋼水包內(nèi)形成強(qiáng)烈的碳素半成品對流，這就會將比碳素半成品密度小的材料(含合金元素的氧化材料)的材料帶入本體中去。當(dāng)氧化材料進(jìn)入碳素半成品本體內(nèi)時(shí)，就會在氧化材料的表面上形成一層金屬硬皮(“鍍金”現(xiàn)象)，這將會妨礙氧化材料的熔化。這樣會使氧化材料的熔化條件惡化，降低回收速度，使合金元素進(jìn)行還原反應(yīng)的條件變差。使還原過程很難控制。
此外，由于利用得不合理，造成增高還原劑損耗的條件，即有一部分還原劑消耗于同大氣中的氧氣相互作用上。
由于“鍍金”現(xiàn)象，使部分氧化材料在碳素半成品本體中熔化，使鋼被非金屬雜質(zhì)所污染并降低其質(zhì)量。
此外，由于“鍍金”現(xiàn)象，使一部分氧化材料不能參加還原過程，就是說，為了獲得所需化學(xué)組成的鋼種，必須增大含有合金元素的經(jīng)過預(yù)先熱處理的氧化材料的總消耗量。所有這些都會使鋼變得質(zhì)劣價(jià)昂。
在碳素半成品出完之后再往鋼水包內(nèi)加入含有合金元素的經(jīng)過預(yù)先熱處理的氧化材料，就會延長鋼的合金化過程。這是因?yàn)?，在這樣往鋼水包加入氧化材料，由于氧化成分和還原反應(yīng)的產(chǎn)物擴(kuò)散到反應(yīng)區(qū)去了，即由進(jìn)行反應(yīng)的運(yùn)動條件所引起的，運(yùn)動條件本身與一系列參數(shù)有關(guān)溫度、金屬和爐渣的混合以及其它。
為了提高從氧化材料中還原合金元素的速度，要求加速氧化材料的熔化，為此，就須增加熱消耗和載能體的額外消耗。需要附加進(jìn)行強(qiáng)烈的金屬混合以便加速使金屬產(chǎn)物，即合金元素退出反應(yīng)區(qū)以及使它們能在金屬中沿鋼水包的高度均勻分布。
為此，鋼水包必須裝有專門的金屬攪拌裝置，或是在專門的裝置中進(jìn)行這種混合以便將金屬精煉至規(guī)定的化學(xué)組成和溫度。
此外，延長鋼水包內(nèi)的合金化過程會增加還原劑的消耗，因?yàn)橐话銓?shí)際使用的還原劑的熔化溫度和密度低于含有合金元素的經(jīng)過預(yù)先熱處理的氧化材料，而它對氧的親合性比合金元素高。因此，加入鋼水包內(nèi)的還原劑比氧化材料熔化得快，在爐渣金屬熔體內(nèi)的局部濃度增高，這會使熔化的還原劑浮上爐渣熔體的表面和由于同空氣中的氧相互作用而燃燒。還原劑的一部分消耗于溶解在碳素半成品本體內(nèi)的氧的相互作用，從而增大了成品鋼中的非金屬雜質(zhì)含量并使其質(zhì)量下降。所有這些都使鋼的價(jià)格增高。
在碳素半成品出完之前往鋼水包內(nèi)加入還原劑，保證還原過程隨著碳素半成品出完而結(jié)束，可以得到高質(zhì)量的鋼。
如前面提到的，在碳素半成品出完之后往鋼水包內(nèi)加還原劑，會由于將還原過程變成動態(tài)，從而增大還原劑的消耗，而且使鋼被非金屬氧化雜質(zhì)污染，這將會降低鋼的質(zhì)量。
最好使用金屬還原劑作為還原劑。
選用金屬還原劑必須要以能在鋼的合金化過程中利用放熱狀態(tài)的含有合金元素的氧化材料為條件。鋼水在鋼水包內(nèi)進(jìn)行合金化過程的附加熱是用于加入鋼水包內(nèi)的氧化材料的預(yù)熱和熔化。
如果從氧化材料中還原合金元素的反應(yīng)吸收熱量(吸熱反應(yīng))時(shí)，則這時(shí)所缺的熱量必須用其他方法來彌補(bǔ)，例如在煉鋼設(shè)備中補(bǔ)充加熱碳素半成品，在鋼水包內(nèi)用電弧或其他方法加熱，使用往鋼水包內(nèi)加放熱混合物的辦法，或是其他方法。
