一种钒钛铁水加入高钒生铁生产HRB400E抗震钢筋用铸坯的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种钒钛铁水加入高钒生铁生产HRB400E抗震钢筋用铸坯的方法。

背景技术

2018年11月，钢筋混凝土用热轧带肋钢筋国家标准GB/T 1499.2-2018正式实施，采用昂贵的钒微合金化工艺生产HRB400E钢筋导致合金化成本不断攀升，不利于产品竞争力的提升。为降低HRB400E钢筋生产成本，国内钢厂开始研发铌微合金化工艺生产HRB400E钢筋铌元素的加入使奥氏体晶粒得到细化，轧制过程中Nb(CN化合物)的析出强化作用，起到阻碍奥氏体晶粒长大和细化铁素体晶粒的作用，进而提高了钢的强度，铌合金价格比钒合金低，更有利生产成本的降低。但钢中加入较多的铌合金后，在铸坯冷却过程中Nb(CN化合物)析出导致铸坯裂纹率增加，制约了轧钢成材率的提高和生产成本的降低。因此如何克服现有技术的不足是目前钢铁冶炼技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，降低HRB400E钢筋合金化成本和提高轧钢成材率，提供了一种钒钛铁水加入高钒生铁生产HRB400E抗震钢筋用铸坯的方法，通过加入低价的高钒生铁和硅氮合金增加了钢水钒含量和氮含量，大幅降低了钢中铌含量，显著增加了微合金元素V、Nb的析出强化和细晶强化效果，减少了铸坯裂纹发生率，提高了轧钢成材率，进而显著降低了HRB400E抗震钢筋合金化成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明中百分数除非另有说明，否则百分号质量百分数。

一种钒钛铁水加入高钒生铁生产HRB400E抗震钢筋用铸坯的方法，包括如下步骤：

步骤(1)，高炉钒钛铁水经过扒渣脱硫后提钒冶炼成半钢铁水；所述的半钢铁水化学成分重量百分比为：C≥2.70％，P≤0.180％，S≤0.055％，V≤0.045％，Ti≤0.040％，其他为Fe及不可避免的不纯物；

步骤(2)，将步骤(1)得到的半钢铁水和废钢分别按1010-1030kg/t

步骤(3)，转炉出钢脱氧合金化过程，在钢包底按顺序加入复合脱氧剂、碳化硅、硅锰合金，最后再加入硅氮合金和铌铁；控制出钢至1/4-1/3时开始加入复合脱氧剂，出钢至2/3-3/4时加完硅氮合金和铌铁；

步骤(4)，出钢完毕钢水吊至氩站加入高钒生铁进行吹氮精炼，吹氮时间控制≥5分钟，吹氮后钢水温度为1575-1600℃；之后钢水加覆盖剂0.5-3.0kg/t

高钒生铁加入量为：7.27-10.00kg/t

进一步，优选的是，高炉钒钛铁水在运输到炼钢工序时铁水温度≥1250℃。

进一步，优选的是，高炉钒钛铁水化学成分重量百分比为：C≥3.8％，Si为0.03-0.50％，S≤0.240％，P≤0.200％，V≥0.180％，Ti≥0.150％，其余为Fe及不可避免的不纯物。

进一步，优选的是，复合脱氧剂加入量为：0.72-1.44kg/t

碳化硅加入量为：1.27-3.27kg/t

硅锰合金加入量为：20.00-23.63kg/t

硅氮合金加入量为：0.09-0.18kg/t

铌铁加入量为：0.13-0.22kg/t

以上物料的其余成分无限制。

进一步，优选的是，转炉冶炼终点控制：开浇炉温度：1660-1680℃；连浇炉温度：1625-1650℃；转炉冶炼终点钢水中下述化学成分的重量百分比为C≥0.05％，P≤0.025％，S≤0.040％。

