CN101056995A - 在氩－氧精炼转炉中生产AISI 4xx铁素体钢等级的不锈钢 - Google Patents
在氩－氧精炼转炉中生产AISI 4xx铁素体钢等级的不锈钢 Download PDFInfo
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Abstract
为了生产AISI 4xx铁素体钢等级的不锈钢，特别是基于液态生铁和FeCr固体的AISI 430铁素体钢等级，本发明推荐使用AOD法(氩－氧精炼法)，其中将氧和惰性气体(对反应呈惰性的气体)一起吹入浴中并借助气喷枪(Blaslanze)从上方吹到浴的表面。处理的目的在于在最佳时间段内完成熔融料，该时间段使得达到理想的出钢温度和组成并最小化铬的损失，该目的通过所采用的相应技术以及借助冶金学工艺模型达到，其中该模型观察、预测和控制熔融料的处理。
Description
本发明涉及生产AISI 4xx铁素体钢等级、特别是基于液体生铁和FeCr固体的AISI 430钢等级生产不锈钢的方法。
用于生产特种钢的AOD转炉的使用是众所周知的。在WO02/075003中记载了一种控制方法，该控制方法基于连续脱气测定和计算机与动态模型相结合，借助所需的氧和惰性气体鼓风速率(Blasrate)以及材料添加量进行调节。从EP 1310573A2已知一种在AOD转炉中制备金属熔体的方法，特别是用于精炼金属熔体以生产例如合金不锈钢或者特种钢的方法，其中该方法基于按照工艺模型运行和调节冶金工业装置的计算机技术，其中该工艺模型记载了在第一工艺变量、位置变量和工艺结束变量之间的至少一个可变工艺参数的性质。一个实施例中记载了用于制备AISI 304质量钢等级的工艺过程。
AISI 4xx铁素体钢等级的不锈钢通常原则上在EAF中由特殊废钢生产，然后在AOD转炉中另外合金化和脱碳。为了在此利用生铁，在钢铁厂中经预处理的生铁与熔融的废钢以及合金在炉外于钢水包中混合并随后进料到转炉中。
从现有技术出发，本发明的任务在于，为了生产AISI 4xx铁素体钢等级的不锈钢，特别是AISI 430钢等级的不锈钢，在生铁和后合金(Nachlegieren)进料到转炉中时利用已知的AOD技术。
所提出的用于生产所述钢品质的不锈钢的任务通过权利要求1的特征部分以下面进行的工艺步骤得以解决：
*在高炉中制备液态生铁，DDD处理该生铁和将不合炉渣的液态生铁进料到AOD转炉中，
*在AOD转炉中加热、精炼/合金化和还原该液态生铁，
*最后调整/调节该处于熔融状态的经处理钢熔体，
其中借助AOD转炉中生铁处理的工艺特征：
*通过借助外部添加FeSi的Si的氧化，备选地通过Al的氧化加热在DDD处理后以仅大约1150℃的极低温度进料到AOD转炉中的生铁，
*调节相应的吹氧速率以避免金属从AOD转炉喷出，
*加热结束后，在添加合金成分之前调节的炉渣的碱度，以达到合适的炉渣粘度，从而无摩擦地从转炉中排出炉渣，
*在脱碳过程之前对熔体进行除渣，使得能够以高效率对熔体进行O2喷气(Blasstrahl)顶吹(Aufblasen)。
根据本发明，已知的AOD技术用于精炼含碳液态钢以制备具有高铬含量的耐热和耐酸的钢类型和特种钢类型。所述方法按如下方式进行：将氧和惰性气体(反应载气)一起通过喷嘴吹到浴中而其它的氧和惰性气体借助气喷枪从上方鼓风到浴的上面。该处理的目的在于，在最佳时间段内完成熔体进料，该熔体进料达到所需的出钢温度和组成并使得铬损失最小化。本发明的冶金学方法使得能够以该工艺模型处理在AOD转炉中的进料。在此该冶金学工艺模型观察、预测和调节所述处理，以完成具有所需要求的熔体/进料。所用技术和工艺模型计算用于调节吹入氧的额定值(Sollwerte)和对应于钢组成的目标值的材料添加物和钢温度，其中对进行的工艺状态的计算基于对迄今为止通过实践生产数据限定的限制和规则的考虑。
基于迄今为止通过实际生产数据限定的鼓风模型和对于脱碳和元素氧化必需的需氧量，对通过设置在表面下面的喷嘴和通过气喷枪从上方吹入到浴中的工艺气体(氧和氩/氮)的流速和混合进行调节，并确定从氮到氩的转换点以实现氮在钢中的允许范围。
此外，冶金学工艺模型确定炉渣形成剂、冷却废钢和合金的量以及添加合金的开始点和添加合金的加料速率。