但是，在煉鋼設(shè)備中補(bǔ)充加熱碳素半成品，不僅要多消耗載能體，如果是在吹氧轉(zhuǎn)爐中生產(chǎn)碳素半成品時(shí)，還要附加消耗生鐵，并會降低成品鋼的質(zhì)量。這是因?yàn)?，碳素半成品從煉鋼設(shè)備中放出之前提高其溫度勢必增加它的含氧量。而為了從碳素半成品中去掉附加的氧，就須消耗附加量的脫氧劑，這本身就會增加鋼中非金屬雜質(zhì)的量并使其質(zhì)量下降，同時(shí)要增高鋼的成本。
在鋼水包內(nèi)用電弧或其他方法對碳素半成品進(jìn)行補(bǔ)充加熱需要制造專用設(shè)備和附加消耗載能體(如電能)，這將使鋼變貴，在大量使用的鋼種生產(chǎn)中并不是都能收回的。
使用放熱混合物同樣也會使鋼變貴以及由于假加了非金屬雜質(zhì)(是放熱反應(yīng)的產(chǎn)物)的量，從而使鋼的質(zhì)量變差。
利用非金屬材料作還原劑是不太合適的，因?yàn)?，例如含碳材料在還原過程中將要吸收熱量，這會使鋼價(jià)貴質(zhì)差，而還原劑中有非金屬成分作為放熱添加劑，也是不合算的，正如上面所說，使用它們會使鋼價(jià)變貴，質(zhì)變差。
根據(jù)上面所說，在使用推薦的方法時(shí)，最好使用金屬還原劑，它不會給鋼帶來有害雜質(zhì)，如硫，因此在往鋼水包出完碳素半成品之后不須再對鋼補(bǔ)充進(jìn)行深脫硫。這有助于鋼降低成本。
在熔煉任何成分的錳鋼時(shí)，作為氧化材料要使用含錳氧化材料，它要預(yù)先在900～1250℃的溫度下進(jìn)行熱處理。
選擇這種含有合金元素-錳的氧化材料是有限制的，因?yàn)閷?shí)際上所有大量使用的鋼種成分中都有錳，其含量在0.25至2.5%的范圍內(nèi)。
熱處理制度為900～1250℃是從氧化材料中排除結(jié)合水分所必需。如上所述，水份的存在會在鋼水合金化過程中爐渣起沫，金屬和爐渣從鋼水包中外濺，以及增加成品鋼中有害氣體(如氫、氮)的含有量，而使鋼的質(zhì)量下降。
此外，含錳氧化材料在這種溫度進(jìn)行熱處理能夠破壞碳酸鹽化合物。這種化合物在含錳氧化材料中是存在的。上面已說過，它們就與結(jié)合水份一樣將助長爐渣起沫和金屬及爐渣飛濺，同時(shí)還會增加成品鋼中有害氣體(氮、氫)的含量及增加非金屬雜質(zhì)的數(shù)量。這會降低鋼的質(zhì)量以及由于必須采取補(bǔ)充精煉措施以去掉有害氣體和降低非金屬雜質(zhì)的量。
在溫度低于900℃時(shí)使用未經(jīng)熱處理或經(jīng)過熱處理的含錳氧化材料，含有MnO2(鐵錳礦)和Mn3O4(黑錳礦)形成的錳，同時(shí)在碳酸鹽形式的礦物成分中(MnCO3、CaCO3及其他)也有，當(dāng)把它們加入鋼水包時(shí)，氧化物及碳酸鹽成分開始分解，產(chǎn)生氣態(tài)-氧化碳和二氧化碳。氧化材料分解的氣態(tài)產(chǎn)物會使鋼水包內(nèi)的爐渣熔體起沫和有助于金屬和爐渣從鋼水包中濺出。此外，它們能使空氣中的氧進(jìn)入爐渣和金屬的熔體中，增加還原劑的消耗，增加成品鋼中的非金屬雜質(zhì)的量，使鋼的質(zhì)量變差和使成本增高。
在900℃以下溫度進(jìn)行含錳氧化材料的熱處理時(shí)，不能保證完全去掉結(jié)合水分。存在結(jié)合水分會使鋼的質(zhì)量變差，增加非金屬雜質(zhì)以及氮和氫的污染。
在1250℃以上的溫度進(jìn)行含錳氧化材料的熱處理也不合適，因?yàn)樵谶@種溫度下會產(chǎn)生氧化材料熔化，造成其物理和化學(xué)特性的改變，尤其是增高熔化溫度。這繼而會使鋼水包內(nèi)的還原過程延長并且會使碳素半成品往鋼水包中出完之后還在低效地進(jìn)行這個(gè)過程。