进一步，优选的是，连铸工艺控制：

中间包大火烘烤时间≥90min，水口烘烤温度≥1100℃；

采用恒拉速浇筑工艺，中间包典型温度控制为1545-1560℃，典型拉速控制为3.0-3.3m/min；

结晶器水量按130-145m

中间包液面高度≥400mm；铸坯矫直温度≥1000℃。

进一步，优选的是，HRB400E铸坯中下述化学成分的重量百分比为：C 0.23-0.25％，Si 0.58-0.75％，Mn 1.10-1.25％，S≤0.045％，P≤0.045％，V 0.010％-0.025％，Nb 0.009-0.015％，其余成分有未限制。

高炉钒钛铁水经过扒渣脱硫后提钒冶炼成半钢铁水，半钢铁水通过转炉冶炼，转炉出钢脱氧合金化过程在钢包底加入高钒生铁(V 1.0-1.3wt％，C 0.85wt％，P 0.250-0.350wt％，S 0.105wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物)，同时加入复合脱氧剂(Al 9.0-11.0wt％，Si 29.0-32.0wt％，Ca 13.0-15.0wt％，Al+Si+Ca 53.0-57.0wt％)、碳化硅(SiC70-90wt％，S 0.010-0.050wt％，P 0.010-0.20wt％，H2O 1.00-2.00wt％)、硅锰合金(C1.50-2.00wt％，Si 15.00-20.00wt％，Mn 65.00-68.00wt％，P 0.085-0.150wt％，S0.025-0.040wt％)、铌铁(Nb 39.00-45.00wt％，C0.10-0.30wt％，Si1.00-3.00wt％，P3.50-4.50wt％，S0.030-0.050wt％)及硅氮合金(N 30.00-35.00wt％，Si 55.00-65.00wt％，P 0.005-0.010wt％，S 0.005-0.010wt％)，其他为其他杂质及不可避免的不纯物进行脱氧合金化，由于高钒生铁及硅氮合金的加入，提高了钢中微合金元素V的强化效果，大幅降低了铌铁加入量；

出钢完毕钢水吊至氩站进行吹氮精炼，吹氮时间控制≥5分钟，确保钢水成分及温度的均匀；

之后钢水加覆盖剂1.0kg/t钢后吊至连铸平台进行浇铸，由于钢中Nb含量的大幅降低，铸坯裂纹发生率大幅降低，连铸控制合适的结晶器水量、二冷比水量及铸坯矫直温度，采用高拉速浇铸成165mm×165mm小方坯，铸坯质量较好，裂纹率发生率≤0.2％。铸坯送至棒材轧钢后，轧钢过程铸坯裂纹烂钢堆钢率由1.5％降至0.2％，钢筋轧制成材率同比提高0.4％。

(1)转炉冶炼装入制度

①钒钛铁水成分

高炉钒钛矿冶炼按炉温中下限控制(温度范围1390-1450℃)，确保铁水温度≥1250℃，铁水化学成分C≥3.8％，Si(0.03-0.50％)，S≤0.240％，P≤0.200％，V≥0.180％，Ti≥0.150％，其余为Fe及不可避免的不纯物。

②提钒后半钢铁水成分

半钢铁水成分：C≥2.70％，P≤0.180％，S≤0.055％，V≤0.045％，Ti≤0.040％，其他为Fe及不可避免的不纯物。

③装入量

半钢铁水及废钢分别按1010-1030kg/t钢、50-80kg/t钢装入转炉进行冶炼。

(2)50t转炉冶炼及氩站精炼控制

①合金加入控制工艺

复合脱氧剂(Al 9.0-11.0wt％，Si 29.0-32.0wt％，Ca 13.0-15.0wt％，Al+Si+Ca53.0-57.0wt％)：0.72-1.44kg/吨钢；硅锰合金(C 1.50-2.00wt％，Si15.00-20.00wt％，Mn65.00-68.00wt％，P 0.085-0.150wt％，S 0.025-0.040wt％)：20.00-23.63kg/吨钢；碳化硅(SiC 70-90wt％，S 0.010-0.050wt％，P 0.010-0.20wt％，H2O 1.00-2.00wt％)：1.27-3.27kg/吨钢；硅氮合金(N 30.00-35.00wt％，Si 55.00-65.00wt％，P 0.005-0.010wt％，S0.005-0.010wt％)：0.09-0.18kg/吨钢；铌铁(Nb 39.00-45.00wt％，C0.10-0.30wt％，Si1.00-3.00wt％，P 3.50-4.50wt％，S0.030-0.050wt％)：0.13-0.22kg/吨钢；②合金脱氧化控制工艺

