一种LF炉锰矿直接合金化的方法

本技术属于lf精炼，具体涉及一种lf炉锰矿直接合金化的方法。

背景技术：

1、锰是钢中的重要合金元素之一，对提高钢材的力学性能起着至关重要的作用。目前大多数钢铁企业主要采用在出钢过程中或者在精炼过程中采用锰合金的形式进行合金化，锰合金主要是将富锰矿经过还原来制备的，其制造过程是一个典型高污染、高能耗的过程，并且锰合金的价格显著高于锰矿，也使得钢材的合金化成本升高。为此，一些炼钢企业探索采用锰矿进行直接合金化，以降低生产成本。

2、在相关技术中，比如公开号为cn111411191a的中国发明专利记载了一种“半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法”，该方法采用双渣法，加入造渣材料和锰矿进行一次造渣吹炼，吹炼至碳含量为0.2％～0.4％时倒渣；加入造渣材料和锰矿自还原球进行二次造渣吹炼，吹炼至终点碳含量<0.06％出钢，由于一次倒渣时温度较高，不利于脱磷，二次造渣为了保证脱磷，终点碳含量控制在低于0.06％的较低水平，钢水过氧化严重，不利于锰的还原，并且该方法对转炉底吹强度要求较高，国内大部分钢铁企业转炉底吹强度难以达到要求。公开号为cn1470667a的中国发明专利记载了“一种锰氧化物直接合金化炼钢工艺”，其主要是将锰氧化物、还原剂、发热剂、催化剂等经破碎研磨成粉，再混匀、粘结成球团，利用直接熔融还原对钢水进行合金化，该方法球团的制备工序较为复杂、成本较高，并且钢水中的锰收得率受炉渣的氧化影响很大，导致锰的收得率波动较大。公开号为cn115717179a的中国发明专利记载了“一种转炉及精炼还原贫锰矿石中锰元素合金化方法”，该方法利用转炉和精炼炉共同加入锰矿来进行合金化，该方法对铁水成分以及转炉终点有较为苛刻的要求，并且转炉锰矿中锰的回收较低，只有约40％～50％。公开号为cn102758066a的中国发明专利记载了“一种用锰矿石在lf炉合金化的方法”，该方法主要是利用碳化硅对锰矿进行还原，该反应为液/固之间反应，同时碳化硅比重较轻，浮于渣层表面，锰矿还原速率较慢，造成了精炼时间长，还原度难以控制。

技术实现思路

1、1.要解决的问题

2、本发明针对现有技术中锰合金化过程中存在的锰矿还原速率低、精炼时间长、成本高及产生污染等问题之一，提供一种lf炉锰矿直接合金化的方法。

3、2.技术方案

4、第一方面，本技术提供了一种lf炉锰矿直接合金化的方法，包括：

5、s1.锰矿第一阶段还原：利用增碳剂和出钢钢流搅拌进行还原；

6、s2.锰矿第二阶段还原：利用钢水中硅的表面活性特性与降低渣金界面张力，促进钢渣乳化来还原。

7、具体地，前述的s1中，锰矿第一阶段还原的步骤包括：

8、(1)转炉/电炉出钢前测量钢水中溶解氧含量，并在钢包内加入石灰和预熔精炼渣；

9、(2)出钢时控制下渣量≤3kg/t钢，出钢至1/3时加入si-fe合金进行脱氧处理，出钢至1/2时加入锰矿、电石和增碳剂，出钢过程中全程吹氩；

10、(3)lf进站后通电升温，调整吹氩流量，加入锰矿和石灰。

11、具体地，前述的s2中，锰矿第二阶段还原的步骤包括：

12、(4)钢水升温至1550～1600℃，电极停止加热，向钢包内加入si-fe合金，调整吹氩流量，吹氩搅拌过程中分3～5次向钢包内加入石灰、预熔精炼渣和硅酸二钙；

13、(5)吹氩搅拌8～10分钟后，锰矿还原结束。

14、具体地，前述的步骤(1)中，石灰的加入量为3～5kg/t。

15、具体地，前述的步骤(1)中，预熔精炼渣的加入量为1～2kg/t。

16、具体地，前述的步骤(2)中，锰矿的加入量为5～8kg/t。

17、具体地，前述的步骤(2)中，电石的加入量为1～2kg/t。进一步地，电石中cac2含量≥90％。

18、具体地，前述的步骤(2)中，增碳剂的加入量为2kg/t。

19、进一步地，前述的步骤(2)中，出钢过程中加入锰矿、电石及增碳剂的目的是利用钢流来充分搅拌和促进锰矿溶解和还原。

20、进一步地，加入电石与锰矿反应形成cao，会适当增加炉渣碱度。

21、具体地，前述的步骤(2)中，si-fe合金的加入量根据测量的钢水中溶解氧含量确定：当钢水中溶解氧≤300ppm，si-fe合金加入量控制为0.3～0.5kg/t，当钢水中溶解氧处于300～800ppm，si-fe合金加入量控制为0.5～1kg/t，当钢水中溶解氧>800ppm，si-fe合金加入量控制为1.2kg/t。

