一种真空感应炉冶炼含锰钢控制锰含量的方法 【技术领域】
本发明涉及一种真空感应炉冶炼含锰钢控制锰含量的方法。背景技术 锰是炼钢常用的合金元素， 由于锰的蒸汽压较高， 在高真空状态下会引起大量挥 发， 现有的真空感应炉冶炼钢水控制锰含量的方法主要有两种， 一种是使用纯铁作为原料， 纯铁熔化后在精炼末期加入金属锰或电解锰， 这种方法的不足之处是不能使用含锰废钢作 为炉料， 增加冶炼成本 ； 另一种是使用含锰钢， 再在精炼末期补加锰， 原料中锰的挥发损失 较大， 最高可达 80％， 而且挥发量与原料中锰含量、 原料成分、 熔炼温度及真空度等诸多因 素有关， 原料中锰回收率小于 50％， 成品锰很难精确控制。
发明内容 为了克服现有真空感应炉冶炼钢水控制锰含量的方法的上述不足， 本发明提供一 种利用废钢冶炼而且锰回收率高的真空感应炉冶炼钢水的控制锰含量的方法
本发明的技术方案是在真空感应炉冶炼含量锰钢时， 根据钢液中锰挥发机理， 创 造有利于提高锰元素回收率的工艺因素， 先抽真空到 2-3Pa， 炉料开始熔化时向炉内充入惰 性气体氩气或氮气， 最小充气压强按下式计算 ： 0
lg PMn ＝ AT-1+BlgT+TC×10-3+D (1) 0
其中， PMn - 纯物质蒸气压， 单位为 mmHg(×0.133KPa)， A ＝ -14520， B ＝ -3.02， C ＝ 0， D ＝ 19.24
大于计算的该钢种精炼温度下的锰蒸汽压， 直到炉料全部熔化， 精炼、 出钢。原料 中锰回收率达 90％ -95％。
本真空感应炉冶炼含锰钢控制锰含量的方法包括下述依次的步骤 ：
I 装料
把清洁干燥的含量锰废钢、 铁合金装入真空感应炉。
II 关闭炉盖抽真空
关闭炉盖， 抽真空 12-16 分钟， 当炉内压强不大于 10Pa 时， 送电加热炉料。
III 充气
当炉内压强≤ 2.0Pa 时， 观察炉料发红开始熔化前， 关闭真空泵， 停止抽真空， 并 向炉内充入氩气或氮气， 充气的最小压强按下 (1) 式计算 ： -1 0
lg PMn ＝ AT +BlgT+TC×10-3+D (1) 0
其中， PMn - 纯物质蒸气压， 单位为 mmHg(×0.133KPa)， A ＝ -14520， B ＝ -3.02， C ＝ 0， D ＝ 19.24
PMn ＝ aMn×PMn0 ＝ rMn×NMn×PMn0 (2)
式中， PMn- 钢液中 Mn 的蒸气压， 单位 mmHg(×0.133KPa)，
aMn- 钢液中 Mn 的活度， 单位 mmHg(×0.133KPa)。
rMn- 锰的活度系数
NMn- 锰的摩尔分数浓度
钢液中 NMn 总小于 1， rMn 小于 1， 所以钢液中锰的蒸气压 PMn 总小于 PMn0。
在通常的炼钢温度下， 即 T ＝ 1600℃时， 由式 (1) 计算得 PMn0 ＝ 40.7mmHg ＝ 5000Pa
所以充入氩气或氮气压力大于纯物质锰的蒸气压 5000Pa 即可。
IV 熔化炉料
熔化速度≤ 1/2 炉最大容量 / 小时。
V 精炼
装入坩埚内的固体原料全部熔化成钢水， 在氩气或氮气气氛下精炼， 精炼时间 18-22 分钟， 一般为 20 分钟。
VI 合金化
在氩气的保护下， 调整锰成分之外的其它成分符合冶炼钢种的要求后， 按计算出 的需要补加的电解锰加入真空感应炉内进行冶炼。
精炼结束后， 出钢浇注， 采用直接浇注的方式浇注。
