采用RH炉生产高锰钢的方法及高锰钢

技术领域

本申请属于钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种采用RH炉生产高锰钢的方法及高锰钢。

背景技术

RH精炼全称为RH真空循环脱气精炼法，其是采用RH精炼炉对钢水进行精炼的一种技术，具有处理时间短、成本低、可以大量处理钢水的优点，能够脱除钢水中的H和N，避免钢水浇注或者轧制后产生废品。具体的，RH精炼炉是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备。整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行的。真空槽的下部是两个与真空槽连通的、带耐火衬的浸渍管，一个为上升浸渍管，一个为下降浸渍管。真空槽的上部装有热弯管。被抽气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统排到厂房外。

钢水处理前，先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。当真空槽抽真空时，钢水表面的大气压力迫使钢水从上升浸渍管流入真空槽内。由于上升浸渍管不断向钢水吹入氩气，相对没有吹氩的下降浸渍管产生了一个较高的静压差，使钢水从上升浸渍管进入真空槽，并通过真空槽下部流向下降浸渍管，如此不断循环反复。在真空状态下，流经真空槽钢水中的氩气、氢气、氮气、一氧化碳等气体在钢水循环过程中被抽走。同时，进入真空槽内的钢水还进行一系列的冶金反应，比如碳氧反应等；如此循环脱气精炼使钢水得到净化。但在工业生产条件下，高锰钢在RH炉内进行真空处理的过程中，一直存在锰损较高的问题，锰损过高致使高锰钢产品的硬度不达标。

发明内容

本申请实施例提供一种采用RH炉生产高锰钢的方法，能够降低高锰钢在RH炉中锰气化导致的锰损，解决现有技术中锰气化导致锰损较高的问题。

图1示出了本申请实施例提供的采用RH炉生产高锰钢的方法的流程示意图。

第一方面，本申请的实施例提供一种采用RH炉生产高锰钢的方法，方法包括：

S1、将装有脱氧后Mn含量为10wt％～25wt％的高锰钢的钢水的钢包送至RH炉，以对钢水进行脱气处理；

S2、将高锰钢的钢水的RH处理温度调整至1450℃～1500℃并保持该温度；

S3、采用环流氩气作为驱动气体，对高锰钢的钢水进行RH精炼，以得到经RH精炼的钢水，其中，在RH精炼过程中将RH炉的真空槽的负压保持在预定范围内。

图2示例性的给出了一种RH精炼炉的结构示意图，本申请实施例的采用RH生产高锰钢的方法和高锰钢可以采用该RH炉结构进行RH精炼。

本申请实施例的采用RH炉生产高锰钢的方法，将装有脱氧后Mn含量为10wt％～25wt％的高锰钢的钢水的钢包送至RH炉，以对钢水进行脱气处理，调整并保持RH炉中钢水的RH处理温度在1450℃～1500℃，相较于现有技术中1501℃～1600℃的处理温度，真空槽在本申请1450℃～1500℃处理温度和预定负压的压强范围内可以有效降低高锰钢Mn的饱和蒸气压，从而降低高锰钢在RH冶炼过程中由于锰气化导致的锰损，解决现有技术中由于锰在真空环境中气化导致锰损过高的问题。

