一种用氩氧脱碳炉冶炼低碳高锰含量钢水的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金领域，尤其涉及一种钢的冶炼方法，具体来说是一种用氩氧脱碳 炉冶炼低碳高锰含量钢水的方法。
【背景技术】
[0002] 汽车轻量化是减少汽车尾气排放、降低油耗，实现生产环境友好型汽车的目标的 主要措施。孪晶诱导塑性（TWIP)钢具有强度和塑性的良好配合，是目前已提出的各种汽车 用钢方案中最适合用作汽车用钢的新钢种。
[0003] 就世界各国研究的各种TWIP钢体系而言，都集中在含锰18%~33%的高锰 Fe-Mn-C基体系，在此基础上加入不同量的Al、Si、Ni、V、Mo、Cu、Ti、Nb、Cr等元素。其中 C彡0? 06%，20%~30%Mn，2. 0%~3. 0%Si，2. 5%~3. 5A1的低碳高锰钢是最为典型的 一种TWIP钢。
[0004] 由于TWIP钢中含有大量的猛，锰具有与氧的亲和力比铁与氧的亲和力大得多的 特点，如何低成本地进行合金化是其中一个十分重要的技术难题。
[0005] 专利文献CN102312158A公开了一种Nb、Ti合金化低碳高强度高塑性TWIP钢及 制备方法，采用感应炉进行熔炼。专利文献CN102690938A公开了一种低碳Fe-Mn-Al-Si系 TWIP钢中试生产方法，采用感应炉和电渣重熔炉双联熔炼TWIP钢。专利文献CN1743489A 公开了一种高锰钢熔炼工艺及高锰钢铸件，采用感应炉熔炼含10%~14% Mn，1 %~1. 4% C的高锰钢。专利文献CN102286704A公开了一种耐磨抗腐蚀高锰钢及其制备方法，提供了 含12%~14% Mn，1. 2%~1. 3% C的耐磨高锰钢的铸造、热处理工艺，没有提供冶炼方法。 专利文献CN103484777A公开了一种奥氏体锰钢及其制备方法，采用感应炉熔炼含16%~ 19% Mn，0. 9%~1. 5% C的高锰钢。这些方法均不适合于大规模的生产，不能满足汽车行 业对该钢种的需求。专利文献CN101191180A公开了一种含10. 5 %~20. 0 % Mn，1. 0 %~ 1. 5% C的超高性能耐磨高锰钢及其生产方法，只提供了除锰以外的元素的合金化工艺。专 利文献CN101191180A公开了一种含23. 5%~24. 4% Mn，0. 55%~0? 64% C的汽车用高锰 钢及其制造方法，提供了乳制工艺，没有提供相应的冶炼方法。专利文献CN103468874A公 开了一种采用氩氧炉冶炼低碳TWIP钢的生产方法，TWIP钢中含锰20 %~30 %，碳小于或等 于0.06%，采用价格昂贵的金属锰或电解锰进行锰的合金化，原料成本高；在吹氧脱碳期， 采用A0D炉的最高氧/氩比进行吹氧脱碳，锰、硅等与氧亲和力大的元素会大量被氧化，收 得率低。
[0006] 如何降低低碳高锰TWIP钢生产过程中合金化的成本，提高合金收得率，寻找低成 本大规模生产方法，是低碳高锰TWIP钢冶炼的重要技术和生产问题。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种用氩氧脱碳炉冶炼低碳高锰 含量钢水的方法，所述的这种用氩氧脱碳炉冶炼低碳高锰含量钢水的方法解决了现有技术 中的高锰TWIP钢冶炼时锰极易氧化，合金化时收得率低的技术问题，同时解决了低碳高锰 TWIP钢冶炼成本高的技术问题。
[0008] 本发明一种用氩氧脱碳炉冶炼低碳高锰含量钢水的方法，包括如下步骤：
[0009] 1) -个装料的步骤，将液态金属原料、锰铁或者含锰材料、固态金属材料、造渣材 料、增碳剂、石灰和/或白云石置于一个氩氧脱碳炉中；所述的液态金属原料包括电弧炉、 转炉、感应炉冶炼得到的高碳钢水、高炉冶炼得到的铁水、或者经铁水预脱磷和预脱硫处理 后的铁水中的任意一种或者两种以上的任意比例的混合；根据液态金属原料中锰的含量， 用锰铁及其他含锰的固态金属材料将锰配到产品规格限内；根据液态金属原料中碳的含量 及其他炉料带入的碳含量，用增碳剂，将碳的含量配到开吹钢水中碳含量要求的浓度以上； 成品钢中除硅和铝以外的其他元素，用含该元素的固态金属材料配到产品规格的中下限； 石灰和/或白云石的总加入量为装料重量的1~7% ;