采用复合脱氧剂、碳化硅、硅锰合金、硅氮合金、铌铁进行脱氧合金化。

合金加入顺序为：复合脱氧剂→碳化硅→硅锰合金→硅氮合金、铌铁

合金在出钢至1/4-1/3时开始加入，出钢至2/3-3/4时加完。

复合脱氧剂加入方法：出钢前在钢包底部按1.0-2.0kg/t

③转炉冶炼终点控制工艺

1)转炉终点钢水温度

开浇炉温度：1660-1680℃；连浇炉温度：1625-1650℃。

2)终点成份

C≥0.05％；P≤0.025％；S≤0.040％。

④氩站吹氮控制工艺：加入高钒生铁后，进行吹氮精炼；

1)吹氮时间：≥300S；

2)氮后温度：1575-1600℃。

高钒生铁(V 1.0-1.3wt％，C 0.85wt％，P 0.250-0.350wt％，S 0.105wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物)：7.27-10.00kg/吨钢。

(3)连铸工艺控制

①中间包大火烘烤时间≥90min，水口烘烤温度≥1100℃

②采用典型温度-拉速浇注，中间包典型温度控制为1545-1560℃，典型拉速控制为3.0-3.3m/min。

③结晶器水量按130-145m

④浇注过程中要做好大包、中包的绝热保温，中间包内勤加覆盖剂。

⑤操作上要强调稳定性，保证结晶器液面稳定，中间包液面高度≥400mm，控制好拉速，减少各类事故确保铸坯质量。

⑥为防止铸坯产生横裂纹，铸坯矫直温度≥1000℃。

(4)铸坯成分

HRB400E铸坯的化学成分:C(0.23-0.25％)；Si(0.58-0.75％)；Mn(1.10-1.25％)；S≤0.045％；P≤0.045％；V(0.010％-0.025％)；Nb(0.009-0.015％)。

本发明对于覆盖剂没有特殊要求，按照常规工业使用的产品即可，优选，覆盖剂中下述化学成分的重量百分比为：C≤5％，Al

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

(1)加入高钒生铁，使铸坯中的Nb含量下降，减少了铸坯冷却过程中Nb(CN化合物)析出，炼钢铸坯裂纹率大幅减少，铸坯质量明显改善，铸坯裂纹率从1.0％下降到0.2％以下。

(2)通过在钒钛半钢铁水中加入高钒生铁，代替部份价格较高的铌微合金，炼钢生产成本降低4-6元/t钢。

(3)炼钢铸坯裂纹率，铸坯质量改善，轧制过程铸坯烂钢堆钢率从1.5％降至0.2％，钢筋轧制成材率提高0.4％。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

实施例1

一种钒钛铁水加入高钒生铁生产HRB400E抗震钢筋用铸坯的方法，包括如下步骤：

步骤(1)，高炉钒钛铁水经过扒渣脱硫后提钒冶炼成半钢铁水；所述的半钢铁水化学成分重量百分比为：C≥2.70％，P≤0.180％，S≤0.055％，V≤0.045％，Ti≤0.040％，其他为Fe及不可避免的不纯物；

步骤(2)，将步骤(1)得到的半钢铁水和废钢分别按1020kg/t

步骤(3)，转炉出钢脱氧合金化过程，在钢包底按顺序加入复合脱氧剂、碳化硅、硅锰合金，最后再加入硅氮合金和铌铁；控制出钢至30％时开始加入复合脱氧剂，出钢至70％时加完硅氮合金和铌铁；

