CN101096717A - 电炉加脱磷铁水冶炼不锈钢母液泡沫渣生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电炉加脱磷铁水冶炼不锈钢母液泡沫渣生成方法，其包括如下步骤：1)将不锈钢废钢、铬铁合金和硅的固态料通过料篮加入电炉内，并通电熔炼，其中硅的加入量为8.5～12kg/t；2)电耗为15～22Mwh时，加入脱磷铁水，使母液中C含量控制在1.50～4.00％；3)电耗为160～200Kwh/t时，炉内熔池基本形成，开始喷吹碳粉，喷吹量为2～4kg/t，同时进行吹氧，吹氧流量为2500Nm3/h～3500Nm3/h。本发明可保证不锈钢炉渣有效发泡，降低电炉电耗，提高电炉炉龄。
Description
技术领域
本发明涉及电炉加脱磷铁水冶炼不锈钢工艺，具体涉及电炉加脱磷铁水冶炼不锈钢母液泡沫渣生成方法。
背景技术
泡沫渣的技术目前在不锈钢生产中几乎没有得到应用。这是因为不锈钢炉渣的发泡比碳钢炉渣困难得多。其主要由以下因素造成：
1、不锈钢炉渣中FeO含量低——1-3％；
2、不锈钢炉渣中Cr2O3含量高——8-25％；
3、为避免Cr过多氧化要严格控制吹氧量(吹入大量氧气会造成铬大量氧化，降低铬的回收率，导致生产成本增加)。
现有电炉冶炼不锈钢炉渣生成工艺为：根据不锈钢冶炼炉渣碱度要求，在配料和冶炼过程中加入一定量的石灰、白云石以及硅铁，同时还原时利用硅铁还原。其技术控制要点是，以100吨交流电弧炉，80MW变压器功率为例：首先，通过料蓝加入约1吨石灰；第一阶段：用低压、低电流通电，以产生稳定电弧，1-3％废钢熔化，开始将所需硅铁加入；第二阶段：通电一段时间后，炉内电极下均为液态，已穿井，电极周围均为废钢，此时采用高电压、低电流的长弧操作，并将所需石灰和白云石加入；第三阶段：出钢前采用硅铁还原炉渣。根据不同的阶段特性，确定能量输入的供电曲线，第一料篮起弧25MW、废钢穿井后64.2MW，加完铁水后起弧25MW、熔炼→结束输入功率为54.5→44.3MW。出钢终点成分控制：[C]1.50-4.0％、[Si]≤0.25％、[P]≤0.035％；出钢终点温度控制：1630～1650℃。
但上述现有技术存在如下缺点：1)炉渣不能有效发泡，冶炼后期弧光对炉衬侵蚀大，耐材寿命短；2)由于冶炼后期输入功率受渣况(渣况不好无法使用高功率通电)限制，通电时间长，冶炼时间也长，冶炼周期时间80～90min；3)电能消耗高，电能消耗360～400Kwh/t；4)环境噪音大且持续时间长，噪音级数通常大于85分贝。
《在电炉中使用硝酸钙所形成的不锈钢泡沫渣》(韩学玉译，陶钧校，太钢译文-2004年第2期)所采用的工艺方法具体步骤为：
1、电炉配料模式为：不锈钢废钢+碳钢废钢+Fe-Cr+Fe-Si+Fe-Ni+焦炭；
2、电炉熔液碳含量控制在1.0至2.5％；
3、熔池形成后向炉渣中加入特殊的硝酸钙，硝酸钙与碳反应促使炉渣发泡。
电炉中使用硝酸钙进行发泡存在如下缺点：
1)发泡所需气体为硝酸钙分解产生，分解反应结束后，炉渣发泡结束，故其发泡不具有持续性；
2)分解反应为吸热反应，加入硝酸钙后，增加电炉电耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种电炉加脱磷铁水冶炼不锈钢母液泡沫渣生成方法，促使不锈钢炉渣有效发泡，增加电炉炉内流动性，从而降低噪音，降低电炉电耗，提高电炉炉龄。
