一种汽车用含钒钛钢合金化冶炼方法与流程

本发明涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种汽车用含钒钛钢合金化冶炼方法。

背景技术：

作为全球最大的汽车生产国，高速发展的汽车产业给我国钢铁行业带来了巨大的发展空间，同时也提出了汽车轻量化和绿色环保的新要求。实践表明实现汽车轻量化最有效、可靠性高、性价比高的方法之一是提高汽车先进高强钢和超高强钢的应用比例，通过结构薄壁化、优化零件结构等方法实现车身轻量化。然而，随着汽车先进高强钢强度的增加，材料延展性降低、回弹增加，对材料的成形性和焊接性造成不利影响，提高了汽车制造企业的加工难度和制造成本；同时为了提高钢材的强度，需要加入大量的v、ti、nb、b等合金元素或采取qp、热成形等新工艺，增加了钢铁企业的生产成本和难度，而钒价格的持续升高更加大了成本投入。对此，如何开发低成本汽车用含钒钛钢成为技术人员亟待解决的难题。

以河北承德和攀西为主的钒钛磁铁矿冶炼的含钒钛铁水中含有大量的合金元素，包括钒、钛、铬、硅、锰、磷、硫等，钒、钛和硅等元素在转炉提钒过程中以钒渣的形式脱除，而磷、硫主要通过铁水预处理脱除，其它元素在转炉冶炼过程基本被脱除，即所谓的含钒钛铁水的“转炉提钒+转炉炼钢”的双联工艺。而采用含钒钛铁水生产含钒钛钢时，前期需通过提钒炼钢的双联工艺去除铁水中的钒、钛等有益元素，而后又必须在转炉出钢过程或lf精炼过程，通过添加钒铁或氮化钒铁、钛铁等合金的方式得到满足钒、钛含量成分的合格钢水。而钒合金与钛合金主要通过从钒渣中提取，再经过一系列的化工工艺合成而得。即利用钒钛磁铁矿生产含钒钛钢时，钒、钛元素经过了从含钒钛铁水中脱除再加入的工艺，费时费力，浪费能源。

技术实现要素：

针对现有含钒钛钢生产成本高的问题，本发明提供一种汽车用含钒钛钢合金化冶炼方法。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种汽车用含钒钛钢合金化冶炼方法，至少包括以下步骤：

步骤a、将含钒钛铁水部分倒入放置有脱硫剂和脱磷剂的钢包中；

步骤b、将剩余的含钒钛铁水继续通过转炉冶炼得到终点钢水，出钢，将重点钢水倒入所述钢包中与含钒钛铁水混合获得混合钢水，并且在终点钢水出钢过程中，钢包进行底吹co和n2混合气体搅拌；

步骤c、采用lf炉对混合钢水进行精炼，得到含钒钛钢的钢水。

相对于现有技术，本发明提供的汽车用含钒钛钢合金化冶炼方法，具有以下优势：

(1)本发明在钢包底提前加入袋装脱磷剂和袋装脱硫剂，利用含钒钛铁水倒入时的冲击实现初步脱磷和脱硫，随后通过直接将含钒钛铁水作为合金与转炉钢水混合，提高了钢水中钒、钛元素含量，减少了磷铁、钒铁等合金加入量，降低了含钒钛钢合金成本；含钒钛铁水不经转炉冶炼成为合格钢水，节约了转炉熔炼成本；转炉不用考虑提钒效果，实现了少渣炼钢，节能减排效果显著；

(2)本发明在出钢过程中将钢包底吹co+n2混合气体与转炉出钢钢水的冲击相结合促进了钢水的搅拌，加强了熔池反应，降低了钢水氧活度，提高了钢水质量，同时n2还可以促进钒、钛反应生成氮化物或碳氮化物提高强塑性；

熔池反应：yco+mxoy＝yco2+xm，co+o＝yco2，co2+c＝2co；

n2反应：n+v＝vn，n+ti＝tin，xc+yn+v＝v(nxcy)

(3)转炉不用考虑提钒效果，省略了提钒工艺，同时含钒钛铁水未经转炉冶炼直接成为合格钢水，不用提钒工艺，减少了钢渣和节约了转炉熔炼成本，实现了少渣炼钢，对节能减排、简化工艺有重要意义；

