专利名称：一种碳锰合金材料及其制备方法和应用该材料的炼钢方法
技术领域：
本发明涉及一种碳锰合金材料及其制备方法和应用该碳锰合金材料的炼钢方法。
背景技术：
对于转炉冶炼中、高碳钢的工艺，增碳剂的加入一般都采用在出钢过程中随钢流加入，按下限进行粗调，然后在精炼工序再对碳含量进行精调来达到钢水的碳含量要求。通常，用做转炉终点钢水的增碳剂是各种高碳材料，例如石墨、石油焦和无烟煤等，这类高碳材料的应用较为广泛。但这类增碳材料的颗粒较小，几乎为粉状，其密度远远小于炉内钢渣密度，在向钢包内添加这类增碳材料颗粒时，极易产生扬尘，造成环境污染，并且一部分颗粒还会被除尘系统抽掉；此外，加入到钢包内的增碳材料的颗粒漂浮在钢渣上，由于钢包内温度较高，其中一部分颗粒被烧损而损失。上述原因导致冶炼钢种成分不稳定、合格率低等，无烟煤增碳剂的回收率的波动范围较宽，一般处于65-90重量％的范围内；同时，增碳剂的加入引入不少伴生夹杂物，严重影响了钢水质量；并且，当钢水中氧活度较高时，增碳剂的加入易使钢水产生强烈的翻腾，严重时钢水会翻出钢包，影响设备和人员的安全。
发明内容
本发明针对现有技术中转炉终点钢水增碳工艺存在的不足，提供一种使碳和锰的回收率高且稳定的增碳用碳锰合金材料及其制备方法和应用该碳锰合金材料的炼钢方法。本发明提供了一种碳锰合金材料，其中，该碳锰合金材料含有C、Mn、!^e和Al，且以该碳锰合金材料的总量为基准，C的含量为30-45重量％，Mn的含量为30-45重量％，狗的含量为1-25重量％，Al的含量为3-10重量％，P的含量< 0. 15重量％，S的含量< 0. 15 重量％，N的含量彡0. 1重量％，水分的含量彡0. 5重量％。本发明还提供了一种碳锰合金材料的制备方法，其中，该方法包括将含碳材料颗粒、含锰材料颗粒、含铁材料颗粒、含铝材料颗粒和粘合剂混合均勻后造粒并干燥，得到碳锰合金材料；所述含碳材料颗粒、含锰材料颗粒、含铁材料颗粒、含铝材料颗粒和粘合剂的用量使得以该碳锰合金材料的总量为基准，C的含量为30-45重量％，Mn的含量为30-45重量％，狗的含量为1-25重量％，A1的含量为3-10重量％，P的含量< 0. 15重量％，S的含量< 0. 15重量％，N的含量< 0. 1重量％，水分的含量< 0. 5重量％。本发明还提供了一种炼钢的方法，该方法包括将铁水进行初炼，然后将初炼得到的钢水出钢到钢包中，在将钢水出钢到钢包中的过程中，将碳锰合金材料与钢水混合，其中，所述碳锰合金材料为本发明提供的碳锰合金材料。采用本发明的碳锰合金材料能稳定地对钢水进行增碳或增锰，解决了冶炼钢种成分不稳定、合格率低的问题，碳和锰的回收率高而且稳定，碳和锰的回收率均能稳定地控制在90-96重量％之间，且对环境友好；采用本发明的方法可以有效的降低转炉炼钢成本。
具体实施方式
按照本发明，所述碳锰合金材料含有C、Mn、Fe和Al，且以该碳锰合金材料的总量为基准，C的含量为30-45重量％，优选为31-40重量％;Mn的含量为30-45重量％，优选为 31-40重量％ ；Fe的含量为1-25重量％，优选为15-25重量％ ；Al的含量为3_10重量％， 优选为4-8重量％ ；P的含量< 0. 15重量％，S的含量< 0. 15重量％，N的含量< 0. 1重量％，水分的含量< 0. 5重量％。在本发明中，所述碳锰合金材料的粒度大小可以根据实际情况选择，优选情况下， 一方面为了使碳锰合金材料充分熔化以起到增碳和初步合金化的作用，又能够避免因部分颗粒被烧损而损失而导致冶炼钢种成分不稳定、合格率低，碳的回收率的波动范围较宽且不稳定的问题，所述碳锰合金材料优选为粒度为5-20mm，更优选为12_18mm的颗粒。所述碳锰合金材料的粒度是指碳锰合金颗粒(块)的一侧到与之相对的另一侧的最大距离，例如， 所述碳锰合金材料为球状时，则所述粒度是指所述碳锰合金球的直径。