本发明的基本思想是控制炉料中硅含量，减少母液中Cr的氧化，降低炉渣中Cr2O3含量，同时在炉内熔池形成后，根据需要可先将一定量(50～150kg)硅铁粉从渣门高速喷入炉渣中，还原炉渣中Cr2O3，降低炉渣中Cr2O3含量，为泡沫渣生成创造良好前提条件，随后从炉门利用喷枪同时喷吹碳粉和氧气，其中氧气吹在钢渣界面，而碳粉喷在炉渣中，并控制合适的流量和喷粉量，炉内炉渣产生大量气泡，泡沫渣形成。
为了实现上述目的，本发明提供一种电炉加脱磷铁水冶炼不锈钢母液泡沫渣生成方法，其包括如下步骤：
1)将不锈钢废钢、铬铁合金和硅的固态料通过料篮加入电炉内，并通电熔炼，其中硅的加入量为8.5～12kg/t；
2)电耗为15～22Mwh时，加入脱磷铁水，使母液中C含量控制在1.50～4.00％；
3)电耗为160～200Kwh/t(1Mwh＝1000Kwh)时，炉内熔池基本形成，开始喷吹碳粉，喷吹量为2～4kg/t，同时进行吹氧，吹氧流量为2500Nm3/h～3500Nm3/h。
优选的，在所述步骤3)中，如果炉渣中Cr2O3较高，炉渣粘稠，则在喷碳粉之前，喷入50～150公斤的硅铁粉，以稀释炉渣。
较佳的，炉渣碱度控制在1.3～1.8。
主要工艺参数控制如下：
本发明泡沫渣生成的基本原理是：由一氧化碳冒泡引起的渣的发泡促进了钢渣均匀化和快速完全的熔融，从而改进了炉渣良好发泡的内在特性。即使部分Cr已氧化，气体发泡而引起的钢渣和钢液猛烈振动，促进渣中添加的碳及一氧化碳与亚铬酸盐之间的反应：
Cr2O3+3CO——2Cr+3CO2 1)
Cr2O3+3C——2Cr+3CO 2)
向还原方向反应，因此，在这种条件下的渣，就会减少渣中所含的Cr氧化物含量，而与此同时又有反应进行：
C+CO2——2CO 3)
钢渣界面一旦形成大量一氧化碳气体，一氧化碳冒泡引起的渣的发泡，泡沫渣就有效形成。
为促使大量一氧化碳气体产生，在熔池形成时利用喷吹管将一定量的碳粉从渣门喷入渣中，同时利用另一喷吹管向钢渣界面吹氧，加强泡沫渣形成。
具体表现如下：
a.配料：不锈钢废钢，占金属加入量的15～30％，铬铁/镍合金，占金属加入量的15～30％，石灰加入量30～45kg/t；白云石加入量10-20kg/t；脱磷铁水，加入比例为40～65％；加入硅要求(按总金属加入量计算)8.5～12kg/t。
b.固态料加入后，通电至15～22Mwh(Mwh为兆瓦时，1Mwh＝1000度电)加入脱磷铁水熔炼，吹氧量控制为：8～10m3/t，吹氧流量控制为：1500～3500Nm3/h，使母液中C含量控制在1.50～4.00％。
c.泡沫渣控制：
如果炉渣中Cr2O3＜15％时泡沫渣生成的工艺控制如下：电耗为160-200Kwh/t时，炉内熔池(炉渣)基本形成，开始喷吹碳粉，碳粉喷吹量为2～4kg/t，该喷吹量根据炉内条件，发泡难以程度不同，有所差异，喷吹量主要保证与氧气反应产生的气体能引起炉渣大量发泡，同时炉渣发泡的程度能进一步促发钢液中的[C]与吹入的氧气反应，从而保证气泡的持续产生)；
喷粉同时要吹氧，且吹氧流量控制在2500Nm3/h～3500Nm3/h的范围内，一炉次总吹氧量为8～10Nm3/t(按加入量计算)，从发泡的角度来讲，氧气流量以及吹入量越多越好，但考虑到不锈钢中铬含量较高，吹入过多的氧气会使铬大量氧化，炉渣中氧化铬过高反而不利于炉渣发泡，因此氧气量控制在上述范围；