在生產(chǎn)沸騰鋼時(shí)，往鋼水包內(nèi)加入含錳氧化材料的數(shù)量應(yīng)能保證每一噸碳素半成品中有2.30～3.90公斤的錳進(jìn)入。
這樣可以獲得高質(zhì)量的鋼，具有規(guī)定含量的錳，能沿鋼水包的高度均勻分布并保證在鋼澆注入鋼錠模之后的正常沸騰，提高其成品率。
當(dāng)將含錳氧化材料的單位消耗量降低到每一噸碳素半成品用錳少于2.3公斤時(shí)，其成品鋼中的要求含錳量就會降低。含錳量在很大程度上是控制澆注前鋼中必要的含氧量，而后育本身又決定成品鋼的質(zhì)量。
所得到的鋼將具有過高的含氧量，澆注后沸騰不好，結(jié)果在鋼錠結(jié)晶時(shí)就會破壞鋼錠表層的形成過程，這也會影響軋材表面的質(zhì)量并提高廢品率。這時(shí)所生產(chǎn)的鋼是低質(zhì)量的。
每一噸碳素半成品的含錳氧化材料的單位消耗量超過3.9公斤時(shí)，將會增高成品鋼的含錳量，這意味著，在澆注前鋼水中的含氧量低于能保證金屬在鋼錠模中正常沸騰和獲得高質(zhì)量軋材的極限值。金屬的弱沸騰將不能保證排除鋼水中的非金屬雜質(zhì)和有害氣體，成品軋材的質(zhì)量下降，成本增高。
在熔煉沸騰鋼時(shí)曾用鋁作為還原劑，其消耗量是按進(jìn)入鋼水成分中的鋁和錳的重量比來選擇的，其比值相應(yīng)為(0.30、0.32)∶(0.95-1.05)。
往鋼水包內(nèi)加鋁是在碳素半成品出完之前結(jié)束的。
所選擇的鋁與錳的重量比是由生產(chǎn)沸騰鋼時(shí)，在鋼水包內(nèi)的還原過程的下列特點(diǎn)所制約。
還原過程很強(qiáng)烈，將氧化材料和還原劑的熔化同錳的還原過程重合，同樣，將還原過程的結(jié)束與往鋼水包內(nèi)出碳素半成品的終了重合，這樣可以合理地利用鋁。它實(shí)際上全部消耗在錳的還原上，而不與熔解在碳素半成品中的氧以及大氣中的氧相互作用。這樣，會由于在鋼的成分中排除了鋁與熔解在碳素半成品中的氧的產(chǎn)物-原始非金屬礬土的氧化物雜質(zhì)而提高沸騰鋼的質(zhì)量。再與合理利用鋁同時(shí)排除錳鐵合金參與合金化過程綜合起來將會使鋼的成本下降。
加入鋁的單位消耗量低于0.30∶(0.95～1.05)的成品鋼含錳量，就不足以得到沸騰鋼中的規(guī)定含錳量。這樣會造成鋼的氧化度過高，澆注后在鋼錠模中沸騰不好，增加廢品率和降低鋼的質(zhì)量。因此，為了提高沸騰鋼的質(zhì)量，在其成分中必須提高錳的含量。但是，采用往鋼水包內(nèi)加錳鐵合金的辦法來把鋼中的含錳量提高到所要求的化學(xué)成分將會使鋼的成本提高。
當(dāng)將加入鋁的單位消耗量提高到大于0.32∶(0.95～1.05)的成品鋼含錳量時(shí)，一部分鋁將消耗在同溶解在碳素半成品中的氧的相互作用上，從而使?jié)沧⒑蟮匿撳V模內(nèi)沸騰不夠，使成品鋼中鋁的氧化產(chǎn)物-原始非金屬礬土氧化雜質(zhì)的含量過高，成品鋼的質(zhì)量降低和成本增高。
在碳素半成品往鋼水包內(nèi)出完之后再往鋼水包內(nèi)加鋁的辦法也有類似的不良指標(biāo)。
在生產(chǎn)鋁合金鋼時(shí)，也要用生產(chǎn)沸騰鋼所采用的與錳的比例來使用鋁作為還原劑。在碳素半成品出完之后往鋼水包補(bǔ)充加入合每噸碳素半成品為0.45～0.85公斤的鋁。
補(bǔ)充加入的鋁是為獲得具有規(guī)定含鋁量的鋼的必要性所決定，同時(shí)也為鋁的合理消耗所制約。
隨著碳素半成品往鋼水包內(nèi)出完的同時(shí)結(jié)束從含錳氧化材料中還原錳的過程。因此，補(bǔ)充加入鋼水包的鋁主要用在鋼的合金化上。這就可以得到規(guī)定含鋁化學(xué)組成的鋼，并且由于對鋁的合理利用而避免鋼被非金屬礬土雜質(zhì)的污染，因而使鋼的質(zhì)量提高和價(jià)格下降。