当使本发明提供的碳锰合金材料的粒度处于上述优选范围内时，在将钢水出钢到钢包中的过程中，将碳锰合金材料与高速流动的钢水混合时，该碳锰合金材料易于均勻地分散在钢水中，不但能够获得稳定的碳、锰回收率，而且能够大大提高成品钢的质量，同时可以降低成本。在炼钢生产中，铝是与钢水中氧结合能力很强的元素，用铝脱氧可有效降低氧含量，本发明的发明人发现，在碳锰合金材料中配以一定量的铝可有效减轻钢水中的氧活度， 从而减轻碳氧反应的强度，因此，有效地减轻了钢水的翻腾。同时，铝可以细化钢组织晶粒， 从而提高钢材冲击韧性，降低冷脆和时效倾向性。但是，由于铝的比重轻，单独使用铝脱氧， 则有燃点低、烧损大、利用率较低的缺点，为了解决用铝脱氧存在的问题，本发明的发明人在所述碳锰合金材料中配以一定比例的锰元素，而有效解决了铝比重较小的问题。因此，采用发明提供的碳锰合金材料不但能够达到增碳、增锰的目的，同时还能够提高脱氧率，并且在某些钢种例如45钢种中能达到增铝从而改善钢种质量的目的。按照本发明，除了使所述碳锰合金材料中含有铝，并保证各组分的含量以及得到的粒度处于本发明的范围内之外，具体制备方法和条件可以按照常规的制备方法进行制备。例如，所述碳锰合金材料的制备方法包括将含碳材料颗粒、含锰材料颗粒、含铁材料颗粒、含铝材料颗粒和粘合剂混合均勻后造粒并干燥，得到粒度优选为5-20mm，更优选为 12-18mm的碳锰合金材料颗粒；所述含碳材料颗粒、含锰材料颗粒、含铁材料颗粒、含铝材料颗粒和粘合剂的用量使得以该碳锰合金材料的总量为基准，C的含量为30-45重量％，优选为31-40重量％ ；Mn的含量为30-45重量％，优选为31-40重量％ ；Fe的含量为1_25重量％，优选为15-25重量％ ；Al的含量为3-10重量％，优选为4_8重量％ ；P的含量< 0. 15 重量％，S的含量彡0. 15重量％，N的含量彡0. 1重量％，水分的含量彡0. 5重量％。其中，所述含碳材料颗粒、含锰材料颗粒以及含铁材料颗粒、含铝材料颗粒和粘合剂的种类可以为本领域公知的各种碳质材料、含锰材料、含铁材料、含铝材料以及粘合剂 (优选为无水粘合剂)。例如，所述含碳材料可以为碳粉，所述碳材料的碳含量一般为70-80 重量％。一般可以采用高碳锰铁细粉作为含锰材料以及含铁材料，以同时提供锰和铁，所述高碳锰铁细粉为生产高碳锰铁后破碎产生的粉料，其中，锰含量一般为70-80重量％，碳含量一般为5-10重量％，铁含量一般为10-25重量％。所述含锰材料的颗粒直径可以为0. l_5mm，所述高碳锰铁材料的粒度分布情况优选为0. l_2mm范围占45-55重量％，2-3mm 占16-22重量％，3-5mm范围占23-39重量％。所述含铝材料一般为铝块干磨后得到；所述含铝材料的铝含量一般为大于或等于 98重量％。所述含铝材料的颗粒直径为l_3mm。所述含铁材料也可以为铁粉，以作为补充或单独提供铁；所述含铁材料的铁含量为大于或等于98重量％ ；所述含铁材料的颗粒直径为0. l-5mm。所述粘合剂可以选自酚醛树脂、水玻璃、聚乙烯醇和膨润土中的一种或多种，所述粘合剂的用量只要保证使各组分能够混勻并成型即可，通常情况下，所述粘合剂的用量可以为含碳材料颗粒、含锰材料颗粒、含铁材料颗粒、含铝材料颗粒和粘合剂的总重量的 2-3%。所述造粒的方法和条件为本领域技术人员所公知，例如，可以采用压制的方法进行造粒，压制的压力可以为30-60兆帕；温度一般为常温(如15-35°C )。所述干燥的条件可以为常规的制备压制类合金材料的干燥条件，例如，所述干燥的条件可以包括干燥的温度和时间，所述干燥的温度可以为70-110°C，干燥的时间可以为 10-60分钟。按照本发明，在将钢水出钢到钢包中的过程中，将碳锰合金材料与钢水混合的方式对冶炼得到的钢水的质量的影响差别不大，例如，可以将碳锰合金材料分批加入到钢水中与钢水混合，也可以将碳锰合金材料连续加入到钢水中与钢水混合。