[0010] 2) -个脱碳的步骤，脱碳期开吹钢水中碳含量大于或等于1.2%，钢水温度高于 或等于1450°C ;脱碳期包含至少三个阶段，第一个阶段的氧/氩比< 2:1，脱碳到0. 2%~ 0.3%;第二个阶段的氧/氩比< 1:3,脱碳到0. 1%~0.06%;第三个阶段的氧氩比< 1:6， 脱碳到0. 01 %~0. 04%;然后停止吹氧脱碳，改吹氩气；脱碳期的炉渣碱度，即0&0/5102质 量分数比控制在0. 8到2. 5范围内，以加强脱磷；
[0011] 3) -个还原步骤和一个脱硫的步骤，加入脱氧剂脱氧，所述的脱氧剂为铝锭、硅 铁、硅钙、铝硅、铝钙和铝硅铁中的任意一种或者两种以上的任意比例的混合，所述的脱氧 剂的加入量小于3. 5kg/t钢水；扒除炉渣，然后加入还原期造渣用的石灰和萤石，还原期石 灰的加入量为钢水重量的1~3%，还原期萤石加入量为钢水重量的1 %以下；
[0012] 4) -个成分和温度调整的步骤，按照产品中锰的规格成分中下限补加金属锰或电 解锰调整锰的含量，其他合金元素用工业纯金属调整成分，当成分、温度达到要求时即可出 钢，当C的质量百分含量彡0. 06%，Mn的质量百分含量在20%~30%之间时，获得低碳高 锰TWIP钢；当C的质量百分含量彡0. 06%，Mn的质量百分含量在8%~15%之间时获得低 碳高锰TRIP钢。
[0013] 进一步的，在氩氧脱碳炉中还可以加入发热剂硅铁、铝、铝硅、铝钙、硅钙中的任意 一种或者两种以上的任意比例的混合，根据液态钢水温度及其他冷料的加入量确定发热剂 的加入量，各种发热剂的加入量低于20kg/t钢水。
[0014] 进一步的，在氩氧脱碳炉中还可以加入生铁、废电极块、碳粉及其它增碳剂中的任 意一种或者两种以上的任意比例的混合，以提尚钢水中的碳含量。
[0015] 进一步的，在装料步骤，用锰铁进行锰的合金化，锰铁的加入量超过全部锰合金化 用材料加入量的60%以上，其中锰铁包括高碳锰铁、中碳锰铁、低碳锰铁、或者微碳锰铁。
[0016] 进一步的，吹炼之前一次性加入全部锰合金化用炉料，或加入全部锰合金化炉料 量的60 %以上，其中用于锰合金化的锰铁全部加入。
[0017] 进一步的，吹炼之如加入的金属材料为娃铁、错徒、错娃、错娃铁、娃猛合金、金属 锰、电解锰、废钢或者所炼产品中包含的其他元素的合金化用材料中的任意一种或者两种 以上的任意比例的混合。
[0018] 进一步的，为尽快成渣，便于脱磷，还可以加入吹氧阶段造渣用的氧化铁鳞或者萤 石中的任意一种或者两种，吹氧阶段造渣用氧化铁鳞加入量小于或等于石灰和白云山总加 入量的15%，萤石加入量为石灰和白75：山总加入量的1/3以下。
[0019] 进一步的，脱碳期开吹钢水中碳含量大于或等于2.0%，钢水温度高于或等于 1500°C ;脱碳期包含若干个阶段，第一个阶段的氧/氩比< 2:1，脱碳到0. 2%~0. 3% ;第 二个阶段的氧/氩比< 1:3,脱碳到0.1%~0.08% ;第三个阶段的氧氩比< 1:5,脱碳到 0. 01 %~0. 03% ;然后停止吹氧脱碳，改吹氩气。
[0020] 进一步的，低碳高锰含量钢水为汽车用低碳高锰孪晶诱导塑性钢（TWIP)或者具 有相变诱导塑性效应的低碳高锰相变诱导塑性钢（TRIP);低碳高锰TWIP钢中锰的含量为 15%~33%，碳含量彡0. 06%;低碳高锰TRIP中锰的含量为8~15%，碳含量彡0. 06%。
[0021] 本发明的用A0D冶炼低碳高锰含量钢水的方法与现有技术相比较，其有益效果 是：
[0022] (1)采用锰铁，特别是高碳锰铁进行锰的合金化，原料成本大大降低。
[0023] 现有技术采用价格昂贵的金属锰或电解锰进行锰的合金化，本发明采用价格低廉 的锰铁，特别是高碳锰铁进行合金化，可大大节省原料成本。
[0024] (2)A0D冶炼过程中锰的烧损低，合金元素的收得率高。
[0025] 本发明在A0D的吹氧脱碳阶段，采用高的开吹碳含量，较高的温度，较低的氧/氩 比进行吹炼，符合"去碳保锰"的热力学原理：
[0026] [C] + (MnO) = C0(g) + [Mn]
[0027] 锰的收得率可达92%以上。
[0028] (3)便于TWIP钢的低成本大规模工业生产，生产效率高，操作方便，工艺简单成 熟。
[0029] 本发明采用钢铁厂现行成熟的生产设备进行大规模生产，效率高，操作方法、工艺 成熟、操作方便，对原料的要求低，对原料适应性强。原料成本和操作成本均大幅度降低。
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