在碳素半成品往鋼水包內(nèi)出完之后補(bǔ)充加入鋁的有效利用率為93-97%。
補(bǔ)充加鋁的消耗量低于0.45公斤/噸時(shí)，不能保證金屬的必要質(zhì)量，而加入量大于0.85公斤/噸時(shí)又會造成鋼的含鋁量過高，這也是不希望的。
在生產(chǎn)錳還原后再用鋁進(jìn)行合金化的鋼時(shí)，向金屬吹惰性氣體，如氬氣，以便中和熔化在金屬中錳和氧的化學(xué)成分。
在加入補(bǔ)充量的鋁之后向熔體吹氬氣可使鋁在鋼水中分布均勻，從而提高成品鋼的質(zhì)量，降低用此鋼軋制和沖壓制品時(shí)的廢品率。
在這種情況下，要在加入第一批鋁之后再加造渣材料。這有助于提高爐渣的堿性，增加錳在爐渣熔體中的活性，加速從氧材料中還原錳的過程。這樣可以保證成品鋼中的含錳量并能改善鋼的質(zhì)量。
具體應(yīng)用舉例例1.
鉻合金鋼的生產(chǎn)。
鋼的生產(chǎn)是在350噸的吹氧轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行，在鋼水包內(nèi)將金屬精煉至規(guī)定化學(xué)組成。
在表1中列舉了生產(chǎn)鉻合金的例子，其工藝參數(shù)，其中有的符合提出申請的工藝，有的超出申請工藝之外。
使用了具有下列化學(xué)成分的轉(zhuǎn)爐渣作為含鉻的氧化材料，其重量%為70.84-Cr2O3;12.13-FeO;9.35-Al2O3;5.94-SiO3;1.74-MgO。
造渣材料用石灰，其化學(xué)成分為(重量%)CaO-92;MgO-6.5和螢石。
用以鋁、稀土元素、硅、鈣或鈦基的合金作為金屬還原劑。還用碳作為非金屬還原劑。
含鉻材料在1600℃溫度下進(jìn)行了預(yù)先熱處理。
在轉(zhuǎn)爐得到碳素半成品后并當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1640℃時(shí)，將它在6分鐘時(shí)間內(nèi)放入具有耐火粘土包襯的鑄鋼鋼水包內(nèi)。
在將碳素半成品放入的過程中，當(dāng)放到鋼水包內(nèi)碳素半成品的重量為0.2至0.6時(shí)，往鋼水包內(nèi)加入含鉻氧化材料13.5噸，石灰-1.5噸和螢石-0.02噸。然后加入足以使鉻還原數(shù)量的還原劑。
合金化過程與往鋼水包內(nèi)出完鋼水同時(shí)結(jié)束。
然后將鋼水注入板坯連鑄機(jī)，板坯尺寸為250×1550毫米，然后將其軋成原10～30毫米的板材。
有關(guān)生產(chǎn)方法的技術(shù)參數(shù)列于表1中。
獲得的金屬非金屬雜質(zhì)含量等級低，這就證明金屬具有比一般方法煉出的金屬更高的質(zhì)量。
表1中所舉實(shí)例中，其區(qū)別就在于還原劑的選擇，有稀土元素、硅、鈣或鈦基的合金。也同樣采用了非金屬還原劑-碳。
此外，在這些實(shí)例中，根據(jù)放入鋼水包中碳素半成品數(shù)量的不同采用了氧化材料不同的加入方法。
這些實(shí)例的技術(shù)參數(shù)列于表1中。
違背了加入氧化材料和還原劑時(shí)間的申請?zhí)攸c(diǎn)，就會得不到規(guī)定的化學(xué)成分，以致會使金屬質(zhì)量變差。采用非金屬還原劑(碳)從氧化材料中回收合金元素(鉻)的回收率低并會造成金屬的碳化，以致鋼的質(zhì)量變差。
從表1中可以看出，用本申請方法生產(chǎn)的大量使用鋼種(爐號2、3、4)都具有最佳效果，其成品鋼的非金屬雜質(zhì)污染最少，合金元素的回收率很高。
例2.
