CN102140567B - 一种氩氧精炼低碳铬铁合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种将高碳铬铁合金精炼成低碳铬铁合金的氩氧精炼方法。它是通过调整顶吹氩/氧或氮/氧混合气的氧含量使铬铁合金熔体在较高的温度下精炼，提高了脱碳效率并可减少铬的损失，铬铁合金精炼后的碳含量低于0.25wt%，铬损失率在6～8wt%之间，并对铬铁合金熔体在高温精炼中出现的“喷溅”现象以及在降温时的脱碳保铬提出了解决措施。本发明采用控温精炼铬铁合金有利于实现在线自动控制，并精炼时间短，生产工艺简单、易操作。

Description

一种氩氧精炼低碳铬铁合金的方法

技术领域

本发明涉及高碳高铬合金降碳的方法，特别是涉及一种将高碳铬铁合金精炼成低碳铬铁合金的方法。

背景技术

低碳铬铁合金是冶炼特种钢和超低碳合金结构钢的重要原料，它的碳含量越低和铬含量越高，其经济价值和使用价值就越高。

目前冶炼低碳铬铁合金的方法主要为三步法和“波伦法”(Perrin)，其主要步骤为先生产碳含量(wt.％)大于8％的高碳铬铁合金，再以这种高碳铬铁合金为原料生产硅铬合金，再以硅铬合金为原料生产低碳铬铁合金，由此可获得碳含量(wt.％)低于0.5％的低碳铬铁合金。这类方法的缺点是工序长，电耗高，铬损失大。

近年研究尝试直接将碳含量(wt.％)大于8％、铬含量(wt.％)为60％～75％的高碳铬铁合金熔体采用转炉顶吹氩(氮)/氧混合气和精炼不锈钢的AOD法相结合的复吹(顶吹+底吹)精炼方法来精炼获得低碳铬铁合金。其中：顶吹氧的目的是大量氧化高碳铬铁合金熔体中的碳；顶吹氩(氮)/氧混合气的目的是在大量氧化高碳铬铁合金熔体中碳的同时，降低高碳铬铁合金熔体内和液面上的一氧化碳分压，以有利于碳的氧化反应并尽量降低铬的氧化，而对氩(氮)/氧混合气中氧含量的控制，一般是考虑随铬铁合金熔体中碳含量的降低而减少其氧的含量；底吹氩(氮)/氧混合气的目的是通过搅拌来加强氧与碳的接触并降低高碳铬铁合金熔体内的一氧化碳分压，促进碳的氧化并尽量减少铬的氧化。

采用氩(氮)/氧混合复吹的精炼方法将高碳铬铁合精炼成低碳铬铁合金虽可大大简化生产工序和降低生产成本，但到目前为止仍存在工艺不稳定、降碳困难和大量铬损失等问题。

专利申请(88107053)提出了一种采用氩(氮)/氧混吹的方法，并以此制造铬含量为18％的低氮不锈钢，可使碳含量降至0.05％。类似该方法用于精炼铬系不锈钢已经较为成熟，但铬系不锈钢在精炼前的碳、铬含量要远比高碳铬铁合金精炼前的碳、铬含量低得多，若简单的将该方法用于精炼高碳铬铁合金，会出现或由于吹氧量不足而难以降碳并造成大量铬的氧化，或由于吹氧量充足使碳氧化反应剧烈造成铬铁合金熔体沸腾导致“喷溅”事故。

专利申请(95108548.4)提出将含Cr钢水在碳含量低于1％的条件下，向钢水底吹氧气、惰性气体或混合气体来搅拌渣和钢水，促进渣中氧化铬和钢水中碳的铬还原反应，并在钢水表面喷吹惰性气体来降低一氧化碳分压。这种方法同样不适于高碳铬铁合金的精炼，因为较低的铬铁合金熔体温度吹氧会使铬优先于碳氧化，造成大量铬损失且需要大大延长其精炼时间。

专利申请(200610049958.5)提出一种脱碳效果较为明显的固态下脱碳的微碳铬铁生产方法。该方法需将高碳铬铁破碎粉磨成粉料，使制造成本提高并不适于大批量生产。

