[发明专利]一种高质量低磷硫高合金钢的混炼方法

说明书

(一)技术领域：本发明涉及冶金工业，是一种高质量低磷硫高合金钢的混炼方法。

(二)背景技术：高合金钢主要指工模具钢、不锈钢、耐热钢、叶片钢、阀门钢、高速工具钢、高温合金及其新产品等。这些钢、合金或其电渣母材的冶炼通常采取下列四种方法：

第一种方法：非真空感应炉或真空感应炉。

第二种方法：非真空感应炉或真空感应炉+炉外精练(LF、VD、VOD、RH统称为钢包精炼炉，其操作称二次冶炼或钢包精炼；LF：精炼时钢包底部吹氩气，上部采用三相电极加热；VD：精炼时钢包底部吹氩气，再采用蒸汽喷射泵抽真空，称钢包真空处理；VOD：精炼时钢包底部吹氩气，在真空状态下上部吹氧降碳，可完成真空氧化、真空还原操作；RH：精炼时快速循环的钢液经过真空室达到去气去夹杂的目的)。

第三种方法：电弧炉氧化法、返回吹氧法和装入法。

第四种方法：电弧炉+炉外精练(LF、VD、VOD、RH)。

随着高合金钢的反复使用，高合金钢中的磷(P)、硫(S)、铜(Cu)、锡(Sn)、铅(Pb)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)等微量有害元素愈来愈高，以致于超过国家标准，严重影响到钢材质量和使用寿命，无论采取上述四种方法种的哪一种，要同时降低钢中磷、硫、五害和微量有害元素的含量，技术难度较大，生产成本高，唯一的手段就是电弧炉采用氧化法冶炼，这种冶炼方式只是对磷具有强效作用，对除去钢中微量有害元素及五害元素的作用并不明显，且合金元素的收得率、返回料的利用率、连续生产的作业率、合金元素回收率的稳定性都较低；冶炼成本、操作难度、劳动强度均比电弧炉返回吹氧法和装入法要高。采用返回吹氧法、装入法或感应炉冶炼，虽然返回料的利用率、连续生产的作业率较高，但钢中磷、铜及五害元素都无法去除，由于电弧炉的返回吹氧法和装入法以及感应炉本身功能上的缺陷，钢中磷、铜及五害元素含量的多少取决于返回料及各种铁合金，通过工艺手段是无法控制和降低的，问题的关键恰好这些返回料在反复使用过程中磷、铜、五害元素及有害微量元素的累积越来越高，加上高合金钢中加入的各种铁合金较多，而常用的铁合金中的磷普遍较高，如60％低碳铬铁中最低的磷含量为0.030％，最高为0.060％；60％高碳铬铁中磷为0.040％-0.060％；65％钼铁为0.05％；30％钛铁为0.05％；40％钒铁为0.10％-0.20％；60％铌铁为0.05％-0.30％；80％钨铁为0.030-0.05％。显然按照上述目前常用的四种冶炼方法生产高合金钢，其钢中磷、五害元素、微量有害元素等处于一种无法控制状态，唯一能控制磷含量的氧化法则是一种低产出、高能耗、劳动强度大、生产成本高且不能连续作业的落后方式。要达到同时降低钢中磷、硫、五害及有害微量元素的高合金钢，取代进口材料，必须采用新的冶炼方法。

(三)发明内容：本发明的目的就是要解决目前常用的四种冶炼方法生产高合金钢，其中磷、五害元素、微量有害元素无法控制的问题，提供一种高质量低磷硫高合金钢的混炼方法。

资料报告显示：当钢中磷含量在0.015％以下时，冷作模具钢的力学性能和使用寿命提高近一倍；钢中硫含量控制在0.005％以下，化工用304L、316L不锈钢的休氏试验合格率能达到90％以上；制管用H11芯棒，其Sn+Sb+As≤0.035％、Cu≤0.07％、H+O≤22×10^-6作为材料的重要验收指标；高压锅炉管用T91、T92管坯，对钢中微量元素的要求极为严格，五害要求As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.035％、H+O≤0.008％、Cu≤0.16％、P+S≤0.030％，这些我国主要依赖进口的材料，采用目前常用的四种高合金钢冶炼方法是难以满足要求的。“一种高质量低磷硫高合金钢的混炼方法”冶炼高合金钢的主要任务是主控元素(C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、W、Nb、Ti等)符合国家标准、行业标准、国际标准的要求；充分降低标准中有明确要求的微量元素(如P、S、Cu等)、标准中未作具体要求的五害元素(Sn、Sb、As、Pb、Bi)及微量有害元素(如Al、Ti等)和气体元素(N、H、O)在钢中的含量，以便提高钢或合金的综合力学性能、材料的等向性和使用寿命。

本发明的具体方案是：首先选用矿石装入高炉冶炼，再将高炉炼出的铁水或生铁装入电炉或转炉进行连续氧化法冶炼，其特征是：同时在另一感应炉或电炉中装入铁合金或返回料进行连续装入法冶炼；将前述电炉或转炉炼出的铁水和感应炉或电炉炼出的铁合金在钢包混合进行炉外精炼，钢锭模浇注。