生產(chǎn)鎮(zhèn)靜鋼。
鎮(zhèn)靜鋼的生產(chǎn)是在350噸的吹氧轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行，而精煉到規(guī)定化學(xué)組成是在鑄鋼鋼水包內(nèi)進(jìn)行。
表2中列舉了13個(gè)生產(chǎn)鎮(zhèn)靜鋼的實(shí)例，其工藝參數(shù)有的與申請工藝相符，有的超過了申請工藝之外。

用下列化學(xué)成分的含錳氧化材料作為含有合金元素-錳的氧化材料，其重量%為MnO-54.8;SiO2-18.0;Fe2O3-2.3;Al2O3-3.0;CaO-5.0;MgO-2.1;C-2.2;P-0.05;S-0.015;其他次要混合物-12.435。
氧化材料是在800至1350℃的溫度進(jìn)行的預(yù)先熱處理。
在煉好碳素半成品并達(dá)到1645℃溫度后將它放入帶有耐火粘土包襯的鑄鋼鋼水包。
根據(jù)碳素半成品在鋼水包內(nèi)的充滿程度，從碳素半成品重量的0.2至0.6時(shí)加入含錳材料4.0噸，石灰-1.1噸，螢石-0.15噸，鋁合金-0.82噸和含硅65%的硅鐵-1.0噸。
用錳對鋼進(jìn)行合金化過程是與往鋼水包中出完鋼是同時(shí)完成，進(jìn)行了不超過4分鐘。
獲得的鋼水注入板坯連鑄機(jī)，出來的板坯又軋制成20毫米厚的板材。
從氧化材料到成品鋼的錳直接回收率為94.5%。
成品金屬的非金屬雜質(zhì)污染程度按每種雜質(zhì)的6個(gè)樣品的平均等級確定，結(jié)果平均等級是氧化物-1.4;硫化物-1.8;硅酸鹽-1.9;而用錳鐵合金進(jìn)行合金化的鋼，相應(yīng)為3.4;4.4;2.8。
這樣，可從表2中看出，利用推薦的方法獲得了高質(zhì)量的鋼。同時(shí)，這種鋼的成本還由于合理利用了氧化材料中的錳以及還原劑，實(shí)際上沒有它與大氣中的氧相互作用所造成的損耗，而降低了。
此外，從表2中看到，當(dāng)違背了申請工藝時(shí)，所得到的鋼的工藝參數(shù)就差。
實(shí)例爐號2、3、4、12、13是符合申請方法的工藝參數(shù)的。在這些實(shí)例中，得到了鋼的最佳質(zhì)量指標(biāo)，即成品鋼被非金屬雜質(zhì)污染程度最低，從氧化材料中錳的回收率很高。
例3含鈦鎮(zhèn)靜鋼的生產(chǎn)方法含鈦鎮(zhèn)靜鋼的生產(chǎn)方法是在350噸吹氧轉(zhuǎn)爐上完成的，在鋼水包內(nèi)精煉至規(guī)定的化學(xué)組成。
表3中列舉了12個(gè)生產(chǎn)含鈦鎮(zhèn)靜鋼的實(shí)例，其工藝參數(shù)有的符合申請工藝，有的超出申請工藝的范圍。
表3(續(xù))
在所有舉例中，碳素半成品和成品綱中的其余部分為鐵。
用錳和鈦進(jìn)行合金化是一起實(shí)現(xiàn)的。
作為合金化材料使用了下列氧化材料1.預(yù)先經(jīng)過熱處理的含錳氧化材料，即例2中所用的那種;
2.鈦氧化材料具有下列化學(xué)成分，重量%TiO2-48.55;SiO2-0.6;MnO-2.65;FeO-20.0;Fe2O3-28.2。
這種氧化材料是在800℃的溫度下進(jìn)行預(yù)先熱處理的。
造渣材料和金屬還原劑與上述例子中所用的相同。
在轉(zhuǎn)爐獲得具有1630℃溫度的碳素半成品后，將它放入具有耐火粘土包襯的鋼水包內(nèi)。
在碳素半成品往鋼水包內(nèi)出到總重量的0.2至0.6之后，加入氧化材料含錳氧化材料-12噸，含鈦氧化材料-1.15噸石灰-1.5噸;螢石-0.2噸和還原劑-3.5噸。
