[发明专利]一种直接炼钢合金化金属氧化物包芯线及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于直接炼钢合金化工艺技术领域，更具体地说，涉及一种直接炼钢合金化金属氧化物包芯线及其制作方法。

背景技术

现代工业和科学技术的迅速发展对金属材料的使用性能和经济性提出了越来越高的要求。其中，钢铁产品中的合金钢就是为了进一步改善和提高钢的性能，在冶炼时有目的地在碳钢基础上加入某些特殊元素，使之具备各种特殊性能的钢种。合金钢目前已被广泛用于我国国防及现代化建设中，是一种重要的材料基石。

目前，主要合金元素通常是在炼钢过程中以铁合金或金属单质的形式加入钢液，而硅铁、镍铁、钒铁、金属锰等铁合金是通过将金属矿物、废钢、铁矿石、造渣料、还原剂等在高炉、电炉、矿热炉等设备中在高温下进行冶炼而成的，铁合金在冶炼过程中能耗较高，且会产生大量废气、废渣，金属收得率低，不仅资源浪费大，而且对环境污染严重，不符合现代工业的发展要求。今后，铁合金生产行业将会在国家实施综合治理和限制生产的前提下逐渐进行淘汰。因此，开发不使用铁合金或少用铁合金的合金钢冶炼工艺对于21世纪合金消耗量大的炼钢工业就具有重大的战略意义。

近年来，国、内外开展的矿物直接合金化炼钢工艺，就是实现在炼钢过程中直接将矿物加入到钢液中，使利用还原反应生成的合金元素进入钢液而达到合金化目的的一种节能、环保、低成本炼钢的新工艺，也是今后现代炼钢工业发展的一个方向。

与传统合金钢冶炼工艺相比，矿物直接合金化炼钢具有以下特点：(1)利用矿物直接合金化冶炼合金钢工艺，可省去冶炼铁合金的流程，从而简化炼钢流程；(2)传统合金钢冶炼工艺中合金化使用的合金，必须首先经过铁合金冶炼过程，且炼钢时又经过重新加热、熔化进入钢液，从而造成能源的重复消耗，而矿物直接合金化炼钢技术则可显著降低能源消耗；(3)钨、钼等熔点较高的合金，在高温熔化过程中，会因挥发造成大量损耗，传统合金钢冶炼工艺中从合金冶炼到炼钢过程合金的使用，合金元素收得率只有85-90％。而矿物直接合金化炼钢，合金元素收得率可提高到95％，大大提高了资源利用率，减少了资源浪费；(4)采用矿物直接合金化炼钢可有效避免合金冶炼过程中消耗大量能源、矿石、熔剂、焦炭等还原剂，并减少废气、烟尘、废渣等对环境的污染；(5)国外研究资料表明，矿物直接合金化炼钢可降低炼钢合金成本5-25元/t，经济效益较显著。

为了有效解决合金冶炼过程带来的耗能较高，冶炼金属收得率低，资源浪费大、产生的废渣和废气污染环境大等问题，目前，国外炼钢发达工业国家已普遍采用矿物直接合金化技术来生产合金钢和特种钢，矿物直接合金化炼钢技术也成为近年来国外现代炼钢工业高效、低耗、低成本和洁净环保炼钢的发展方向。

目前欧洲发达国家、澳大利亚及日本等国通常是采用将金属氧化物与其它合金压球直接从转炉、电炉加入，或在出钢时加入钢包内，利用电炉冶炼过程的还原气氛，转炉碳-氧反应及钢包炉的还原气氛来还原金属的直接合金化炼钢工艺。从九十年代，国内一些大专院校和科研机构也有从事类似研究的报道和专利成果文献资料的公开。如，中国专利申请号为：03146211.1，申请日为：2003年07月04日的发明专利公开了一种锰氧化物直接合金化炼钢工艺，该申请案即是将锰氧化物配加还原剂、发热剂、催化剂等，然后混匀并通过粘结剂配制成锰合金球团，在电炉或转炉出钢过程中将锰合金球团分批加入到钢水中，利用钢水高温将锰从锰氧化物中直接熔融还原成金属锰而对钢水进行直接合金化。

但金属氧化物采用以上方式进行直接合金化炼钢时，操作方式不稳定、钢水氧化性变化、渣量大小、炉渣碱度高低、钢水温度变化及一些金属氧化物沸点较低，易挥发等不确定因素均对金属收得率的影响较大。如，在精炼过程中加入金属氧化物球团，由于受钢包搅拌和顶渣的各种影响，加入的金属氧化物不能充分与钢水接触，从而导致金属的收得率相对较低，且金属氧化物球团需要一定的时间进行熔化，精炼时间较长，给精炼生产调度带来难度。又如，当需要直接合金化炼钢所用金属氧化物的沸点较低时，其在高温下挥发较严重，从而导致金属的收得率较低且不稳定。国内外研究及工业化试验成果表明，采用金属氧化物直接合金化炼钢工艺或方法，金属收得率波动在80-96％之间。因此，给实际生产和钢种成份控制稳定性带来了较大的难度，很难形成一种成熟的工艺应用于实际生产。同时，金属收得率的不稳定，也使得金属氧化物消耗增加，生产成本也会增加。因此，如何提高直接合金化炼钢时金属元素的收得率，并保证金属收得率的稳定性是矿物直接合金化炼钢技术发展亟需解决的问题，也是困扰了国内外研究者较长时间的问题。