步骤(4)，出钢完毕钢水吊至氩站加入高钒生铁进行吹氮精炼，吹氮时间控制≥5分钟，吹氮后钢水温度为1580℃；之后钢水加覆盖剂0.5-3.0kg/t

高钒生铁加入量为：8.00kg/t

实施例2

一种钒钛铁水加入高钒生铁生产HRB400E抗震钢筋用铸坯的方法，包括如下步骤：

步骤(1)，高炉钒钛铁水经过扒渣脱硫后提钒冶炼成半钢铁水；所述的半钢铁水化学成分重量百分比为：C≥2.70％，P≤0.180％，S≤0.055％，V≤0.045％，Ti≤0.040％，其他为Fe及不可避免的不纯物；

步骤(2)，将步骤(1)得到的半钢铁水和废钢分别按1010kg/t

步骤(3)，转炉出钢脱氧合金化过程，在钢包底按顺序加入复合脱氧剂、碳化硅、硅锰合金，最后再加入硅氮合金和铌铁；控制出钢至1/4时开始加入复合脱氧剂，出钢至2/3时加完硅氮合金和铌铁；

步骤(4)，出钢完毕钢水吊至氩站加入高钒生铁进行吹氮精炼，吹氮时间控制≥5分钟，吹氮后钢水温度为1575℃；之后钢水加覆盖剂0.5kg/t

高钒生铁加入量为：7.27kg/t

高炉钒钛铁水在运输到炼钢工序时铁水温度≥1250℃。

高炉钒钛铁水化学成分重量百分比为：C≥3.8％，Si为0.03-0.50％，S≤0.240％，P≤0.200％，V≥0.180％，Ti≥0.150％，其余为Fe及不可避免的不纯物。

复合脱氧剂加入量为：0.72kg/t

碳化硅加入量为：1.27kg/t

硅锰合金加入量为：20.00kg/t

硅氮合金加入量为：0.09kg/t

铌铁加入量为：0.13kg/t

以上物料的其余成分无限制。

转炉冶炼终点控制：开浇炉温度：1660℃；连浇炉温度：1625℃；转炉冶炼终点钢水中下述化学成分的重量百分比为C≥0.05％，P≤0.025％，S≤0.040％。

连铸工艺控制：

中间包大火烘烤时间≥90min，水口烘烤温度≥1100℃；

采用恒拉速浇筑工艺，中间包典型温度控制为1545℃，典型拉速控制为3.0m/min；

结晶器水量按130-145m

中间包液面高度≥400mm；铸坯矫直温度≥1000℃。

HRB400E铸坯中下述化学成分的重量百分比为：C 0.23-0.25％，Si 0.58-0.75％，Mn 1.10-1.25％，S≤0.045％，P≤0.045％，V 0.010％-0.025％，Nb 0.009-0.015％，其余成分有未限制。

实施例3

一种钒钛铁水加入高钒生铁生产HRB400E抗震钢筋用铸坯的方法，包括如下步骤：

步骤(1)，高炉钒钛铁水经过扒渣脱硫后提钒冶炼成半钢铁水；所述的半钢铁水化学成分重量百分比为：C≥2.70％，P≤0.180％，S≤0.055％，V≤0.045％，Ti≤0.040％，其他为Fe及不可避免的不纯物；

步骤(2)，将步骤(1)得到的半钢铁水和废钢分别按1030kg/t

步骤(3)，转炉出钢脱氧合金化过程，在钢包底按顺序加入复合脱氧剂、碳化硅、硅锰合金，最后再加入硅氮合金和铌铁；控制出钢至1/3时开始加入复合脱氧剂，出钢至3/4时加完硅氮合金和铌铁；

步骤(4)，出钢完毕钢水吊至氩站加入高钒生铁进行吹氮精炼，吹氮时间控制≥5分钟，吹氮后钢水温度为1600℃；之后钢水加覆盖剂3.0kg/t

高钒生铁加入量为：10.00kg/t

高炉钒钛铁水在运输到炼钢工序时铁水温度≥1250℃。

高炉钒钛铁水化学成分重量百分比为：C≥3.8％，Si为0.03-0.50％，S≤0.240％，P≤0.200％，V≥0.180％，Ti≥0.150％，其余为Fe及不可避免的不纯物。