獲得的鋼水注入連續(xù)鑄坯機(jī)，然后軋制成厚10毫米的板材。
從板材進(jìn)行采樣研究，研究表明，當(dāng)違反了申請工藝和申請方法參數(shù)時(shí)，非金屬雜質(zhì)對鋼的污染程度幾乎增高一倍并且與用鐵合金處理鋼相近。非金屬相的含量降低決定所得到的金屬質(zhì)量很高，合金元素的回收率高決定所得鋼的價(jià)格低。
從表3中看到，在例中爐號2、3、4、11、12取得了最佳的所得鋼的質(zhì)量指標(biāo)，即成品鋼被非金屬雜質(zhì)的污染度最低;從氧化材料中回收的錳和鈦的回收率高。這些熔煉是符合申請方法的。
例4
沸騰鋼的生產(chǎn)方法。
沸騰鋼的生產(chǎn)方法是在150噸的吹氧轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行的，在鋼水包內(nèi)將鋼精煉到規(guī)定的化學(xué)組成。使用了含錳氧化材料，與例2相同。
表4中列舉了18個(gè)生產(chǎn)沸騰鋼的例子，其工藝參數(shù)有的符合申請工藝，有的超出申請工藝的范圍。

表4(續(xù))
在所有舉例中，碳素半成品和成品鋼化學(xué)組成中的其余部分為鐵。
含錳氧化材料在加入鋼水包之前在800至1350℃的溫度下預(yù)先經(jīng)過熱處理。
在轉(zhuǎn)爐內(nèi)得到碳素半成品并達(dá)到1600℃溫度之后，將它在6分鐘內(nèi)放入帶有耐火粘土包襯的鋼水包內(nèi)。
當(dāng)碳素半成品在鋼水包內(nèi)充滿到總重量的0.2至0.6時(shí)，往鋼水包內(nèi)放入了0.71至1.52噸的含錳氧化材料，這保證了有2.0至4.3公斤的錳進(jìn)入每噸金屬中，加入了0.5噸石灰，0.025噸螢石和鋁合金，其數(shù)量是保持鋁與錳的比例所必須的，其范圍列于表4。
往鋼水包出完鋼時(shí)，其化學(xué)組成列于表4。
從表4中可以看出，在申請參數(shù)和工藝范圍內(nèi)，得到了高質(zhì)量的鋼。
從含錳氧化材料到成品鋼的錳回收率約80%。沒有使用錳鐵合金。
這樣一來，在生產(chǎn)沸騰鋼時(shí)不需使用錳鐵合金了，使錳的損耗降低12-15%，也就是生產(chǎn)鐵合金時(shí)和在鋼水包內(nèi)用它使鋼合金化所形成的損耗。
將獲得的鋼水澆鑄成重16.7噸的鋼錠。
對成品軋材(厚2毫米的鋼板)的表面及機(jī)械特性評價(jià)表明，軋制過程中的廢品率降低了21%。
從表4中看出，爐號第2、3、4、11～18的工藝參數(shù)都符合申請方法。在這些實(shí)例中都得到了很高的錳的回收率。
例5含礬沸騰鋼的生產(chǎn)方法含礬沸騰鋼的生產(chǎn)方法是在250噸吹氧轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行的，在鑄鋼桶內(nèi)將其精煉至規(guī)定化學(xué)組成。
表5中列舉出18個(gè)含礬沸騰鋼的生產(chǎn)實(shí)例，其工藝參數(shù)有的符合申請工藝，有的超出了申請工藝的范圍。
利用從氧化材料中還原的辦法用錳和礬進(jìn)行合金化。
為此，利用了在800至1100℃溫度下進(jìn)行過預(yù)先熱處理的含錳氧化材料和含礬氧化材料，其組成為(重量%)V2O5-85.23;SiO2-2.5;Fe2O3-7.0;Al2O3-0.4;CaO-2.1;MgO-0.6;TiO2-1.8;P-0.07;S-0.3，經(jīng)過在1600℃溫度下處理的。