优选情况下，在将钢水总出钢量的1/4-2/3，更优选为1/3出钢到钢包中时，将碳锰合金材料一次性全部加入至钢包中与钢水混合，为了操作方便，优选在出钢过程中随钢流加入所述碳锰合金材料。按照本发明，可以视钢水成分和工艺要求以及碳锰合金材料中碳及锰的含量计算需要加入的碳锰合金材料的重量，以满足对钢水进行预脱氧合金化和增碳后钢水的成分要求，一般情况下，所述碳锰合金材料的用量可以为4-20千克/吨钢水，优选为4-15千克/ 吨钢水。按照本发明，为了进一步提高和稳定碳和锰的回收率，所述出钢过程在吹氩气的条件下进行，所述吹氩气的条件可以为本领域技术人员所公知的条件，例如，所述氩气的供气强度为0. 062-0. 092Nm3/吨钢·小时，优选为0. 065-0. 082Nm3/吨钢·小时；供气压力为 0. 09-0. 14Mpa，优选为 0. 09-0. 12Mpa。优选情况下，在出钢过程中进行挡渣，以进一步提高钢水质量，优选将钢包渣厚度控制在< 100mm。在出钢后，对钢包中的钢水进行调温处理，以及将钢水进行真空精炼和合金微调的方法和条件以及将真空精炼和合金微调后的钢水注入中间包并将钢水从中间包浇注到结晶器中，进行连铸，得到连铸坯的方法和条件可以按照本领域常规的方法和条件进行，在这里不再赘述。本发明转炉炼钢的方法，可以对多种类型的钢水进行增碳、增锰，例如20C、35钢、 45钢等钢种。下面将通过实施例对本发明进行进一步的详细描述。在下述实施例中，通过GBN-2008A七元素自动分析仪采用国家标准GB/T222分析碳锰合金材料的成分及含量。成品钢中碳的回收率、碳的回收率和脱氧率按下式计算
碳的回收率=合金化结束后钢中碳的总增加量/所加入的碳锰合金材料中碳的
总重量。锰的回收率=合金化结束后钢中锰的总增加量/所加入的碳锰合金材料中锰的
总重量。脱氧率=(原钢水中氧的总重量-成品钢中氧的总重量)/原钢水中氧的总重量。实施例1该实施例用于说明本发明提供的碳锰合金材料的制备方法及转炉炼钢方法。各种材料比例以总量100千克计，将44. 59千克的碳粉(含碳75重量％，平均颗粒直径为Imm) ,47. 3千克的高碳锰铁细粉(含锰74重量％，含碳7重量％，平均颗粒直径为1. 5mm)、5. 41千克的铝粉(含铝98重量％，平均颗粒直径为Imm)与2. 7千克的酚醛树脂粘合剂均勻混合，通过压球机压制成球(压制压力为49兆帕，压制温度为常温25°C )，然后用烘烤炉在100°C下干燥30分钟，所得碳锰合金材料的成分如表1所示。表 权利要求
1.一种碳锰合金材料，其特征在于，该碳锰合金材料含有C、Mn、Fe和Al，且以该碳锰合金材料的总量为基准，C的含量为30-45重量％，Mn的含量为30-45重量％，狗的含量为 1-25重量％，Al的含量为3-10重量％，P的含量彡0. 15重量％，S的含量彡0. 15重量％， N的含量< 0. 1重量％，水分的含量< 0. 5重量％。
2.根据权利要求1所述的碳锰合金材料，其中，以所述碳锰合金材料的总量为基准，所述C的含量为31-40重量％，Mn的含量为31-40重量％，Fe的含量为15-25重量％，Al的含量为4-8重量％ ；P的含量< 0. 15重量％，S的含量< 0. 15重量％，N的含量< 0. 1重量％，水分的含量< 0. 5重量％。
3.根据权利要求1或2所述的碳锰合金材料，其中，所述碳锰合金材料为粒度为 5-20mm的颗粒。