如果炉渣中Cr2O3为15～25％时泡沫渣生成的工艺控制如下：在喷碳粉之前，可以喷入50～150公斤左右的硅铁粉，以稀释炉渣(硅铁粉能快速与炉渣中氧化铬反应，降低炉渣中氧化铬含量，从而稀释炉渣)，当炉渣中Cr2O3＜15％时再喷吹碳粉，以促进泡沫渣形成。碳粉喷吹1-3分钟后(该时间是从喷吹开始到泡沫渣生成时间)，炉渣中产生大量气泡，泡沫渣有效形成。
e.还原，硅铁粉喷入1.0～2.0kg/t，加入硅铁1.5～3.0kg/t；
f.出钢，冶炼304钢种终点成分控制：[C]1.50～4.00％、[Si]≤0.25％、[P]≤0.035％、[Cr]16.00～19.00％、[Ni]5.00～7.00％。
本发明与现有的技术相比，具有如下的优点：
1)促使不锈钢炉渣有效发泡；
2)通过严格控制炉料中硅含量，降低炉渣中Cr2O3含量，增加炉渣流动性，同时提高了金属铬收得率；
3)炉渣对弧光有良好的屏蔽作用，降低耐材消耗，提高电炉炉龄。
4)缩短通电时间，通电时间缩短3-10％，提高了电炉的生产作业率，提升了产能和工序匹配能力。
5)降低了电能消耗和电极消耗，节约了能源。
具体实施方式
以下是本发明实施例1-4的具体说明。
实施例1
泡沫渣方法操作要点：
1)总硅的加入量为8.5Kg/t(总金属加入量)。
2)炉渣碱度控制在1.3。
3)炉内熔池中C含量约为4.0％。
4)石灰加入量30kg/t；白云石加入量20kg/t。
5)电耗为160Kwh/t时，开始喷吹碳粉，喷吹碳粉量2kg/t，同时以流量2500Nm3/h吹氧，吹氧量为8Nm3/t(按加入量计算)，碳粉喷吹约2分钟后，电耗187Kwh/t时，炉渣中产生大量气泡，泡沫渣有效形成。
6)通电至288Kwh/t(按加入量计算)时，取样(渣样)，开始还原。
7)通电至301Kwh/t(按加入量计算)时，测温、取样(钢样)，温度为1662℃；
8)出钢。
其中，配料模式见表1-1；对应供电模式见表1-2。
表1-1
| 第一阶段 | 第二阶段 | |
| 物料名称 | wt％ | 脱磷铁水65wt％ |
| 不锈钢废钢 | 15 | |
| 高碳铬铁 | 10 | |
| 炉料铬铁 | 10 | |
| 合计 | 35 | |
表1-2
| 步骤 | 总能量(Mwh) | 输入能量(Mwh) | 电流等级 | 电压等级 |
| 1 | 1 | 1 | 3 | 4 |
| 2 | 3 | 2 | 3 | 8 |
| 3 | 7 | 4 | 3 | 17 |
| 4 | 9 | 2 | 1 | 14 |
| 5 | 15 | 6 | 1 | 10 |
| 加脱磷铁水 | ||||
| 6 | 16 | 1 | 1 | 4 |
| 7 | 18 | 2 | 1 | 8 |
| 8 | 24 | 8 | 1 | 10 |
| 9 | 35 | 11 | 1 | 8 |
| 10 | 37 | 2 | 1 | 6 |
上表中，每一步电压电流不同，选择电流等级和电压等级是依据冶炼不同工艺阶段炉内熔化和温度情况而定，上表为电炉供电模式，为电炉主要工艺参数。
实施例2
泡沫渣方法操作要点：
1)总硅的加入量为10.5Kg/t(总金属加入量)。
2)炉渣碱度控制在1.8。
3)炉内熔池中C含量约为3.2％。
4)石灰加入量45kg/t；白云石加入量10kg/t。
5)电耗为165Kwh/t时，开始喷吹碳粉，喷吹碳粉量2.9kg/t，同时以流量3000Nm3/h吹氧，吹氧量为9.16Nm3/t(按加入量计算)，碳粉喷吹约2分钟后，电耗189Kwh/t时，炉渣中产生大量气泡，泡沫渣有效形成。