造渣材料與還原材料使用了與例2中相同的材料。
在轉(zhuǎn)爐中得到碳素半成品和達(dá)到1635℃溫度后，將它放入帶耐火粘土包襯的鋼水包內(nèi)。
當(dāng)碳素半成品往鋼水包內(nèi)出到重量的0.2至0.6時(shí)，加入含礬氧化材料1.2至2.5噸，這樣保證了能在每噸半成品中收進(jìn)2.0和4.3公斤的錳，加入0.8噸石灰，0.06噸螢石和鋁合金，其數(shù)量應(yīng)符合表5中給出的鋁與錳的比例。
出完后在鋼水包內(nèi)得到了鋼，其化學(xué)組成列于表5。
礬的回收率為89%，錳-90.6%。在煉鋼時(shí)沒有使用錳鐵和礬鐵合金。
得到的鋼水注入重8.17噸的鋼錠模，然后把鋼錠軋制成型鋼毛坯。表面質(zhì)量評價(jià)表明，廢品率降低了25%。
合金元素從氧化材料中的回收率很高，從而使鋼的成本降低。
爐號2、3、4、11-18的實(shí)例符合申請方法的工藝參數(shù)。在這些實(shí)例中得到了最佳的金屬質(zhì)量指標(biāo)，即錳和礬從氧化材料中的回收率很高。
例6。
鋁合金鋼的熔煉方法。
鋁合金鋼的生產(chǎn)是在350噸的吹氧轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行的，在鋼水包內(nèi)將鋼精煉到規(guī)定的化學(xué)組成。
表6中列舉了14個(gè)生產(chǎn)鋁合金鋼的實(shí)例，其工藝參數(shù)有的符合申請工藝，有的超出了申請工藝的范圍。
在所有的舉例中，碳素半成品和成品鋼中的其余部分為鐵。
使用了實(shí)例4中所用的同樣材料。
含錳氧化材料是在800至1100℃溫度下經(jīng)過熱處理。
在轉(zhuǎn)爐中得到碳素半成品和達(dá)到1650℃溫度后，將它放入鋼水包。
當(dāng)碳素半成品往鋼水包內(nèi)出到總重量的0.2至0.6之后，加入含錳氧化材料2.3噸，石灰-0.6噸，螢石-0.08噸和鋁合金0.68噸。
碳素半成品出完后，往鋼水包內(nèi)加入鋁合金，鋁的單位消耗量為每噸碳素半成品0.4～0.9公斤。
得出鋼的化學(xué)組分列于表6。
鋼從含錳氧化材料中的錳回收率為93%，鋁-94%。用錳對鋼進(jìn)行合金化的過程隨著碳素半成品往鋼水包內(nèi)出完而結(jié)束。
得到的是高質(zhì)量鋼。它的機(jī)械特性可以證明這一點(diǎn)σ1＝21.0公斤/毫米2;σ2＝33.0公斤/毫米2，式中σ1-屈服極限;σ2-瞬時(shí)強(qiáng)度。
錳和鋁的回收率高使鋼的價(jià)格由于材料的合理利用而降低。
從表6中可見，在申請參數(shù)與工藝的范圍內(nèi)利用推薦的方法可使金屬具有最佳質(zhì)量指標(biāo)，在從氧化材料中錳的回收率很高(爐號2-4;11-14)的情況下，成品鋼具有最佳的機(jī)械特性比例。
因此，從列舉的實(shí)例及其附表可以看出，利用本發(fā)明可以不用鐵合金而得到大量使用的合金鋼。
利用推薦的發(fā)明可以加速從氧化材料中還原合金元素的過程并在往鋼水包內(nèi)出完碳素半成品時(shí)就能得到成品鋼。這樣可以提高煉鋼設(shè)備的生產(chǎn)率和不需要鋼的附加爐外處理，以改善其質(zhì)量。
此外，由于消除了熔化金屬和爐渣從鋼水包內(nèi)噴出與飛濺，以及顯著減少向周圍環(huán)境中散發(fā)鋼在脫氧與合金化時(shí)的氣體物質(zhì)，從而大大改善工作人員的勞動條件。