下面将详细记载根据本发明制备AISI 4xx钢等级的不锈钢，特别是AISI 430钢等级的不锈钢。具有DDD工艺路线和AOD转炉的基于液态生铁和FeCr固体的AISI 4xx技术分为三个主要步骤，也即：
*在高炉中预处理液态生铁，
*在AOD转炉中加热、精炼和合金化液态生铁，和
*最后在熔融状态进行调整/调节。
在图1中示出了对于生产特种钢AISI 430的示例性工艺路线。首先，液态生铁在从DDD处理(脱磷、脱硅、脱硫)的高炉1中排出后转移到相应构造的冶金学装置2中。然后可以在坩锅炉3中进行液态生铁的预热。然后将该经处理和加热的熔体施加到AOD转炉4中。此处在添加回炉废钢、冷却废钢和FeCr 60条件下进行液态生铁的精炼和合金化。在AOD转炉中处理后使钢熔体经历随后的在钢水桶5中的调整/调节和随后达到铸造机6(铸造机本身在此未示出)。
在进料液态生铁进行之前，向AOD转炉4中进料形成炉渣的材料，例如石灰石和白云石，以确保炉渣中的合适碱含量。在进料来自DDD装置2或者坩锅炉3的不含炉渣的液态生铁后，将AOD转炉4倾斜到取样位置，在该取样位置进行温度测定。然后使AOD转炉4回到直立位置，取决于温度来进行另一次放热处理。温度升高通过添加FeSi和/或铝来达到。
下面将记载借助在AOD转炉4中处理钢熔体的本发明方法。在AOD转炉4中的工艺分为三个主要步骤，也即a)加热液态金属、b)精炼和c)还原。
在图2中概括性给出了这些方法步骤的顺序。它们特别包括测量事件和技术事件、进行的处理步骤、预定的额定值和各分步骤的调节。
在AOD转炉4中进行的液态金属加热通常通过硅进行。这种元素在与氧反应时的高放热性质使得以高精确度快速达到目标温度成为可能。该反应按照如下方式进行：
(Si)+2(O)＝(SiO2)，1kg Si的焓＝6.44kWh
备选地，为此可以如下方式使用铝：
2(Al)+3(O)＝(Al2O3)，1kg Al的焓＝7.36kWh
根据其它附加的形成合金的材料，加热的目标温度必然取决于其它的能量供给，该能量供给由脱碳工艺和金属氧化工艺和所有伴随该处理期间的能量损失得出。
在该处理步骤期间的行为类似于在BOF工艺中的第一次鼓风步骤期间的行为。在该步骤期间决定泡沫形成品质和炉渣流出的参数是高的碳含量、炉渣形成剂和高的吹氧速率和气喷枪的距离。
合适地选择的气喷枪的距离和强度(借助该强度将氧从上方的气喷枪吹入(鼓风速率))，避免了炉渣溢出和确保了最佳地进行加热。
所述热循环按照如下进行计算：所需的能量输入＝来自Si/Al氧化的能量输入-(炉渣形成材料的冷却能+能量损失)。
在图3中示例性给出了基于转炉的热条件对于70000kg的进料重量和1.8的碱含量的生铁所需的加热参数。
在加热工艺步骤之后将该AOD转炉4倾斜并对金属进行除渣。这一过程对于有效精炼金属是必需的。大量炉渣阻止了吹入的氧的强烈作用和钢脱除反应气体。在除渣时测量钢的温度和获取金属样品。
后面的金属精炼按照如下方式进行，其中氧经过上方的气喷枪吹到金属上而氧和惰性气体(氩或氮)的混合物通过侧喷嘴吹入进料中。氧和惰性气体的比在鼓风过程期间变化，但在开始时为富氧混合物。
这种工艺技术确保了低碳含量的目的，其有利地用作对于然后使用的具有最低铬氧化的AOD处理的起始条件。备选地，该VOD方法(真空氧脱碳方法)可以用于所谓TRIPLEX技术中。
在鼓风过程期间，总氧量持续分配到位于上方的气喷枪和侧喷嘴之间。在精炼加工步骤之后，继续进行炉渣还原处理，其中例如从炉渣中回收铬。通过向该液态金属中添加含硅材料，例如FeSi或者铝，或者通过良好地搅拌，使金属达到理想的最终组成或者准化学组成，但是其中还含有硫。
由于在合金成分中和炉渣形成剂中的硫浓度高，然后对该特种钢以分开的脱硫步骤处理。该处理的效率决定性地取决于液态金属的高脱氧性能，这通过添加铝来实现。在该处理之后将该进料和余量的炉渣出钢到浇铸钢水包5中。
根据本发明，钢的精炼工艺通过冶金学AOD模型规划、观察、预测和调节，以生产预定组成和温度的熔体或进料。AOD模型带来的主要优点为：
*进料计算允许成本最优地选择合金和废钢，
*调节目标温度，
*通过工艺调节实现高效率，和
*使还原物质最小化。
在处理期间通过可获得的循环和事件开始数据观察熔体/进料的实际状态，这些通过位于底部的自动系统传输。
