钢的熔炼方法及钢筋的生产方法 【技术领域】
本发明涉及炼钢领域， 特别涉及一种钢的熔炼方法及钢筋的生产方法。背景技术 近年来， 国家对建筑物的强度要求越来越高。钢筋是为建筑提供强度保证的重要 部件， 由此考虑， 提高建筑物的强度可以从两方面入手 ： 一方面是增加钢筋的用量 ； 另一方 面是提高钢筋的强度等级。但从节约资源共建节约型社会考虑， 提高钢筋的强度等级是提 高建筑物强度的重要途径。
传统的钢筋生产工艺通常包括 ： 将铁矿石进行烧结后转入高炉中进行炼铁冶炼， 将冶炼后的铁水倒入转炉中进行炼钢冶炼， 然后将冶炼后的钢水进行浇铸、 轧制后进行轧 后余热处理， 得到钢筋。
现有的钢筋生产工艺中， 为了提高钢筋的强度， 通常是在炼钢的冶炼工序走微合 金化的技术路线， 微合金化的技术路线是指在炼钢冶炼的后期， 在出钢之前向钢水中加入 含有 V、 Ti 或 Nb 的合金， 使得钢筋在原有的主加合金元素的基础上增加微量的 V、 Ti 或 Nb 元素， 利用 V、 Ti、 Nb 等元素的细化晶粒和沉淀硬化的作用改善钢的机械性能。由于钒、 钛和 铌均为稀缺金属， 因此上述合金价格较为昂贵， 同时上述贵重合金在炼钢的冶炼环节难免 发生氧化， 因此只有部分合金进入钢水中起到合金强化作用， 钢水中上述合金的收得率较 低， 为了保证钢筋的强度， 就需要进增大合金用量， 由此造成钢筋的生产成本居高不下。
因此， 需要提供一种降低合金用量的钢筋生产方法， 用以降低生产高强度钢筋的 生产成本。
发明内容 本发明解决的技术问题在于提供一种钢的熔炼方法及钢筋的生产方法， 按照上述 方法生产钢筋可以降低钒钛等贵重合金的用量， 并同时保证钢筋的强度， 进而降低了钢筋 的生产成本。
本发明提供一种钢的熔炼方法， 包括 ：
烧结工序 ： 向 铁 矿 石 中 加 入 钒 钛 铁 精 粉 后 进 行 烧 结， 所述钒钛铁精粉包括 ： 0.4wt％～ 0.8wt％的 V2O5、 10wt％～ 15wt％的 TiO2 和余量的 Fe 与不可避免的杂质， 烧结后 得到烧结料 ；
炼铁工序 ： 向 所 述 烧 结 料 中 加 入 改 质 剂 后 进 行 炼 铁 冶 炼， 所述改质剂包括 ： 10wt％～ 20wt％ CaO、 5wt％～ 10wt％的 MgO、 10wt％～ 20wt％的 Si 和余量的钒钛渣， 所述 1wt％～ 3wt％的 TiO2 和余量的 Fe 与不可避免的杂质， 钒钛渣包括 ： 5wt％～ 10wt％的 V2O5、 冶炼后得到铁水 ；
炼钢工序 ： 将所述铁水进行吹氧熔炼得到钢水， 将钢水浇入钢包前向钢水中加 入含有 V、 Ti 和 Nb 中一种或多种元素的的合金， 加入的合金与钢水的重量比为 0.02 ～ 0.06 ∶ 1。
优选的， 所述钒钛铁精粉与铁矿石的重量比为 0.05 ～ 0.08 ∶ 1。
优选的， 所述改质剂与烧结料的重量比为 0.15 ～ 0.2 ∶ 1。
优选的， 所述炼钢工序还包括 ： 在冶炼后期向钢水中加入所述改质剂， 加入的改质 剂与钢水的重量比为 0.004 ～ 0.01 ∶ 1。
优选的， 所述烧结的温度为 1150℃～ 1250℃。
优选的， 所述炼铁的冶炼温度为 1400℃～ 1600℃。
优选的， 所述炼钢的出钢温度为 1650℃～ 1670℃。
本发明还提供一种钢筋的生产方法， 包括 ：
将按照上述方法熔炼的钢水进行浇铸制得钢坯， 将钢坯轧制后进行轧后热处理， 得到钢筋。
优选的， 所述轧制工序包括 ： 在轧制的中间道次实施穿水冷却。
优选的， 所述穿水冷却的水压为 0.5Mpa ～ 0.8Mpa。