(4)含钒钛铁水直接作为合金与转炉钢水混合，省略了含钒钛铁水的预处理工艺和转炉脱磷、提钒工艺，简化了冶炼工艺，缩短了生产周期，提高了生产效率。

本发明利用含钒钛铁水对汽车用含钒钛钢直接进行合金化的冶炼方法，通过含钒钛铁水与转炉冶炼后的钢水进行混合，实现利用含钒钛铁水中钒、钛合金元素对汽车用含钒钛钢进行钒、钛合金化，可显著降低汽车用含钒钛钢合金成本。

本发明用含钒钛铁水中的钒、钛元素，开发了汽车用含钒钛钢，提高了强塑性和弯曲加工性等，提高了产品质量，利于汽车轻量化和以薄代厚。

具体的，优选地，所述含钒钛铁水的化学成分重量百分比如下：c：4.0-4.6％、v：0.22-0.30％、ti：0.15-0.3％、p≤0.07％、s≤0.06％，其余为铁和不可避免的杂质，温度为1310-1390℃。

优选地，所述终点钢水的化学成分重量百分比如下：c：0.03～0.08％、p≤0.012％、s≤0.025％，其余为铁和不可避免的杂质，出钢温度1615-1665℃。

优选地，所述含钒钛钢的钢水的化学成分重量百分比如下：c：0.05-0.10％、si≤0.1％、mn：0.4-0.6％、v：0.02-0.04％、ti：0.015-0.050％、p≤0.015％、s≤0.01％、als：0.02-0.05％，其余为铁和不可避免的杂质，出站温度为1550-1590℃。

优选地，步骤b中，co和n2混合气体的流量为50-100ml/min，且所述co和n2的体积比为1.5-2.5：0.8-1.5。

钢包底吹气体流量为50-100l/min，并借助转炉出钢钢水的冲击促进了钢水的搅拌，加强了熔池反应，降低了钢水氧活度，提高了钢水质量；同时n2可以钒、钛反应生成氮化物或碳氮化物，提高强塑性。

优选地，步骤b中，出钢时间为4-7min。

优选地，步骤c中，精炼过程中进行脱硫、成分微调和温度控制，得到含钒钛钢的钢水。

lf精炼主要是进行脱硫、成分微调和温度控制，保证精炼出站钢水成分满足汽车含钒钛钢成分控制要求，出站温度满足连铸浇铸要求。

钒、钛及其碳氮化物在钢中起到细化晶粒和析出强化作用，故在汽车钢中加入一定量的钒、钛含量，可提高钢材的强塑性和弯曲成形性等，满足汽车用钢轻量化和以薄代厚的目的。

优选地，倒入钢包中的含钒钛铁水与终点钢水的质量比为13-17：142-152。

优选地，所述脱硫剂的质量为所述含钒钛铁水的质量的0.12-0.38％。

优选地，所述脱磷剂的质量为所述含钒钛铁水的质量的0.24-0.62％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的以含钒钛铁水为原料冶炼含钒钛钢的流程图；

图2是现有技术冶炼含钒钛钢流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参考附图1的流程图，本发明实施例提供一种汽车用含钒钛钢合金化冶炼方法，包括以下步骤：

步骤a、将20kg袋装脱硫剂和40kg袋装脱磷剂放置在空钢包包底；

步骤b、将13吨含钒钛铁水倒入放置有脱硫剂和脱磷剂的钢包中，运至转炉出钢口备用；其中，含钒钛铁水的化学成分重量百分比如下：c：4.0％、v：0.22％、ti：0.15％、p：0.05％、s：0.04％，其余为铁和不可避免的杂质，温度为1310℃；

步骤c、将剩余的含钒钛铁水继续通过转炉冶炼，不用考虑提钒效果，控制转炉冶炼终点钢水成分的化学成分重量百分比如下：c：0.03％、p：0.008％、s：0.015％，其余为铁和不可避免的杂质，转炉出钢温度1615℃；

步骤d、然后将转炉中的终点钢水出钢，出钢时间为4min，转炉倒入含钒钛铁水钢包的钢水质量为142吨，在转炉出钢过程中进行钢包底吹co和n2混合气体搅拌，流量为50l/min；