专利申请(88100734.X)叙述了顶底复吹转炉冶炼微碳铬铁的方法，提出可以在1600℃～1730℃温度范围内进行顶、底供氧及稀释性气体炼出碳含量(wt.％)≤0.03％的微碳铬铁合金。尽管采用了稀释性气体来降低冶炼中的一氧化碳分压，但在这较低熔池温度下吹氧获得碳含量这样低的微碳铬铁合金，势必造成铬的大量氧化，加入有限度的铬矿粉只能使铬的回收率少量提高，同时也使熔池中的碳、磷、硫等有害物质增加。

专利申请(200710034451.7)公开了一种中频感应炉熔化高碳铬铁后转入罐体进行氩氧吹炼低微碳铬铁合金的生产工艺。该方法除需将初炼的高碳铬铁块重新熔化耗费能量外，也未考虑在较低的温度吹氧容易造成铬大量氧化的问题，加入硅铁也只能使少量铬还原，对降碳的具体数据未能指出。

上述专利申请所述的方法及目前文献提出的氩(氮)/氧精炼铬铁合金的方法，基本都采取了“随碳含量的降低而减少氩(氮)/氧混合气中氧含量”的精炼不锈钢的方法与思路。事实上在常规冶炼温度与常压条件下采用上述氩氧精炼方法精炼碳含量(wt.％)、铬含量(wt.％)都较低(碳≤1％，铬18％)的不锈钢熔体，都会得到较好的“去碳保铬”效果。但把碳含量(wt.％)高约8％，特别是铬含量(wt.％)高达60％～75％的高碳铬铁合金熔体，也按照精炼不锈钢的氩氧精炼方法同样做到“去碳保铬”获得低碳铬铁合金，则会困难得多。这是因为若将高碳铬铁合金熔体采用常规氩氧精炼方法使碳含量(wt.％)降至约2％时，会有20～30％的铬被氧化并进入熔渣中，而当碳含量(wt.％)降至1％以下时，会有至少50％的铬将被氧化。为减少铬的氧化损失，在精炼后期通常加入大量铝、硅铁、铬矿等对渣中的氧化铬进行还原，但因铬铁合金熔体中铬含量高，加入铝、硅铁只能使渣中的氧化铬部分还原，仍有大量铬的损失，且消耗大量铝会提高精炼成本，而加入铬矿可适当补充铬铁合金熔体中的铬，但却不能降低熔渣中氧化铬的含量，同时会造成铬铁合金熔体中碳及硫、磷等有害杂质含量增加。

另有采用VOD法进行真空精炼铬铁合金，具有较好的“去碳保铬”效果，但因高碳铬铁合金用气、产气量大且时间较长，加之真空精炼设备昂贵，使生产成本大大提高，因此采用VOD法精炼铬铁合金因不经济并操作复杂而不被采用。

对高碳铬铁合金熔体和铬系不锈钢熔体采用氩氧精炼方法进行“降碳保铬”的比较表明，高碳铬铁合金熔体的精炼难度要远高于铬系不锈钢熔体的精炼难度。具体地说：1)高碳铬铁合金熔体中因碳含量高需要大量吹氧进行脱碳；2)高碳铬铁合金熔体中的铬因远高于铬系不锈钢熔体中的铬，更容易在吹氧时被氧化；3)高碳铬铁合金熔体中铬含量高，熔体密度大，因此这种熔体和熔体表面含有氧化铬的渣液的粘度与表面张力较大，这需要增大顶吹气体量和顶吹气体压力(或增大气体流速)，使气体中的氧气能够深入铬铁合金熔体中充分与碳接触；4)大量顶吹氧会与碳发生剧烈的氧化反应，产生大量反应气体易使粘度较大的铬铁合金熔体和熔渣含气量迅速提高而发生沸腾，导致“喷溅”事故。降低顶吹氧气量和降低吹氧压力可以避免和减轻其“喷溅”，但又会使顶吹氧气难以冲入粘度较大的渣液和铬铁合金熔体中，致使降碳困难。

