[发明专利]一种基于锰铁还原脱磷冶炼低磷高锰钢的方法

说明书

本发明属于高锰钢冶炼技术领域，特别涉及基于锰铁还原脱磷冶炼低磷高锰钢的方法。通过中频感应炉对锰铁在还原气氛条件下进行脱磷处理，获取较低磷含量的熔融锰铁，随后与电弧炉氧化期冶炼所获得的低磷钢水在LF精炼炉混合，使钢中Mn含量达到高锰钢的要求，并在还原气氛条件下进行冶炼，调节钢水成分和温度，达到目标钢种成分要求后出钢。另一方面，将电弧炉氧化脱磷渣与中频感应炉还原脱磷渣在高温条件下进行混合，利用氧化脱磷渣中的FeO、MnO等氧化物将还原渣中的磷化物氧化成为高价态磷的氧化物，避免还原脱磷渣中磷化物的危害，同时所得副产品高磷渣可用于磷肥的制作。该方法可降低高锰钢最终产品的磷含量，提高高锰钢服役性能，提高生产效率，降低生产成本，同时获得高磷渣资源。

技术领域

本发明属于高锰钢冶炼技术领域，特别涉及基于锰铁还原脱磷冶炼低磷高锰钢的方法。

背景技术

高锰钢是指锰含量在10%以上的合金钢，具有较强的抗冲击性和高压环境下抗磨损性，是生产耐磨材料的理想材料，被广泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、电力、煤炭等机械设备中。

近年来，我国高速铁路、采矿等行业快速发展，设备服役环境急剧恶化，对于设备性能提出了更高的要求。传统冶炼工艺生产的高锰钢存在P元素含量高的缺点，会恶化高锰钢的力学性能和铸造性能，降低钢的韧性、塑形和强度，诱发高锰钢冷裂和热处理裂纹的产生。降低P含量可以有效防止裂纹的产生和零部件的早期断裂，提高装备的使用寿命。高锰钢作为特种钢之一，常采用电弧炉进行冶炼，电弧炉兼具氧化性环境与还原性环境，可实现电炉内氧化脱磷和还原脱硫的功能。在电炉氧化性环境下，可将P等杂质元素氧化并脱除至较低含量。在高锰钢冶炼中锰铁合金是Mn元素的主要来源，Mn比Fe更活泼，所以只能在还原气氛条件下添加锰铁合金，即在电弧炉还原期添加锰铁合金，以避免Mn元素的大量氧化烧损。由于还原期无法实现脱P，锰铁合金中携带的0.15%左右的P元素会全部进入钢液中，无法脱除。因此，降低加入锰铁进行合金化之前钢液中的P含量和降低锰铁中的P含量是高锰钢生产工艺中控制最终产品P含量的必然途径。

专利公告号CN102409138B，名称为“一种轨道辙叉用合金钢的制作工艺”的中国发明专利中提出，在粗炼时将钢水中C含量控制在0.50%以上，温度控制在1560^oC以上，炉渣流动性良好时进行吹氧，以达到去磷的目的。专利公告号CN113061798A，名称为“一种合金化高锰钢的冶炼工艺”的中国专利中，提出将炉料完全熔清后，在温度大于1560^oC以上进行吹氧，脱磷脱碳。两种高锰钢冶炼方法均只在电炉的熔化期与氧化期进行脱磷处理。然而，根据电弧炉炼钢目前工艺水平，氧化期结束时钢水中P含量最低为0.005%左右，还原期兑入锰铁后，钢水中的P含量增加，一般最终成品的P含量虽可以符合相关产品标准的要求，但已无下降空间。专利公告号CN112813351B，名称为“一种高锰钢及其冶炼方法”的中国专利中，提出利用含量在95%以上的金属锰作为合金料冶炼高锰钢，金属锰中的P含量较低，这种处理方法虽然可以显著降低最终产品的P含量，但高纯金属锰成本极高，会造成最终产品成本的大幅上涨，不利于长期的批量生产和经营。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种成本低而且能有效降低钢中P含量的高锰钢冶炼方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于锰铁还原脱磷冶炼低磷高锰钢的方法，包括如下步骤：

S1：以废钢为原料，采用电弧炉冶炼高锰钢，待废钢熔化后，进行氧化脱磷，脱磷完成后扒出氧化脱磷渣得到低磷钢液，得到的氧化脱磷渣冷却后破碎并放入渣罐备用，所得低磷钢液在1460-1580℃范围内时由钢包运输至LF钢包精炼炉；

以中碳锰铁为原料，按电弧炉冶炼高锰钢时废钢质量的20%作为添加量，利用中频感应炉将中碳锰铁升温至熔融状态，并将熔融状态的中碳锰铁保持在温度1300^oC-1400^oC；