本真空感应炉冶炼含锰钢控制锰含量的方法是在真空感应炉中 ( 极限真空度 6。 -2 67×10 Pa)， 加入含锰废钢作原料， 先抽真空使炉内真空管度至 2-3Pa， 同时送电加热炉料， 在炉料表面发划而尚未熔化时， 向炉内冲入氩气或氮气， 并且保持相同氩气或氮气压力到 出钢浇注结束。最小气压强按 (1) 与 (2) 式计算， 原料中锰的回收率达 90％ -95％。炉料 开始熔化前抽真空到 2-3Pa， 可充分去除坩埚和原料所含的水、 气和炉内空气， 避免米料中 锰及其它元素的氧化损失。
本发明可使用含锰废钢作为原料冶炼含锰钢， 成本较低。 本发明方法简单可靠， 通 过在炉料熔化、 精炼过程上中向炉内充入一定压力的氩气或氮气， 避免了炉料中锰元素的 挥发， 提高炉料中锰回收率。
具体实施例方式
下面结合实施例详细说明本真空感应炉冶炼含锰钢控制锰含量的方法的具体实 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
设备采用 200kg 高真空感应炉 ： 极限真空度为 6.67×10-2Pa， 电源功率为 250KW， 频 率为 2500HZ， 装炉量 102.34kg。
钢种 ： 耐热不锈钢 EQ309L
本发明冶炼一炉 EQ309L 钢需要废钢、 合金重量见表 1， EQ309L 成分的标准成分和 控制目标见表 2。
表1
原料种类 加入量 (kg)
4 308 废钢 90.0 电解锰 0.45 金属铬 6.96 镍豆 4.8 铌铁 0.06 特硅 0.07表2CN 102477475 A说Si％ ≤ 0.45 0.20 Mn％明书Cr％ 23.45/24.5 23.5 Ni 12.5/13.0 13.4 Nb3/6 页C％ 标准成分 控制目标 ≤ 0.015 ≤ 0.0101.5/1.20 1.80≤ 0.05 0.04本实施例的步骤如下 ：
I 装料
把清洁干燥的 308 废钢、 金属铬、 镍豆、 铌铁装入真空感应炉内， 特硅、 电解锰放入 合金料斗。
II 关闭炉盖抽真空
关闭炉盖， 抽真空 13 分钟， 当炉内压强不大于 10Pa 时， 送电加热炉料。
III 充气
当炉内压强达 1.5Pa 时， 在炉料发红开始熔化前， 关闭真空泵， 停止抽真空， 并向 4 炉内充入氩气， 充入氩气压力 10 Pa。
IV 熔化炉料
熔化速度≤ 1/2 炉最大容量 / 小时。
V 精炼
装入坩埚内的固体原料全部熔化成钢水， 在氩气气氛下精炼， 精炼时间 20 分钟。
VI 合金化
在氩气的保护下， 依次向炉内加入特硅、 电解锰， 钢液的成分达表 3 的要求即可出 钢 ( 其余为 Fe 与不可避免的杂质 )。
精炼结束后， 出钢浇注， 采用直接浇注的方式浇注。 成品钢的化学成分的质量百分 配比见表 3， 其余为 Fe 与不可避免的杂质。
表3
C％ 控制目标 0.010 Si％ 0.15 Mn％ 1.85 Cr％ 23.87 Ni 13.15 Nb 0.035原料中锰的回收率 95.9％。
实施例二
设备采用 200kg 高真空感应炉 ： 极限真空度为 6.67×10-2Pa， 电源功率为 250KW， 频 率为 2500HZ， 装炉量 101.56kg。
钢种 ： TDL-3
本发明冶炼一炉 TDL-3 钢需要 TDL-1 返回废钢 ( 成分见表 4)、 合金重量见表 5， TDL-3 成分的标准成分和控制目标见表 6。
表 4 ( 重量百分比 )
5CN 102477475 A C％ 0.011
原料种类 加入量 (kg)
C％ 标准成分 控制目标 ≤ 0.020 0.015 Si％ ≤ 0.3 0.20说Si％ 0.26 Mn％ 13.69明书Cr％ 13.32 Ni 4.22 Cu 3.084/6 页表5TDL-1 废钢 75.0 电解铜 1.3 金属铬 3.75 镍豆 1.51 纯铁 20.0表6( 重量百分比 )Mn％ 8.0/12.5 9.0 Cr％ 13.0/15.5 13.5 Ni％ 3.5/6.5 4.2 Cu％ 2.5/3.5 3.2本实施例的步骤如下 ：