根据本申请的一些实施例，在进行步骤S1之前，如图1所示，方法还包括步骤：

S0、在LF炉将钢水脱氧并加热至1465℃～1500℃，以得到经脱氧的钢水。

根据本实施例，通过在LF炉对钢水脱氧的工艺中，将钢水加热至1465℃～1500℃并保持钢水的温度，可以更方便地衔接后续的RH精炼工艺，减小其间钢水的温度变化。

根据本申请的一些实施例，RH精炼步骤包括：

S31、将含有高锰钢的钢水的钢包在RH处理位提升，使真空槽的浸渍管浸入钢水到预定的深度，同时抽真空将真空槽的负压降低至预定范围内；

S32、在浸渍管浸入钢水到预定的深度的同时，以预定的流速经浸渍管中的上升浸渍管向真空槽喷吹氩气，并使钢水在所述真空槽内持续循环，以得到脱H、N的钢水。

在一实施例中，如图2所示，环流氩气是从上升浸渍管斜向上喷吹氩气，以驱动钢水上升，并经下降浸渍管下降，使钢水在真空槽内循环进行脱气处理。

在一实施例中，在步骤S31中，浸渍管浸入钢水中的预定的深度为400mm～700mm。在钢水达到该预定的深度时，开始抽真空使RH炉的真空槽内的压强降至预定范围。为避免盛装钢水的钢包上部有约150～250mm厚度的精炼渣在抽真空时抽进真空槽内，需要使浸渍管的插入深度必须要大于精炼渣厚度，且使浸渍管留有一定富余量，防止抽真空后RH炉的真空槽由于钢水液位降低而吸入精炼渣，影响钢水的质量，所以浸渍管设定浸入钢水中的预定的深度为400mm～700mm，否则浸入深度较浅会吸入精炼渣，浸入深度较深会损坏精炼设备。

在一实施例中，在步骤S31中，真空槽内的负压的预定范围为500Pa～5000Pa，以适当提高真空槽内的压强，减少由于真空槽内的压强小于锰的饱和蒸气压使锰挥发导致的锰损。

根据本申请的实施例，在步骤S31中，基于钢水中Mn的含量，设定真空槽的负压，其中钢水中的Mn含量越高，则抽真空将真空槽内气体压力提升至越大，最低的范围不超过500Pa。即钢水中Mn含量越高则真空槽内气体压力控制越高，以使RH炉的真空槽内气体压强约等于或略高于Mn的饱和蒸气压，避免真空槽内气体压强过低而小于锰的饱和蒸气压，使Mn大量气化导致的锰损过高，降低钢水中Mn的气化挥发量和速率，进而减少由于锰气化挥发导致的锰损。

在一实时例中，步骤S31中，基于Mn含量为10wt％的钢水，设定RH炉真空槽内的气压的预定范围为550Pa至600Pa；

在一实施例中，步骤S31中，基于Mn含量为12wt％的钢水，设定RH炉真空槽内的气压的预定范围为2000Pa或3000Pa；

在一实施例中，步骤S31中，基于Mn含量为25wt％的钢水，设定RH炉真空槽内的气压的预定范围为4800Pa或5000Pa，以减少由于RH炉真空槽内气压低于锰的饱和蒸气压，锰的气化挥发量和速率过大导致的锰损。

在一实施例中，在步骤S32中，抽真空时，氩气在真空槽循环的流速为170～200Nm

在一实施例中，在步骤S31中，抽真空处理时间为20min～30min，通过严格控制抽真空的时间来降低锰在RH炉抽真空时的汽化量，降低锰损。

本申请实施例的在RH炉生产高锰钢的方法，通过调控RH炉内环流氩气流量为170～200Nm

在一实施例中，步骤S31抽真空时，在RH炉的真空槽开始抽真空至3min内，RH炉的真空槽内的负压从101KPa降至10KPa～15KPa；在开始抽真空的3min至5min内，通过调节真空抽气泵，使RH炉的真空槽内的负压降至预定范围后，之后维持RH炉内负压稳定。

在一实施例中，在步骤S31中，将RH炉的真空槽内的负压降至预定范围后，测量钢水的温度并首次取样分析钢水的成分，之后维持RH炉的真空槽内的气压稳定；RH炉的真空槽在开始抽真空的11min至13min，测量RH炉中钢水的温度，并根据RH炉内首次取样的成分分析结果和本次测量的温度，对钢水的温度和成分进行微调，以将钢水中各元素的含量调整至符合要求；

对温度进行微调的操作包括使用脱硫剂降温；对成分进行微调的操作包括加入C、Al、Mn元素中的一种或几种，以调节钢水中的C含量或者Al含量或者Mn含量；

如果首次取样的成分分析结果和温度合适，则不进行微调操作。

本申请中的合适是指温度在本申请限定的1450℃～1500℃温度范围内；成分分析结果合适是指元素成分的含量在钢水要求的范围内，该范围可依据高锰钢中除锰以外的其他成分的要求设定，锰含量依据实际需要的钢材的要求设定，其可以是10wt％～25wt％中的一个值。