复合脱氧剂加入量为：1.44kg/t

碳化硅加入量为：3.27kg/t

硅锰合金加入量为：23.63kg/t

硅氮合金加入量为：0.18kg/t

铌铁加入量为：0.22kg/t

以上物料的其余成分无限制。

转炉冶炼终点控制：开浇炉温度：1680℃；连浇炉温度：1650℃；转炉冶炼终点钢水中下述化学成分的重量百分比为C≥0.05％，P≤0.025％，S≤0.040％。

连铸工艺控制：

中间包大火烘烤时间≥90min，水口烘烤温度≥1100℃；

采用恒拉速浇筑工艺，中间包典型温度控制为1560℃，典型拉速控制为3.3m/min；

结晶器水量按130-145m

中间包液面高度≥400mm；铸坯矫直温度≥1000℃。

HRB400E铸坯中下述化学成分的重量百分比为：C 0.23-0.25％，Si 0.58-0.75％，Mn 1.10-1.25％，S≤0.045％，P≤0.045％，V 0.010％-0.025％，Nb 0.009-0.015％，其余成分有未限制。

实施例4

一种钒钛铁水加入高钒生铁生产HRB400E抗震钢筋用铸坯的方法，包括如下步骤：

步骤(1)，高炉钒钛铁水经过扒渣脱硫后提钒冶炼成半钢铁水；所述的半钢铁水化学成分重量百分比为：C≥2.70％，P≤0.180％，S≤0.055％，V≤0.045％，Ti≤0.040％，其他为Fe及不可避免的不纯物；

步骤(2)，将步骤(1)得到的半钢铁水和废钢分别按1020kg/t

步骤(3)，转炉出钢脱氧合金化过程，在钢包底按顺序加入复合脱氧剂、碳化硅、硅锰合金，最后再加入硅氮合金和铌铁；控制出钢至28％时开始加入复合脱氧剂，出钢至72％时加完硅氮合金和铌铁；

步骤(4)，出钢完毕钢水吊至氩站加入高钒生铁进行吹氮精炼，吹氮时间控制≥5分钟，吹氮后钢水温度为1585℃；之后钢水加覆盖剂2kg/t

高钒生铁加入量为：9.00kg/t

高炉钒钛铁水在运输到炼钢工序时铁水温度≥1250℃。

高炉钒钛铁水化学成分重量百分比为：C≥3.8％，Si为0.03-0.50％，S≤0.240％，P≤0.200％，V≥0.180％，Ti≥0.150％，其余为Fe及不可避免的不纯物。

复合脱氧剂加入量为：1kg/t

碳化硅加入量为：2kg/t

硅锰合金加入量为：22kg/t

硅氮合金加入量为：0.15kg/t

铌铁加入量为：0.18kg/t

以上物料的其余成分无限制。

转炉冶炼终点控制：开浇炉温度：1670℃；连浇炉温度：1640℃；转炉冶炼终点钢水中下述化学成分的重量百分比为C≥0.05％，P≤0.025％，S≤0.040％。

连铸工艺控制：

中间包大火烘烤时间≥90min，水口烘烤温度≥1100℃；

采用恒拉速浇筑工艺，中间包典型温度控制为1550℃，典型拉速控制为3.2m/min；

结晶器水量按130-145m

中间包液面高度≥400mm；铸坯矫直温度≥1000℃。

HRB400E铸坯中下述化学成分的重量百分比为：C 0.23-0.25％，Si 0.58-0.75％，Mn 1.10-1.25％，S≤0.045％，P≤0.045％，V 0.010％-0.025％，Nb 0.009-0.015％，其余成分有未限制。

应用实例1

1.转炉冶炼装入制度

(1)铁水成分

铁水化学成分C：4.10％:；Si：0.15％；S：0.080％；P:0.090％；V:0.220％；Ti：0.210％。铁水温度：1298℃。其他成分为Fe和微量元素及不可避免不纯洁物。