22、进一步地，si-fe合金中硅含量≥75％。

23、进一步地，前述的步骤(2)中，先加入si-fe合金的主要目的：一是脱除钢水中的氧，二是si是表面活性元素，容易向渣金界面迁移，可以脱除部分渣中氧。

24、进一步地，根据测量的溶解氧，加入适量的si-fe合金，脱除钢水中的氧，可防止后续锰矿还原过程中钢水中氧向渣中传质，提高锰矿还原能力。

25、具体地，前述的步骤(3)中，吹氩流量为2～3l/min。

26、具体地，前述的步骤(3)中，锰矿的加入量为3～5kg/t。

27、具体地，前述的步骤(3)中，石灰的加入量为2～3kg/t。

28、进一步地，前述的步骤(3)中，加入锰矿和石灰是为了进一步提高渣中mno活度。

29、具体地，前述的步骤(2)或步骤(3)中，锰矿成分质量百分比为：mn 40％～50％，cao 1％～6％，sio2 3％～15％，feo 3％～10％，p 0～0.1％，s 0.01％～0.02％，其余为不可避免杂质。

30、具体地，前述的步骤(4)中，si-fe合金的加入量为1～2kg/t。

31、进一步地，加入si-fe合金的作用为利用钢水中的硅促进钢渣乳化来提高锰矿还原速率，si-fe合金熔于钢水后，钢水中si是表面活性元素，其与锰矿反应过程中会显著降低钢渣界面张力，促进钢水乳化，显著增大反应面积，提高锰矿还原速率。

32、具体地，前述的步骤(4)中，吹氩流量为8～10l/min。

33、具体地，前述的步骤(4)中，石灰的加入量为3～5kg/t。

34、具体地，前述的步骤(4)中，预熔精炼渣的加入量为0～2kg/t。

35、具体地，前述的步骤(4)中，硅酸二钙的加入量为0.2～0.5kg/t。

36、进一步地，前述的硅酸二钙为固体粉末。

37、进一步地，硅酸二钙的主要作用为调整钢渣乳化程度。

38、进一步地，硅酸二钙固体粉末尺寸≤10μm，钢渣乳化程度控制为20％～40％。

39、进一步地，硅酸二钙固体粉末可以存在于乳化的钢渣界面之间，提高乳化液的稳定性，延长液态铁珠的停留时间，保证锰矿还原反应的所需要的时间，控制钢渣乳化程度可以增大钢渣界面反应面积，加快锰矿还原的进行。

40、具体地，前述的步骤(4)中，吹氩搅拌过程中分3～4次向钢包内加入石灰、预熔精炼渣和硅酸二钙。

41、进一步地，分3～4次向钢包内加入石灰和预熔精炼渣的主要目的是逐渐弥补硅氧化造成碱度降低，同时分批加入可避免石灰结团，溶解加快。

42、具体地，前述的步骤(1)、步骤(3)或步骤(4)中，石灰中cao含量≥85％。

43、具体地，前述的步骤(1)或步骤(4)中，预熔精炼渣成分重量百分比为：cao16％～35％，al2o3 20％～35％，sio25％～15％，金属al5％～10％，caf2 1％～3％，其余为不可避免杂质。

44、具体地，前述的一种lf炉锰矿直接合金化的方法得到的lf精炼终渣成分控制为：cao/sio2 3％～6％，cao/al2o3 1.6％～2.4％，mgo 3％～6％，feo≤2％。

45、进一步地，控制炉渣碱度，可以利用高cao活度将锰矿中的mno从复杂的矿相结构中还原，提高渣mno的活度，控制炉渣cao/al2o3可以使炉渣具有合适的熔点，控制炉渣中feo，可以降低渣金间mn的分配比，稳定提高锰矿还原率。

46、第二方面，本技术提供了一种前述的一种lf炉锰矿直接合金化的方法在在锰矿还原中的应用。

47、具体地，所述的应用提高了锰矿的还原效率。

48、第三方面，本技术提供了一种前述的一种lf炉锰矿直接合金化的方法在制备含锰钢中的应用。

49、3.有益效果

50、采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

51、(1)本发明提供的一种lf炉锰矿直接合金化的方法，可以降低锰合金消耗4～7kg/t钢，显著降低生产成本。

52、(2)本发明提供的一种lf炉锰矿直接合金化的方法，通过锰矿替代部分锰合金，减少了锰合金生产过程的污染。

53、(3)本发明提供的一种lf炉锰矿直接合金化的方法，可以显著提高锰矿的还原效率，缩短lf精炼时间。