在一实施例中，在RH炉真空槽开始抽真空的17min～19min，对钢水测温、取样分析，判断钢水的温度和成分是否合适，不合适可继续进行一次或者多次微调，以达到钢水的温度和成分要求的范围为限。

根据本申请的实施例，如图1所示，采用RH炉生产高锰钢的方法还包括：

S4、在RH炉的真空槽内的钢水破空前，对钢水定准；

S5、对RH炉的真空槽内的钢水执行破空操作，使RH炉的真空槽内的气压恢复至101KPa后钢包下降，测量钢水温度、并取样分析成分，钢水出站，得到锰损不超过0.03wt％～0.09wt％的高锰钢。

在一实施例，所述步骤S4中，在RH炉的真空槽内的钢水破空2min前，对钢水定准。

本申请实施例的采用RH炉生产高锰钢的方法，通过将装有脱氧后的Mn含量为10wt％～25wt％的高锰钢的钢水的钢包送至RH炉，以对钢水进行脱气处理，调整并保持RH炉中钢水的RH处理温度在1450℃～1500℃，真空槽在此处理温度和预定负压范围内可以有效降低高锰钢Mn的饱和蒸气压，从而降低高锰钢由于锰气化导致的锰损，解决现有技术中由于锰在真空环境中气化导致锰损过高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的采用RH炉生产高锰钢的方法的流程示意图；

图2示例性的给出了一种RH精炼炉的结构示意图。

附图标记说明：

1、钢包；2、钢水；3、真空槽；4、上升浸渍管；5、下降浸渍管；6、温度计；7、环流氩气喷吹口；8、添加元素金属或者脱硫剂的加料口。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如背景技术中指出的高锰钢在RH炉真空处理过程中一直存在锰损较高的问题，发现其主要原因是真空处理过程中高锰钢的Mn饱和蒸气压较大，钢水中的溶解态Mn易转化为气态Mn，并被真空抽气装置抽除。经发明人研究发现，影响真空处理过程中高锰钢锰损的主要因素有以下几点：

1、钢水温度，钢水的温度越高，Mn饱和蒸气压越大；

2、钢水中的Mn含量，钢水中Mn含量越高，Mn饱和蒸气压越大；

3、真空室内气体压强的大小，当真空室内气体压强低于Mn饱和蒸气压时，钢水中的溶解态Mn开始转化为气态Mn，且随着真空室内气体压强的降低，钢水中的Mn气化挥发的速率增大。

为了解决现有技术中真空室内锰气化导致锰损过高的问题，本申请实施例提供了一种生产高锰钢的方法。下面首先对本申请实施例所提供的采用RH炉生产高锰钢的方法进行介绍。

如图1所示，本申请的实施例提供一种采用RH炉生产高锰钢的方法，方法包括：

S0、在LF炉将钢水脱氧并加热至1465℃～1500℃，以得到经脱氧的钢水；

S1、将装有脱氧后Mn含量为10wt％～25wt％的高锰钢的钢水的钢包送至RH炉，以对钢水进行脱气处理；

S2、将高锰钢的钢水的RH处理温度调整至1450℃～1500℃并保持该温度；

S3、采用环流氩气作为驱动气体，对高锰钢的钢水进行RH精炼，以得到经RH精炼的钢水，其中，在RH精炼过程中将RH炉的真空槽的负压保持在预定范围内；

S4、在RH炉的真空槽内的钢水破空前，对钢水定准；

S5、对RH炉的真空槽内的钢水执行破空操作，使RH炉的真空槽内的气压恢复至101KPa后钢包下降，测量钢水温度、并取样分析成分，钢水出站，得到锰损不超过0.03wt％～0.09wt％的高锰钢。