在添加材料时，它们对钢和炉渣的重量和组成的影响以及对钢温度的影响通过考虑材料特定影响因子和元素特定影响因子而进行推导。实际的钢和炉渣组成在考虑各种元素和各炉渣成分的添加和损耗情况下从取样时间点起与实验室分析和测定相适应。
冶金学AOD模型的主要要素是目标材料的计算、预测计算和动态模型计算。
*在目标材料计算时通常计算对于所有可能处理步骤的材料添加，以调节钢温度和钢组成，
*在预测计算中计算AOD工艺的处理策略。这包括具有从处理开始到出钢结束进料的实际状态的整个AOD工艺。对应于通常的处理时间，考虑所给出的实践数据，规划用全部必需工艺步骤对各进料进行总的处理和取样。
*动态模型计算碳、氧和能量平衡以及工艺气体的鼓风速率的额定值。
基于熔融开始时的条件，计算在液体钢中的碳、氧和其它重要浴浓度和在处理时间期间的温度。
在图4和5中概括性给出了上述冶金学AOD模型的主要要素，分为在主程序组中的材料计算(图4)和能量和质量平衡(图5)。这些图中均分开了哪些数据从数据库和哪些数据从工艺流入到这些模型中，和基于这些获得了哪些模型计算结果。
附图标记列表
1.高炉
2.DDD装置
3.坩锅炉
4.AOD转炉
5.浇铸钢水包
6.铸造机
Claims (8)
1.一种用于生产AISI 4xx铁素体钢等级、特别是基于液体生铁和FeCr固体的AISI 430钢等级的不锈钢的方法，其特征在于下面工艺步骤：
*在高炉(1)中预处理液态生铁，DDD处理(2)该生铁和将不含炉渣的液态生铁进料AOD转炉(4)中，
*在AOD转炉(4)中加热、精炼/合金化和还原该液态生铁，
*最后在浇铸钢水包(5)调整/调节所述经处理的钢熔体，
其中借助AOD转炉(4)中生铁处理的工艺特征：
*通过借助外部添加FeSi的Si的氧化，备选地通过Al的氧化加热在DDD处理后以仅大约1150℃的极低温度进料到AOD转炉(4)中的生铁，
*调节相应的吹氧速率以避免金属从AOD转炉(4)喷出，
*加热结束后，在添加合金成分之前调节的炉渣的碱度，以达到合适的炉渣粘度，从而无摩擦地从AOD转炉(4)中排出炉渣，
*在脱碳过程之前对熔体进行除渣，使得能够以高效率对熔体进行O2喷气顶吹。
2.权利要求1的方法，其特征在于，对于加热生铁熔体所需的能量需求量根据下面等式进行计算：
所需的能量输入＝来自Si/Al氧化的能量输入-(炉渣形成材料的冷却能+能量损失)。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于，在加热金属熔体和随后的除渣之后的金属熔体精炼按照如下方式进行，也即经过在金属熔体上方的气喷枪顶吹氧和通过侧喷嘴向金属熔体中吹入氧和惰性气体(氩或氮)的混合物，其中开始时为富氧混合物，氧和惰性气体的比在鼓风过程期间变化，其目标是低的碳含量，作为对于随后进行的具有最低铬氧化的AOD处理的有利起始条件。
4.权利要求3的方法，其特征在于，在精炼金属熔体之后，炉渣还原借助例如从炉渣中回收铬来进行，以及通过添加含硅材料例如FeSi和在需要时添加铝来达到理想的最终组成或者准化学组成。
5.权利要求4的方法，其特征在于，根据所需钢种的品质，例如AISI 439品质，在金属熔体出钢前进行分开的脱硫步骤，其中这一处理的效率决定性地取决于液态金属的高脱氧性质和通过添加铝来达到。
6.权利要求1-5中一项或多项的方法，其特征在于，通过在冶金学AOD工艺模型中进行规划、观察、预测和调节，从而达到在AOD转炉(4)中的预定组成和钢精炼过程的温度。
7.权利要求6的方法，其特征在于，所述AOD工艺模型特别使得下列成为可能：
*在目标材料计算时通常计算对于所有可能处理步骤的材料添加，以调节钢温度和钢组成，
*用于计算AOD工艺的处理策略的预测计算，这包括具有从处理开始直到出钢结束后进料的实际状态的整个AOD工艺，对应于通常的处理时间，考虑所给出的实践数据，规划用全部必需工艺步骤对各进料进行总的处理和取样，
*动态模型计算碳、氧和能量平衡以及工艺气体的鼓风速率的额定值。
8.权利要求7的方法，其特征在于，借助AOD工艺模型实现下列：
*进料计算允许成本最优地选择合金和废钢，
*调节目标温度，
*通过工艺调节实现高效率，和
*使还原物质最小化。
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