现对于现有的高强度钢筋的生产技术， 本发明提供的生产方法先烧结过程中加入 价格低廉的钒钛铁精粉， 钒钛铁精粉中的 V2O5 和 TiO2 的使烧结后的烧结料中含有一定量的 钒、 钛元素 ； 同时在炼铁工序中加入价格同样低廉的改质剂， 改质剂中 Si 作为还原剂， 还原 V 和 Ti， 以使铁水中含有一定量的基础 V、 Ti 元素， 改质剂中的 V2O5 和 TiO2 用于进一步增加 铁水中 V 和 Ti 的含量 ； 炼钢工序中由于铁水中含有 Si， 使炼钢冶炼过程的还原反应增加， 同时相应降低氧化反应， 进而降低 V、 Ti 被氧化的量， 增加钢水中 V、 Ti 元素的含量， 由于钢 水中已含有一定量的 V、 Ti 元素， 因此， 只需在出钢前向钢水中添加微量的含 V、 Ti 或 Nb 的 合金便足以保证钢的强度和韧性， 进而实现了保证钢筋强度的同时减少钒钛合金用量， 降 低了生产成本。 具体实施方式
为了进一步理解本发明， 下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述， 但是 应当理解， 这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点， 而不是对本发明权利要求的 限制。
本发明实施例公开了一种钢的熔炼方法， 包括 ：
烧结工序 ： 向 铁 矿 石 中 加 入 钒 钛 铁 精 粉 后 进 行 烧 结， 所述钒钛铁精粉包括 ： 0.4wt％～ 0.8wt％的 V2O5、 10wt％～ 15wt％的 TiO2 和余量的 Fe 与不可避免的杂质， 烧结后 得到烧结料 ；
炼铁工序 ： 向 所 述 烧 结 料 中 加 入 改 质 剂 后 进 行 炼 铁 冶 炼， 所述改质剂包括 ： 10wt％～ 20wt％ CaO、 5wt％～ 10wt％的 MgO、 10wt％～ 20wt％的 Si 和余量的钒钛渣， 所述 钒钛渣包括 ： 5wt％～ 10wt％的 V2O5、 1wt％～ 3wt％的 TiO2 和余量的 Fe 与不可避免的杂质， 冶炼后得到铁水 ；
炼钢工序 ： 将所述铁水进行吹氧熔炼得到钢水， 将钢水浇入钢包前向钢水中加 入含有 V、 Ti 和 Nb 中一种或多种元素的的合金， 加入的合金与钢水的重量比为 0.02 ～ 0.06 ∶ 1。
烧结过程中加入的钒钛铁精粉和炼铁工序中加入钒钛渣的目的在于使铁水中 含有一定量的钒、 钛元素。加入的钒钛铁精粉包括 ： 0.4wt ％～ 0.8wt ％的 V2O5、 10wt ％～15wt％的 TiO2 和余量的 Fe 与不可避免的杂质。钒钛铁精粉含量的增加虽然可以提高铁水 中 V 和 Ti 的含量， 但是添加量过的则不利于铁矿石的烧结， 因此， 钒钛铁精粉的加入量与铁 矿石的重量比为 0.05 ～ 0.08 ∶ 1， 烧结温度优选为 1150℃～ 1250℃。
烧结后， 烧结料中虽然含有 V、 Ti 元素， 但是两种元素的含量较低， 并且两种元素 均以氧化物形式存在， 在炼铁工序中无法进入铁水中， 考虑到上述原因， 本发明还在炼铁工 序中加入改质剂， 所述改质剂包括 ： 10wt％～ 20wt％ CaO、 5wt％～ 10wt％的 MgO、 10wt％～ 20wt ％的 Si 和余量的钒钛渣， 所述钒钛渣包括 ： 5wt ％～ 10wt ％的 V2O5、 1wt ％～ 3wt ％的 TiO2 和余量的 Fe 与不可避免的杂质。 改质剂的原料易得且均价格廉价， 上述钒钛渣中的 Si 是还原剂， 还原 V 和 Ti， 进而使 V 和 Ti 进入铁水中， V2O5 和 TiO2 用于进一步增加铁水中 V 和 Ti 的含量， 进而增加钢水中 V 和 Ti 的含量， 减少炼钢的冶炼工序中合金的添加量 ； 改质剂 中 Si 的含量为 10wt％～ 20wt％， 优选为 12wt％～ 17wt％， Si 含量过高则会对钢筋强度造 成影响 ； 改质剂中 MgO 和 CaO 起粘结剂的作用将钒钛渣粘结成球状或块状， 利于烧结工序， 此外， MgO 还用于改善炉渣的流动性， 有利于保护炉衬， CaO 还用于增加炉渣碱度， 有利于脱 P、 脱 S， 减少石灰用量， 起到降低冶炼成本的作用。
加入的改质剂与烧结料的重量比优选为 0.15 ～ 0.2 ∶ 1， 改质剂的添加量增多虽 然可以提高铁水中 V 和 Ti 的含量， 但是添加量过多则会影响铁水的流动性， 炼铁的冶炼温 度优选为 1400℃～ 1600℃。