步骤c、采用lf炉对混合钢水进行精炼，对成分进行微调、脱硫和温度控制，保证lf炉精炼后含钒钛钢钢水的的化学成分重量百分比如下：c：0.05％、si：0.1％、mn：0.4％、v：0.02％、ti：0.016％、p：0.013％、s：0.008％、als：0.02％，其余为fe和不可避免的杂质；出站温度为1550℃。

实施例2

参考附图1的流程图，本发明实施例提供一种汽车用含钒钛钢合金化冶炼方法，包括以下步骤：

步骤a、将50kg袋装脱硫剂和80kg袋装脱磷剂放置在空钢包包底；

步骤b、将17吨含钒钛铁水倒入放置有脱硫剂和脱磷剂的钢包中，运至转炉出钢口备用；其中，含钒钛铁水的化学成分重量百分比如下c：4.6％、v：0.30％、ti：0.3％、p：0.068％、s：0.057％，其余为铁和不可避免的杂质，温度为1390℃；

步骤c、将剩余的含钒钛铁水继续通过转炉冶炼，不用考虑提钒效果，控制转炉冶炼终点钢水成分的化学成分重量百分比如下：c：0.08％、p：0.011％、s：0.023％，其余为铁和不可避免的杂质，转炉出钢温度1665℃；

步骤d、然后将转炉中的终点钢水出钢，出钢时间为7min，转炉倒入含钒钛铁水钢包的钢水质量为152吨，在转炉出钢过程中进行钢包底吹co和n2混合气体搅拌，流量为100l/min；

步骤c、采用lf炉对混合钢水进行精炼，对成分进行微调、脱硫和温度控制，保证lf炉精炼后含钒钛钢钢水的的化学成分重量百分比如下：c：0.10％、si：0.02％、mn：0.58％、v：0.04％、ti：0.050％、p：0.010％、s：0.002％、als：0.048％，其余为fe和不可避免的杂质；出站温度为1590℃。

实施例3

参考附图1的流程图，本发明实施例提供一种汽车用含钒钛钢合金化冶炼方法，包括以下步骤：

步骤a、将35kg袋装脱硫剂和60kg袋装脱磷剂放置在空钢包包底；

步骤b、将15吨含钒钛铁水倒入放置有脱硫剂和脱磷剂的钢包中，运至转炉出钢口备用；其中，含钒钛铁水的化学成分重量百分比如下c：4.3％、v：0.26％、ti：0.22％、p：0.06％、s：0.05％，其余为铁和不可避免的杂质，温度为1350℃；

步骤c、将剩余的含钒钛铁水继续通过转炉冶炼，不用考虑提钒效果，控制转炉冶炼终点钢水成分的化学成分重量百分比如下：c：0.05％、p：0.010％、s：0.020％，其余为铁和不可避免的杂质，转炉出钢温度1640℃；

步骤d、然后将转炉中的终点钢水出钢，出钢时间为5min，转炉倒入含钒钛铁水钢包的钢水质量为147吨，在转炉出钢过程中进行钢包底吹co和n2混合气体搅拌，流量为75l/min；

步骤c、采用lf炉对混合钢水进行精炼，对成分进行微调、脱硫和温度控制，保证lf炉精炼后含钒钛钢钢水的的化学成分重量百分比如下：c：0.07％、si：0.05％、mn：0.5％、v：0.03％、ti：0.035％、p：0.012％、s≤0.005％、als：0.035％，其余为fe和不可避免的杂质；出站温度为1570℃。

为了更好的说明本发明实施例提供的汽车用含钒钛钢合金化冶炼方法的特性，下面将实施例1-3制备的方法与现有技术进行比较，结果如下表1所示。其中现有技术参考图2提供的现有技术冶炼含钒钛钢流程图。

表1

从表1中可以看出，本发明实施例提供的利用含钒钛铁水对含钒钛钢进行合金化的方法减少了50钒铁、钛铁和石灰的加入量，虽然增加了脱硫剂和脱磷剂的用量，但是脱硫剂和脱磷剂的成本远远低于50钒铁、钛铁的成本，降低生产成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。