目前的转炉经改造可安装顶、底复吹混合气装置，基本适于高碳铬铁合金的精炼，但转炉炉口较低，当顶吹氧量大而引起“喷溅”时，易导致大量铬铁合金熔体与渣液溢出炉口，造成损失。

目前的AOD炉的结构主要是针对碳和铬含量较低的不锈钢精炼而设计的，若用于高碳铬铁合金精炼会不理想，如顶枪吹氧(或氩氧混合)使用不方便，炉口较窄小，当反应气体量较大特别是出现沸腾时，会使炉内气体因排出困难而使气体压力增大，既不利于碳的氧化反应进行，又会使熔体与渣液在炉口形成高速喷溅。因此采用AOD炉精炼铬铁合金，因不能加大顶吹氧的流量与压力而会影响脱碳快速进行。

本发明提出了一种将高碳铬铁合金精炼成低碳铬铁合金的氩氧精炼方法，经多炉精炼获得了较显著的降碳保铬效果。

发明内容

本发明认为，采用“随碳含量降低而改变氩(氮)/氧气混合比”的方法不适应于氩氧精炼铬铁合金，应该重视和强调铬铁合金熔体温度对碳与铬的氧化影响因素，应以控制铬铁合金熔体温度为目的来调整氩(氮)/氧气混合比。

从铬碳氧化平衡的热力学关系可以分析：提高铬铁合金熔体温度可以促进碳的氧化和减少铬的氧化；降低铬铁合金熔体内及液面上的一氧化碳分压也可以促进碳的氧化和减少铬的氧化；降低铬铁合金熔体液面气体压力或在同等气体压力条件下增加氩(氮)气分压可以降低一氧化碳分压。

本发明与许多文献在铬铁合金及铬系不锈钢研究中都可以表明，在氩氧精炼过程中，铬铁合金(包括铬系不锈钢)熔体内及其熔体液面都会发生3个化学反应，即化学反应1：C+O→CO↑；化学反应2：2Cr+3O→Cr₂O₃；化学反应3：3C+Cr₂O₃→2Cr+3CO↑。当铬铁合金熔体温度提高时，有利于上述化学反应1和3进行，而在同样的铬铁合金熔体温度下降低其熔体内及液面的一氧化碳分压则也有利于上述化学反应1和3进行。

为此本发明提出的重要特征是基本不考虑“随碳含量降低来改变顶吹氩(氮)/氧气混合比”的方法，而是要以保持较高的铬铁合金熔体温度为目的来调整顶吹氩(氮)/氧气混合比。也就是说本发明与公开专利申请及文献方法相一致的是同样要进行顶吹氩(氮)/氧气混合比的调整，而本发明与公开专利申请及文献方法不同的是调整顶吹氩(氮)/氧气混合比并非根据碳含量下降来逐步降低吹氧的比例，即在大量降碳过程中先不考虑碳含量的变化，而是通过控制顶吹氩(氮)/氧混合气中的氧含量将铬铁合金熔体温度提高到1750℃～1800℃，甚至更高温度，并要保持这一高温状态。

铬铁合金熔体在顶吹氩(氮)/氧混合气来保持1750℃～1800℃的高温状态下，其熔体中的碳会优先于铬被大量氧化，可以较容易地将其碳含量(wt.％)从8％快速降低至0.5％以下。而随着铬铁合金熔体中碳含量降低，其铬的氧化将逐渐变得容易，这时应将铬铁合金熔体温度逐渐升高或至少不能降低才能尽量避免铬的氧化，因此为保持铬铁合金熔体具有较高的温度状态，有时可能会因其熔体碳含量降低而需要增加顶吹氩(氮)/氧混合气中的氧含量。显然，增加顶吹氩(氮)/氧混合气的氧含量，会使铬铁合金熔体氧化加剧而温度升高；降低顶吹氩(氮)/氧混合气的氧含量，则会使铬铁合金熔体氧化缓和而温度降低。