6)通电至296Kwh/t(按加入量计算)时，取样(渣样)，开始还原。
7)通电至306Kwh/t(按加入量计算)时，测温、取样(钢样)，温度为1675℃；
8)出钢。
其中，配料模式见表2-1；对应供电模式见表2-2。
表2-1
| 第一阶段 | 第二阶段 | |
| 物料名称 | wt％ | 脱磷铁水56wt％ |
| 不锈钢废钢 | 29 | |
| 高碳铬铁(62％) | 10 | |
| 炉料铬铁(50％) | 3 | |
| 镍 | 2 | |
| 合计 | 44 | |
备注：镍根据钢种要求，可加可不加。
表2-2
| 步骤 | 总能量(Mwh) | 输入能量(Mwh) | 电流等级 | 电压等级 |
| 1 | 1 | 1 | 3 | 4 |
| 2 | 3 | 2 | 3 | 8 |
| 3 | 7 | 4 | 3 | 17 |
| 4 | 9 | 2 | 1 | 14 |
| 5 | 18 | 9 | 1 | 10 |
| 加脱磷铁水 | ||||
| 6 | 19 | 1 | 1 | 4 |
| 7 | 21 | 2 | 1 | 8 |
| 8 | 25 | 4 | 1 | 10 |
| 9 | 35 | 10 | 1 | 8 |
| 10 | 37 | 2 | 1 | 6 |
实施例3
泡沫渣方法操作要点：
1)总硅的加入量为8.76Kg/t(总金属加入量)；
2)炉渣碱度控制在1.65；
3)炉内熔池中C含量约为2.5％。
4)石灰加入量42kg/t；白云石加入量15kg/t。
5)电耗为183Kwh/t时，炉渣粘稠，喷入1.2kg/t硅铁粉，以稀释炉渣，再喷吹碳粉3.15kg/t，碳粉喷吹约1分30秒，炉渣中产生大量气泡，当碳粉喷吹结束，大量炉渣从渣门溢出；
6)通电至326Kwh/t(按加入量计算)时，取样(渣样)，开始还原。
7)通电至347.6Kwh/t(按加入量计算)时，测温、取样(钢样)，温度为1651℃；
8)出钢。
其中，配料模式见表3-1；对应供电模式见表3-2。
表3-1
| 第一阶段 | 第二阶段 | |
| 物料名称 | wt％ | 脱磷铁水46wt％ |
| 不锈钢废钢 | 24.5 | |
| 高碳铬铁 | 16.3 | |
| 炉料铬铁 | 9.6 | |
| 镍 | 3.6 | |
| 合计 | 54 | |
表3-2
| 步骤 | 总能量(Mwh) | 输入能量(Mwh) | 电流等级 | 电压等级 |
| 1 | 1 | 1 | 3 | 4 |
| 2 | 2 | 1 | 3 | 8 |
| 3 | 4 | 2 | 3 | 17 |
| 4 | 7 | 3 | 1 | 14 |
| 5 | 15 | 8 | 1 | 10 |
| 6 | 22 | 7 | 1 | 8 |
| 加脱磷铁水 | ||||
| 7 | 23 | 1 | 1 | 4 |
| 8 | 25 | 2 | 1 | 8 |
| 9 | 30 | 5 | 1 | 10 |
| 10 | 38 | 8 | 1 | 8 |
| 11 | 44 | 6 | 1 | 6 |
实施例4
泡沫渣方法操作要点：
1)总硅的加入量为12Kg/t(总金属加入量)。
2)炉渣碱度控制在1.52。
3)炉内熔池中C含量约为1.5％。
4)石灰加入量44kg/t；白云石加入量16kg/t。