如图2所示，其示例性的给出了一种RH精炼炉的结构示意图。

下面结合图1和2以及具体实施例对本申请的技术方案作进一步说明，其中的百分比均为质量百分比。

实施例1：钢种：GC5012A2，成分：C：0.90％～1.05％，Si：0.1％～0.3％，Mn：10.0％～11.5％，P≤0.025％，S≤0.005％，Alt：0.02％～0.05％，N≤0.0120％，H≤2ppm，Ti、Nb、V、Mo、Cr适量，余量为铁。

将215吨钢水依次经转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸工序，得到GC5012A2铸坯。

熔炼号21622，RH处理前钢水中的Mn含量为10.5662％、N含量为0.0261％、H含量为9.5ppm，RH进站温度为1475℃，RH出站温度为1454℃，RH环流氩气流量为175±3Nm

实施例2：钢种：GC6015A0，成分：C：0.90％～1.05％，Si：0.2％～0.6％，Mn：13.0％～14.5％，P≤0.025％，S≤0.005％，Alt：0.02％～0.05％，N≤0.0120％，H≤2ppm，Ti、Nb、V、Mo、Cr适量，余量为铁。

将215吨钢水依次经转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸工序，得到GC6015A0铸坯。

熔炼号24830，RH处理前钢水中的Mn含量为13.8301％、N含量为0.0253％、H含量为8.2ppm，RH进站温度为1471℃，RH出站温度为1450℃，RH环流氩气流量为190±3Nm

实施例3：钢种：GC7012A1，成分：C：0.40％～0.50％，Si：0.2％～0.6％，Mn：22.0％～24.0％，P≤0.025％，S≤0.005％，Alt：0.02％～0.05％，N≤0.0150％，H≤2ppm，Ti、Nb、V、Mo、Cr适量，余量为铁。

将215吨钢水依次经转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸工序，得到GC5012A1铸坯。

熔炼号23255，RH处理前钢水中的Mn含量为23.3695％、N含量为0.0212％、H含量为7.9ppm，RH进站温度为1482℃，RH出站温度为1457℃，RH环流氩气流量为180±3Nm

对比例1：钢种：GC6015A0，成分：C：0.90％～1.05％，Si：0.2％～0.6％，Mn：13.0％～14.5％，P≤0.025％，S≤0.005％，Alt：0.02％～0.05％，N≤0.0120％，H≤2ppm，Ti、Nb、V、Mo、Cr适量，余量为铁。

将215吨钢水依次经转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸工序，得到GC6015A0铸坯。

熔炼号22169，RH处理前钢水中的Mn含量为13.9382％、N含量为0.0275％、H含量为8.4ppm，RH进站温度为1473℃，RH出站温度为1451℃，RH环流氩气流量为190±3Nm

对比例2：钢种：GC7012A1，成分：C：0.40％～0.50％，Si：0.2％～0.6％，Mn：22.0％～24.0％，P≤0.025％，S≤0.005％，Alt：0.02％～0.05％，N≤0.0150％，H≤2ppm，Ti、Nb、V、Mo、Cr适量，余量为铁。

将215吨钢水依次经转炉冶炼、RH精炼、LF精炼、连铸工序，得到GC5012A1铸坯。

熔炼号20377，RH处理前钢水中的Mn含量为23.8753％、N含量为0.0183％、H含量为6.8ppm，RH进站温度为1577℃，RH出站温度为1550℃，RH环流氩气流量为185±3Nm

如图2所示，实施例1-3和对比例1、2均采用以下步骤对高锰钢进行RH精炼处理：

(0)在LF炉将钢水脱氧并加热至1465℃～1500℃，以得到脱氧钢水。

(1)将装有经LF炉脱氧后各实施例和对比例中对应的Mn含量的高锰钢的钢水2的钢包1送至RH炉，以对各实施例和对比例的钢水进行脱气处理；

(2)将脱氧后高锰钢的钢水2的RH处理温度调整至为各实施例和对比例中所限定的温度，并保持该温度；

(3)将含有高锰钢的钢水2的钢包1在RH处理位提升，使真空槽3的浸渍管浸入钢水达到预定的深度400mm～600mm时，打开真空主阀开始抽真空，将RH炉真空槽内的负压降低至预定范围内，并采用环流氩气作为驱动气体，以预定的流速从真空槽3左侧的环流氩气喷吹口7经浸渍管中的上升浸渍管4向真空槽3内进行喷吹，使钢水从上升浸渍管4进入真空槽3，并通过真空槽3下部流向下降浸渍管5，如此不断循环反复使氩气进行循环流动，以得到脱H、N的钢水，环流氩气流量为各实施例所限定的流量，RH抽真空的时间依据各实施例和对比例限定的时间进行；