在顶吹氩(氮)/氧混合气使铬铁合金熔体保持在1750℃～1800℃高温状态的同时，采用底吹氩(氮)/氧混合气对铬铁合金熔体进行强力搅拌，可使其熔体中的碳氧化均匀，避免其熔体局部的剧烈氧化引起“喷溅”事故。通过调整底吹氩(氮)/氧气混合比，可加快铬铁合金熔体中碳的氧化速度，同时可有效降低其熔体的一氧化碳分压。

所说的氩(氮)/氧混合气是由氩(氮)气与氧气混合成的气体，其中的氩(氮)是指氩气或氮气或氩气与氮气的混合气。

所说的氩(氮)/氧气混合比是指氩(氮)气与氧气的体积混合比例。氩(氮)/氧气混合比可以在0∶10至10∶0之间调整。

所说的顶吹氩(氮)/氧混合气是指具有较高流速和流量的、可以冲入铬铁合金熔体内并与其熔体形成较大接触面积的顶吹气体流。当顶吹氩(氮)/氧混合气的氩(氮)/氧气混合比为0∶10时，顶吹氩(氮)/氧混合气可以等同于顶吹氧气；当顶吹氩(氮)/氧混合气的氩(氮)/氧气混合比为10∶0时，顶吹氩(氮)/氧混合气可以等同于顶吹氩(氮)气。

为使铬铁合金熔体保持在1750℃～1800℃高温状态，可将顶吹氩(氮)/氧气混合比设定在0∶10至5∶5范围内，顶吹氩(氮)/氧混合气的流量设定为2.5～4.0立方米/吨·分钟，顶枪喷口气体流速设定为300～500米/秒，顶枪喷口距铬铁合金熔体静止液面高度设定为0.2～0.5米。

为使铬铁合金熔体搅拌充分，减少其熔体局部的剧烈氧化。可将底吹氩(氮)/氧混合气的流量设定为0.3～0.6立方米/吨·分钟，底吹氩(氮)/氧气混合比可以设定在7∶3至10∶0范围内。

初炼完成的高碳铬铁合金熔体温度一般在1550℃～1600℃，本发明对转入精炼炉的高碳铬铁合金熔体加入渣料后可以先不顶吹氩(氮)/氧混合气，因为在这样较低的铬铁合金熔体温度下进行顶吹氩(氮)/氧混合气，尽管因碳含量较高容易发生碳的氧化反应，但高含量的铬也容易被氧化。因此本发明对转入精炼炉的高碳铬铁合金熔体在进行顶吹氩(氮)/氧混合气之前，先采取升高铬铁合金熔体温度的措施后再进行吹氧脱碳。

为使高碳铬铁合金熔体在顶吹氩(氮)/氧混合气前获得较高温度，可先加入铝及铝镁合金或硅铁与铝及铝镁合金混合组成的辅助加热料，并进行底吹氩(氮)气强力搅拌，待浮于铬铁合金熔体表面的辅助加热料全部或部分熔化时进行短时间的顶吹低压力氧气，使硅和铝快速氧化放热导致铬铁合金熔体温度快速上升至1700℃以上(即进入碳优先于铬氧化的“安全区”)时，开始顶吹氩(氮)/氧混合气，使铬铁合金熔体温度继续升高至1750℃～1800℃，并在大量氧化降碳中保持这一高温状态。

所说的顶吹低压力氧气是指顶吹的氧气只能吹入铬铁合金熔体液面以下较浅位置的吹氧形式。进行顶吹低压力氧气的时间不宜过长，只要铬铁合金熔体温度超过1700℃即可，否则可能会出现熔渣内气体含量增高又不能及时排出而引起“喷溅”事故。

上述所说的顶吹低压力氧气的流量设定为1.0～2.5立方米/吨·分钟，顶枪喷口距铬铁合金熔体静止液面高度设定为0.2～0.3米。

为使高碳铬铁合金熔体在顶吹氩(氮)/氧混合气前获得较高温度，也可以预先提高高碳铬铁合金熔体在初炼出炉时的温度，或者将初炼完成的高碳铬铁合金熔体先转入感应炉中进行感应加热来提高高碳铬铁合金熔体的温度。这样可减少硅铁、铝及铝镁合金等辅助加热料的消耗，也可减少在较低温度顶吹低压力氧气对铬的氧化。