I 装料
把清洁干燥的 TDL-3 废钢、 纯铁、 金属铬、 镍豆装入真空感应炉内， 电解铜放入合 金料斗。
II 关闭炉盖抽真空
关闭炉盖， 抽真空 15 分钟， 当炉内压强不大于 10Pa 时， 送电加热炉料。
III 充气
当炉内压强达 1.8Pa 时， 在炉料发红开始熔化前， 关闭真空泵， 停止抽真空， 并向 炉内充入氩气， 充入氩气压力为 8000Pa。
IV 熔化炉料
熔化速度≤ 1/2 炉最大容量 / 小时。
V 精炼
装入坩埚内的固体原料全部熔化成钢水， 在氩气气氛下精炼， 精炼时间 20 分钟。
VI 合金化
在氩气的保护下， 向炉内加入电解铜。钢液的成分达表 6 的要求即可出钢 ( 其余 为 Fe 与不可避免的杂质 )。
精炼结束后， 出钢浇注， 采用直接浇注的方式浇注。 成品钢的化学成分的质量百分 配比见表 7， 其余为 Fe 与不可避免的杂质。
表7
C％ 控制目标 0.017 Si％ 0.21 Mn％ 9.35 Cr％ 13.41 Ni 6.19 Cu 3.38原料中锰的回收率 92.3％。
实施例三
设备采用 200kg 高真空感应炉 ： 极限真空度为 6.67×10-2Pa， 电源功率为 250KW， 频 率为 2500HZ， 装炉量 101.0kg。
钢种 ： 双相不锈钢 S32906
本发明冶炼一炉 S32906 钢需要 304L 返回废钢 ( 成分见表 8)、 合金重量见表 9， S32906 成分的标准成分和控制目标见表 10。
表 8 ( 重量百分比 )
C％ 0.022
原料种类 加入量 (kg)
C％ 标准成分 控制目标 ≤ 0.030 ≤ 0.030 Si％ ≤ 0.50 0.40 Mn％ 0.8/1.5 1.30 Cr％ 28.0/30.0 29.0 Ni％ 5.8/7.5 6.40 N 0.3/0.4 0.35 Mo 1.5/2.6 2.0 Cu％ 2.5/3.5 3.2Si％ 0.50Mn％ 1.89Cr％ 18.18Ni 8.05Mo 0.05Cu 0.21表9304L 68.0 氮化铬铁 4.1 金属铬 15.80 氮化锰 0.75 钼铁 3.30 镍豆 1.10 纯铁 10.0表 10( 重量百分比 )本实施例的步骤如下 ：
I 装料
把清洁干燥的 304L 废钢、 纯铁、 金属铬、 镍豆、 钼铁装入真空感应炉内， 电解铜放 入合金料斗。
II 关闭炉盖抽真空
关闭炉盖， 抽真空 15 分钟， 炉内压强不大于 10Pa 时， 送电加热炉料。
III 充气
当炉内压强达 1.5Pa 时， 在炉料发红开始熔化前， 关闭真空泵， 停止抽真空， 并向 4 炉内充入氮气， 充入氮气压力为 5×10 Pa。
IV 熔化炉料
熔化速度≤ 1/2 炉最大容量 / 小时。
V 精炼
装入坩埚内的固体原料全部熔化成钢水， 在氮气气氛下精炼， 精炼时间 20 分钟。
VI 合金化
在氮气的保护下， 向炉内加入氮化铬铁、 电解铜。钢液的成分达表 11 的要求即可 出钢 ( 其余为 Fe 与不可避免的杂质 )。原料中锰的回收率 95.3％。
精炼结束后， 出钢浇注， 采用直接浇注的方式浇注。 S32906 成品钢的化学成分的质 量百分配比见表 11， 其余为 Fe 与不可避免的杂质。
表 11
C％ 0.025 Si％ 0.41 Mn％ 1.23 Cr％ 28.99 Ni％ 6.40 N 0.33 Mo 2.07 Cu％ 0.118