炼铁后便进入炼钢工序， 在炼钢工序中先要向铁水中吹入氧气， 氧化铁水中的碳、 磷和硫， 得到钢水， 故冶炼的前期和中期为强氧化反应， 但由于铁水中含有 Si， 使炼钢冶炼 过程的还原反应增加， 同时相应降低氧化反应， 进而降低 V、 Ti 被氧化的量， 增加钢水中 V、 Ti 元素的含量， 炼钢工序中出钢温度优选控制为 1650℃～ 1670℃。 为了进一步增加钢水中 V、 Ti 的含量， 本发明还优选在冶炼后期加入上述改质剂， 加入的改质剂与钢水的重量比优 选为 0.004 ～ 0.01 ∶ 1， 改质剂加入过多则会影响钢水的流动性。 经过上述工序后钢水中已 含有一定量的 V、 Ti 元素， 因此， 只需在出钢前向钢水中添加钢水质量 0.02wt％～ 0.06wt％ 的含 V、 Ti 或 Nb 的合金便足以保证钢的强度和韧性， 进而实现了保证钢筋强度的同时减少 钒钛合金用量， 降低了生产成本。
本发明实施还提供一种钢筋的生产方法， 包括 ：
将按照上述方法熔炼的钢水进行浇铸制得钢坯， 将钢坯轧制后进行轧后热处理， 制得钢筋。
传统的轧后余热处理是在轧制结束后进行穿水冷却， 使铁素体中充分析出 NbN、 NbC、 VN、 VC、 TiN、 TiC 等， 以获得最大的析出强化效果。但是此种热处理方法会使钢筋的浅 表层不可避免的形成回火马氏体和回火索式组织， 而这两种组织不仅会影响钢筋的焊接性 能， 而且也会降低钢筋的时效性。 为此， 本发明在连续轧制工序中优选在轧制的中间道次实 施穿水冷却， 抑制高温奥氏体再结晶和阻止再结晶晶粒的粗化来调节奥氏体晶粒， 通过降 低奥氏体 - 铁素体的相变温度细化铁素体晶粒， 同时通过粗轧道次的大压下轧制， 压碎奥 氏体晶粒， 连续轧制中开轧温度优选控制为 950℃～ 1100℃， 终轧温度为 900℃～ 1050℃， 穿水冷却的水压优选为 0.5Mpa ～ 0.8Mpa。轧制后再进行热处理便可保证钢筋的浅标称和 芯部都只是细晶粒的铁素体和珠光体组织， 提高钢筋的焊接性和时效性。将热处理后的钢 筋再进行剪切、 清理、 收集后便可入库。由于本钢筋生产方法是由上述方法生产的钢水经过浇铸、 轧制后轧后热处理后制 得， 相应的， 本方法也具有保证钢筋强度的同时减少钒钛合金用量的效果， 并且若在轧制的 中间道次实施穿水冷却还可提高钢筋的焊接性和时效性。
为了进一步理解本发明， 下面结合实施例对本发明提供的钢筋生产方法进行描 述。以下实施例中的钒钛渣包括 ： 8wt％的 V2O5、 2wt％的 TiO2 和余量的铁与不可避免的杂 质。
实施例 1
1、 烧结
向 0.954t 的铁矿石中加入 0.006t 的改质剂后在 1200℃进行烧结， 得到烧结料。 钒钛铁精粉的成分如下 ：
0.65wt％ V2O5 ；
12wt％ TiO2 ；
余量的 Fe 与不可避免的杂质。
2、 炼铁
向高炉中加入步骤 1 得到的烧结料和 175kg 改质剂， 然后在 1500℃～ 1550℃进行 冶炼， 得到铁水， 改质剂成分如下 ： 15wt％ CaO
8wt％ MgO
16wt％ Si
余量的钒钛渣。
3、 炼钢
将步骤 2 得到铁水、 生铁依次加入转炉中， 吹氧熔炼后吹氮精炼， 冶炼后期向钢水 中加入 5kg 步骤 2 使用的改质剂， 出钢前向钢水中加入 0.25kg 的 FeV50， 钢水温度为 1660℃ 时出钢。
4、 连续浇铸
将步骤 3 得到钢水浇铸成 150mm×150mm 的钢坯。
5、 轧制
将步骤 4 制得的钢坯加热后进行连续轧制， 设置开轧温度为 1050℃， 终轧温度为 980℃， 并在轧制的第 4 道次实施穿水冷却， 控制水压为 0.6Mpa。
6、 轧后热处理
将轧制后的钢坯进行穿水冷却， 控制水压为 1.2Mpa。冷却后进行剪切得到钢筋。
实施例 2
1、 烧结
向 0.955t 的铁矿石中加入 0.005t 的钒钛铁精粉后在 1150℃进行烧结， 得到烧结 料。钒钛铁精粉的成分如下 ：
0.5wt％ V2O5 ；
11wt％ TiO2 ；