(4)当RH炉的真空槽内从开始抽真空至3min内，RH炉真空槽内的负压从101KPa降至10～15KPa；

(5)当RH炉真空槽3内抽真空的3～5min内，通过调节真空抽气泵，使RH炉真空槽内的负压降至预定范围500Pa～5000Pa，即各实施例对应的预定范围后，其中的对比例1和对比例2则分别降至63±10Pa，对钢水进行测温、取样，之后维持RH炉内气压稳定；

(6)当RH炉的真空槽开始抽真空的11～13min内，使用温度计6对钢水测温，并根据RH炉真空槽内的钢水首次取样的成分结果，经添加元素合金或者脱硫剂的加料口8加入脱硫剂或者元素金属对钢水温度和成分进行微调，如添加脱硫剂降温，微调C、Al、Mn等元素的含量至达标，若成分温度合适则不动作。

(7)当RH炉的真空槽3开始抽真空的17min～19min，对钢水2测温、取样；

(8)在RH炉的真空槽3的钢水破空前2min，钢水定H；

(9)按照各实施例限定的RH抽真空时间，钢水温度合格后，执行破空操作，RH炉的真空槽内的气压恢复至101KPa后钢包下降，对钢水测温、取样，钢水出站，完成钢水在RH炉的冶炼。计算各实施例和对比例冶炼的钢水的锰损。

将实施例1-3和对比例1-2的冶炼参数及锰损列表进行对比，如下表1所示：

表1实施例1-3和对比例1-2的冶炼参数及锰损对比表

从实施例2和对比例1的对比结果中可以得出，在采用钢水的Mn含量以及RH炉处理温度和处理时间相近似的情况下，采用本申请的方法中RH炉的预定范围的负压能够将锰损有效降低0.0982％；从实施例3和对比例2的对比结果中可以得出，在采用钢水的Mn含量以及环流氩气流量和RH抽真空处理时间相近的情况下，采用本申请的方法中RH炉的处理温度和气压能够将将锰损有效降低0.5522％；进一步地，通过实施例1、2和3的对比可以得出，随着锰含量的增加，锰损会增大，但在RH炉中处理温度和处理时间相近的情况下，降低RH炉内的气压能够有效降低锰损，实施例的锰损不超过0.03％。

从以上实施例和对比例的对比可以得出，本申请实施例的采用RH炉生产高锰钢的方法，将脱氧后Mn含量为10wt％～25wt％的高锰钢的钢水在RH炉的处理温度为1450℃～1500℃下进行脱气处理，钢水在RH炉的真空槽内的处理时间为20min～30min，控制RH炉真空槽内的负压由101KPa下降至500Pa～5000Pa三种条件中的一种，以及控制抽真空的操作时间的选择，例如在某一时段内执行何种操作，即能够有效的降低高锰钢在RH炉中冶炼时锰气化导致的锰损。同时采取上述三种方案中的一种或者多种的组合能够取得更为优异的控制锰损的技术效果。

对于不同钢水Mn含量，采用本申请的方法能够达到的锰损是不同的：

1、当Mn含量为10.0wt％～11.5wt％时，采用本申请的方法可将锰损控制在不超过0.05％；

2、当Mn含量为13.0wt％～14.5wt％时，采用本申请的方法可将锰损控制在不超过0.07％；

3、当Mn含量为22.0wt％～24.0wt％时，采用本申请的方法可将锰损控制在不超过0.09％。

还需要说明的是，本申请中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本申请不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。