5)电耗为200Kwh/t时，开始喷吹碳粉，喷吹碳粉量吹4kg/t，同时以流量3500Nm3/h吹氧，吹氧量为10Nm3/t(按加入量计算)，碳粉喷吹约2分钟后，电耗220Kwh/t时，炉渣中产生大量气泡，泡沫渣有效形成。
6)通电至320Kwh/t(按加入量计算)时，取样(渣样)，开始还原。
7)通电至342.15Kwh/t(按加入量计算)时，测温、取样(钢样)，温度为1645℃；
8)出钢。
其中，配料模式见表4-1；对应供电模式见表4-2。
表4-1
| 第一阶段 | 第二阶段 | |
| 物料名称 | wt％ | 脱磷铁水40wt％ |
| 不锈钢废钢 | 30 | |
| 高碳铬铁 | 18 | |
| 炉料铬铁 | 8 | |
| 镍 | 4 | |
| 合计 | 60 | |
表4-2
| 步骤 | 总能量(Mwh) | 输入能量(Mwh) | 电流等级 | 电压等级 |
| 1 | 1 | 1 | 3 | 4 |
| 2 | 3 | 2 | 3 | 8 |
| 3 | 7 | 4 | 3 | 17 |
| 4 | 9 | 2 | 1 | 14 |
| 5 | 18 | 9 | 1 | 10 |
| 加脱磷铁水 | ||||
| 6 | 19 | 1 | 1 | 4 |
| 7 | 21 | 2 | 1 | 8 |
| 8 | 25 | 4 | 1 | 10 |
| 9 | 35 | 10 | 1 | 8 |
| 10 | 37 | 2 | 1 | 6 |
上述实施例1-4的效果参数见表5。
表5
| 参数 | 单位 | 发明前 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 实例4 |
| 电耗 | Kwh/t | 362.54 | 301.00 | 306.00 | 347.60 | 342.15 |
| 通电时间 | min | 55 | 45 | 45 | 52 | 51 |
从上表可以看出，采用本发明后，电炉通电时间和电耗得到明显改进，通电时间缩短，提高了电炉作业率，电耗的降低说明电炉电能利用率提高，电能利用率提高使炉衬受弧光辐射减少，从而能有效提高电炉炉龄，电炉炉龄已丛120～180炉提高到280～350炉。
Claims (3)
1.一种电炉加脱磷铁水冶炼不锈钢母液泡沫渣生成方法，其包括如下步骤：
1)将不锈钢废钢、铬铁合金和硅的固态料通过料篮加入电炉内，并通电熔炼，其中硅的加入量为8.5～12kg/t；
2)电耗为15～22Mwh时，加入脱磷铁水，使母液中C含量控制在1.50～4.00％；
3)电耗为160～200Kwh/t时，炉内熔池基本形成，开始喷吹碳粉，喷吹量为2～4kg/t，同时进行吹氧，吹氧流量为2500Nm3/h～3500Nm3/h。
2.根据权利要求1所述的电炉加脱磷铁水冶炼不锈钢母液泡沫渣生成方法，其特征在于，在所述步骤3)中，如果炉渣粘稠，则在喷碳粉之前，喷入50～150公斤的硅铁粉，以稀释炉渣。
3.根据权利要求1或2所述的电炉加脱磷铁水冶炼不锈钢母液泡沫渣生成方法，其特征在于，炉渣碱度控制在1.3～1.8。
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| CN100507017C (zh) | 2009-07-01 |
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