余量的 Fe 与不可避免的杂质。
2、 炼铁
向高炉中加入步骤 1 得到的烧结料和 155kg 改质剂后在 1400℃～ 1450℃进行冶 炼， 得到铁水。改质剂成分如下 ：
12wt％ CaO
6.5wt％ MgO
11wt％ Si
余量的钒钛渣。
3、 炼钢
将步骤 2 得到铁水、 生铁依次加入转炉中， 吹氧熔炼后吹氮精炼， 出钢前向钢水中 加入 0.33kg 的 FeV50， 钢水温度为 1650℃时出钢。
4、 连续浇铸
将步骤 3 得到钢水浇铸成 150mm×150mm 的钢坯。
5、 轧制
将步骤 4 制得的钢坯加热后进行连续轧制， 设置开轧温度为 980 ℃， 终轧温度为 920℃， 并在轧制的第 3 道次实施穿水冷却， 控制水压为 0.6Mpa。
6、 轧后热处理 将轧制后的钢坯进行穿水冷却， 控制水压为 1.5Mpa。冷却后进行剪切得到钢筋。
实施例 3
1、 烧结
向 0.953t 的铁矿石中加入 0.007t 的钒钛铁精粉后在 1200℃进行烧结， 得到烧结 料。钒钛铁精粉的成分如下 ：
0.78wt％ V2O5 ；
14.5wt％ TiO2 ；
余量的 Fe 与不可避免的杂质。
2、 炼铁
向高炉中加入步骤 1 得到的烧结料和 196kg 改质剂后在 1550℃～ 1600℃进行冶 炼， 得到铁水。改质剂成分如下 ：
18wt％ CaO
9wt％ MgO
19.5wt％ Si
余量的钒钛渣。
3、 炼钢
将步骤 2 得到铁水、 生铁依次加入转炉中， 吹氧熔炼后吹氮精炼， 出钢前向钢水中 加入 0.28kg 的 FeV50， 钢水温度为 1670℃时出钢。
4、 连续浇铸
将步骤 3 得到钢水浇铸成 150mm×150mm 的钢坯。
5、 轧制
将步骤 4 制得的钢坯加热后进行连续轧制， 设置开轧温度为 1150℃， 终轧温度为 1050℃， 并在轧制的第 4 道次实施穿水冷却， 控制水压为 0.75Mpa。
6、 轧后热处理
将轧制后的钢坯进行穿水冷却， 控制水压为 1.2Mpa。冷却后进行剪切得到钢筋。
比较例 1
1、 烧结
将 1t 的铁矿石中在 1200℃进行烧结， 得到烧结料。
2、 炼铁
将步骤 1 得到的烧结料中在 1500℃～ 1600℃进行冶炼， 得到铁水。
3、 炼钢
将步骤 2 得到铁水、 生铁依次加入转炉中， 吹氧熔炼后吹氮精炼， 出钢前向钢水中 加入 0.6kg 的 FeV50， 钢水温度为 1680℃时出钢。
4、 连续浇铸
将步骤 3 得到钢水浇铸成 150mm×150mm 的钢坯。
5、 轧制
将步骤 4 制得的钢坯加热后进行连续轧制， 设置开轧温度为 1150℃， 终轧温度为 1050℃。
6、 轧后余热处理
将轧制后的钢坯进行穿水冷却， 控制水压为 1.2Mpa。冷却后进行剪切得到钢筋。 将实施例 1 ～ 3 和比较例 1 生产的钢筋进行力学性能测试， 测试结果列于表 1。 测试项目 屈服强度 实施例 1 428Mpa 实施例 2 420Mpa 实施例 3 426Mpa 比较例 1 423Mpa上述实施例是生产 HRB335 钢筋， 本发明提供的方法同样适用于 HRB400 和 HRB500 钢筋的生产。
由上述结果可知， 采用本发明提供的方法生产钢筋， 不仅减少了钒钛合金等贵重 合金的用量， 同时保证生产出的钢筋具有较高的强度， 进而降低了生产成本。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出， 对 于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以对本发明进行 若干改进和修饰， 这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明， 使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
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