利用推薦的方法可改善所得鋼的質(zhì)量和降低生產(chǎn)過程的成本。
權(quán)利要求
1.大量使用鋼種的生產(chǎn)方法，包括在煉鋼設(shè)備中熔煉碳素半成品，將它放入鋼水包內(nèi)，往鋼水包內(nèi)加入造渣材料、還原劑和含有合金元素的經(jīng)過預(yù)先熱處理的氧化材料，其特點(diǎn)在于，加入經(jīng)過預(yù)先熱處理的氧化材料是在碳素半成品出到不少于總重的0.25，但不大于0.5時(shí)開始，在碳素半成品出爐過程中進(jìn)行并在碳素半成品出爐完了之前結(jié)束。這時(shí)，加入還原劑要在加入經(jīng)過預(yù)先熱處理的氧化材料之后進(jìn)行并在碳素半成品出爐終了之前結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，本方法的特征在于，將在900℃左右至1250℃左右的溫度下進(jìn)行過預(yù)先熱處理的含錳氧化材料作為經(jīng)過預(yù)先熱處理的氧化材料使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2，本方法的特點(diǎn)在于，生產(chǎn)沸騰鋼時(shí)，加入含錳氧化材料的數(shù)量應(yīng)保證能有2，30～3，90公斤的錳進(jìn)入每噸碳素中成品。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3，本方法的特點(diǎn)在于，在生產(chǎn)沸騰鋼時(shí)利用鋁作為還原劑，其消耗量要根據(jù)加入的鋁與進(jìn)入所得鋼內(nèi)的錳的重量比，相應(yīng)為(0.30-0.32)∶(0.95-1.05)來選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求2，本方法的特點(diǎn)在于，在生產(chǎn)用鋁進(jìn)行合金化的鋼時(shí)，用鋁作為還原劑，其消耗量要根據(jù)加入的鋁與進(jìn)入所得鋼內(nèi)錳的重量比，相應(yīng)為(0.30-0.32)∶(0.95-1.05)來選擇。這時(shí)，加入造渣材料要在加入作為還原劑使用的鋁之后開始并碳素半成品向鋼水包出爐過程中進(jìn)行，碳素中半成品出爐結(jié)束后，補(bǔ)充加入每噸碳素半成品0.45-0.85公斤的鋁并向熔體吹以中性氣體。
全文摘要
本發(fā)明包括在煉鋼設(shè)備內(nèi)熔煉碳素半成品，將其注入鋼水包內(nèi)，往鋼水包內(nèi)加造渣材料、還原劑和含有合金元素并經(jīng)預(yù)先熱處理的氧化材料。這時(shí)，上述氧化材料在碳素半成品出爐不少于其總重量的0.25，但不小于0.5時(shí)開始加入，在上述半成品出爐的過程中進(jìn)行并在碳素半成品出爐完畢時(shí)結(jié)束。還原劑是在加入上述氧化材料之后加入并在碳素半成品出爐結(jié)束前完成。
文檔編號C21C5/00GK1042735SQ88107940
公開日1990年6月6日 申請日期1988年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月18日
發(fā)明者安多拉亞克夫拉維奇南科尼奇, 曼尼特亞克斯博諾維奇多拉姆比克夫, 亞歷山大高格維奇博諾馬恩科, 弗拉基米爾尼克拉夫維奇-拉德凱恩克, 亞歷山大亞歷克維奇布魯揚(yáng)德, 弗拉基米爾格瑞哥維奇米茨恩, 凱恩蒂薩南多維奇吉薩拉林, 吉瑞弗多羅維奇瓦亞烏金 申請人:頓茨克工業(yè)大學(xué)