4.一种碳锰合金材料的制备方法，其特征在于，该方法包括将含碳材料颗粒、含锰材料颗粒、含铁材料颗粒、含铝材料颗粒和粘合剂混合均勻后造粒并干燥，得到碳锰合金材料； 所述含碳材料颗粒、含锰材料颗粒、含铁材料颗粒和含铝材料颗粒的用量使得以该碳锰合金材料的总量为基准，C的含量为30-45重量％，Mn的含量为30-45重量％，Fe的含量为 1-25重量％，Al的含量为3-10重量％，P的含量彡0. 15重量％，S的含量彡0. 15重量％， N的含量< 0. 1重量％，水分的含量< 0. 5重量％。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述含碳材料颗粒、含锰材料颗粒、含铁材料颗粒和含铝材料颗粒的用量使得以该碳锰合金材料的总量为基准，C的含量为31-40重量％， Mn的含量为31-40重量％，Fe的含量为15-25重量％，Al的含量为4_8重量％ ；P的含量 ^0. 15重量％，S的含量<0. 15重量％，N的含量<0. 1重量％，水分的含量<0.5重量％。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述碳锰合金材料为粒度为5-20mm的颗粒。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述含碳材料的碳含量为70-80重量％，含碳材料的颗粒直径为0. l-2mm ；所述含锰材料的锰含量为70-80重量％，含锰材料的颗粒直径为0. l-5mm ；所述含铝材料的铝含量为大于或等于98重量％，含铝材料的颗粒直径为 l-3mm ；所述含铁材料的铁含量为大于或等于98重量％，含铁材料的颗粒直径为0. l_5mm。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，所述粘合剂选自酚醛树脂、水玻璃、聚乙烯醇和膨润土中的一种或多种；所述粘合剂的用量为含碳材料颗粒、含锰材料颗粒、含铁材料颗粒、含铝材料颗粒和粘合剂的总重量的2-3%。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，所述干燥的条件包括干燥的温度为70-110°C，干燥的时间为10-60分钟。
10.一种炼钢方法，其特征在于，该方法包括将铁水进行初炼，然后将初炼得到的钢水出钢到钢包中，并在将钢水出钢到钢包中的过程中，将权利要求1或2所述的碳锰合金材料与钢水混合。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述碳锰合金材料的用量为4-20千克/吨钢水。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，在将钢水总出钢量的1/4-2/3出钢到钢包中时，将碳锰合金材料与钢水混合；所述出钢过程在吹氩气的条件下进行，氩气的供气强度为 0. 062-0. 092Nm3/ 吨钢·小时、供气压力为 0. 09-0. 14Mpa。
全文摘要
碳锰合金材料及其制备方法，其中，该碳锰合金材料含有C、Mn、Fe和Al，且以该碳锰合金材料的总量为基准，C的含量为30-45重量％，Mn的含量为30-45重量％，Fe的含量为1-25重量％，Al的含量为3-10重量％，P的含量≤0.15重量％，S的含量≤0.15重量％，N的含量≤0.10重量％，水分的含量≤0.5重量％。本发明还提供了一种应用该碳锰合金材料的炼钢方法。采用本发明的碳锰合金材料能稳定地对钢水进行增碳或增锰，解决了冶炼钢种成分不稳定、合格率低的问题，碳和锰的回收率高而且稳定，碳和锰的回收率均能稳定地控制在90-96重量％之间，此外，还能同时提高成品钢的脱氧率。
文档编号C21C7/00GK102312149SQ20101021529
公开日2012年1月11日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者曾建华, 李安林, 李桂军, 李清春, 杨森祥, 梁新腾, 陈永 申请人:攀钢集团攀枝花钢钒有限公司, 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司, 攀钢集团研究院有限公司, 攀钢集团钢铁钒钛股份有限公司