(2)半钢成分

半钢成分：C:3.10％；P:0.080％；S:0.045％；V：0.040％；Ti：0.020％。

(3)装入量

铁水、废钢总装入量控制为59.5t。

2.50t转炉冶炼控制

(1)合金加入控制工艺

复合脱氧剂：85kg/炉；硅锰合金：1400kg/炉；碳化硅：150kg/炉；

硅氮合金：7kg/炉；铌铁合金：13kg/炉；高钒生铁：600kg/炉。

(2)合金脱氧化控制工艺

采用复合脱氧剂、碳化硅、硅锰合金、硅氮合金、铌铁进行脱氧合金化。

合金加入顺序为：复合脱氧剂→碳化硅→硅锰合金→硅氮合金、铌铁

合金在出钢至1/3时开始加入，出钢至3/4时加完。

(3)成分终点控制工艺

①终点温度

开浇炉温度：1670℃；连浇炉温度：1620℃。

②终点成份

C:0.022％；P:0.029％；S:0.030％。

(4)氩站吹氮控制工艺

①吹氮时间：480S；

②氮后温度：1550℃。

3.连铸工艺控制

(1)中包大火烘烤时间120min。

(2)中包典型温度控制为1520℃，典型拉速控制为2.4m/min。

(3)结晶器水量按110m

(4)浇注过程中要做好大包、中包的绝热保温，中间包内勤加覆盖剂。

(5)操作上要强调稳定性，保证结晶器液面稳定，中间包液面高度420mm。

(6)为防止铸坯产生横裂纹，铸坯矫直温度1020℃。

4.铸坯成分

HRB400E铸坯的化学成分C(0.23％)；Si(0.68％)；Mn(1.15％)；S(0.030％)；P(0.025％)；V(0.09％)；Nb(0.015％)；Ceq(0.51％)。

实施例2

1.转炉冶炼装入制度

(1)铁水成分

铁水化学成分C：4.05％:；Si：0.010％；S：0.120％；P:0.080％；V:0.235％；Ti：0.225％。铁水温度：1285℃。其他成分为Fe和微量元素及不可避免不纯洁物。

(2)半钢成分

半钢成分：C:3.20％；P:0.075％；S:0.050％；V：0.033％；Ti：0.040％。

(3)装入量

铁水、废钢总装入量控制为59.5t。

2.50t转炉冶炼控制

(1)合金加入控制工艺

复合脱氧剂：85kg/炉；硅锰合金：1400kg/炉；碳化硅：150kg/炉；

硅氮合金：7kg/炉；铌铁合金：13kg/炉；高钒生铁：600kg/炉。

(2)合金脱氧化控制工艺

采用复合脱氧剂、碳化硅、硅锰合金、硅氮合金、铌铁进行脱氧合金化。

合金加入顺序为：复合脱氧剂→碳化硅→硅锰合金→硅氮合金、铌铁

合金在出钢至1/3时开始加入，出钢至3/4时加完。

(3)成分终点控制工艺

①终点温度

开浇炉温度：1670℃；连浇炉温度：1630℃。

②终点成份

C:0.024％；P:0.035％；S:0.039％。

(4)氩站吹氮控制工艺

①吹氮时间：480S；

②氮后温度：1560℃。

3.连铸工艺控制

(1)中包大火烘烤时间120min。

(2)中包典型温度控制为1520℃，典型拉速控制为2.5m/min。

(3)结晶器水量按110m

(4)浇注过程中要做好大包、中包的绝热保温，中间包内勤加覆盖剂。

(5)操作上要强调稳定性，保证结晶器液面稳定，中间包液面高度415mm。

(6)为防止铸坯产生横裂纹，铸坯矫直温度1000℃。

4.铸坯成分

HRB400E铸坯的化学成分C(0.25％)；Si(0.72％)；Mn(1.20％)；S(0.040％)；P(0.035％)；V(0.10％)；Nb(0.019％)；Ceq(0.52％)。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。