在1750℃～1800℃的高温状态下精炼铬铁合金的主要困难除了会降低炉龄外，还存在碳与氧的化学反应剧烈而不易控制的问题，即顶吹氩(氮)/氧混合气与铬铁合金熔体充分接触易产生大量反应气体导致出现“喷溅”现象，同时会伴随着铬铁合金熔体的温度进一步升高。试验得出，铬铁合金熔体在顶吹氩(氮)/氧混合气出现“喷溅”现象前，会出现少量熔体和渣液飞出炉体和炉口烟气亮度增加的征兆，此时铬铁合金熔体的温度会在1750℃～1800℃范围中的上限或者会超过1800℃。为避免和抑制出现这一“喷溅”发生，同时又要至少保证顶吹气体具有足够的压力能够冲入粘度较大的铬铁合金熔体，使降碳顺利进行，本发明采取的措施是：当铬铁合金熔体出现“喷溅”征兆时，立即将顶吹氩(氮)/氧混合气改为顶吹氩(氮)气，并保持其流量与流速基本不变，待“喷溅”征兆消失后再改为顶吹氩(氮)/氧混合气并逐步增加其氧气的比例，以继续保持铬铁合金熔体的温度在1750℃～1800℃范围内。若铬铁合金熔体再次出现“喷溅”征兆时，仍立即将顶吹氩(氮)/氧混合气改为顶吹氩(氮)气，并保持其流量与流速基本不变，待“喷溅”征兆消失后再改为顶吹氩(氮)/氧混合气并逐步增加其氧气的比例，如此进行反复变化顶吹气体来抑制“喷溅”发生。

在铬铁合金熔体出现“喷溅”征兆时，本发明采取的措施还可以是立即增大顶吹氩(氮)/氧混合气中氩(氮)气的比例，并保持其流量与流速基本不变，待“喷溅”征兆消失后再逐步增加顶吹氩(氮)/氧混合气中氧气的比例，以继续保持铬铁合金熔体的温度在1750℃～1800℃范围内。若铬铁合金熔体再次出现“喷溅”征兆时，仍立即增大顶吹氩(氮)/氧混合气中氩(氮)气的比例，并保持其流量与流速基本不变，待“喷溅”征兆消失后再逐步增加顶吹氩(氮)/氧混合气中氧气的比例，如此进行反复变化顶吹氩(氮)/氧混合气中氧气的比例来抑制“喷溅”发生。

上述所说在铬铁合金熔体出现“喷溅”征兆时，立即增大顶吹氩(氮)/氧混合气中氩(氮)气的比例，是将顶吹氩(氮)/氧气混合比由0∶10至5∶5范围内立即调整为8∶2至10∶0范围内。当顶吹氩(氮)/氧气混合比为10∶0时，顶吹氩(氮)/氧混合气等同于顶吹氩(氮)气。

上述所说在铬铁合金熔体出现“喷溅”征兆时，底吹氩(氮)/氧气混合比仍可保持在7∶3至10∶0范围内，也可调整到9∶1至10∶0范围内，待“喷溅”征兆消失后再将底吹氩(氮)/氧气混合比调整到7∶3至10∶0范围内。

上述所说的在铬铁合金熔体出现“喷溅”征兆时，本发明还可采取的措施是适当降低顶枪喷口距铬铁合金熔体静止液面的高度，以此加强其渣液与熔体的混合搅拌和减小其熔体液面熔渣的厚度，促进反应气体快速从渣液和铬铁合金熔体中排出。

本发明所说的顶枪喷口距铬铁合金熔体静止液面高度一般设定为0.2～0.5米范围内，当其高度调节适合时，可以减少铬铁合金熔体出现“喷溅”征兆的次数，甚至不出现“喷溅”的征兆。

另外，在上述高温吹炼阶段的初期，即铬铁合金熔体的碳含量较高时，其熔体与顶吹氩(氮)/氧混合气发生的化学反应会较为剧烈，为此可以将顶吹氩(氮)/氧混合气的流量范围设定为较低值，并将顶枪喷口距铬铁合金熔体静止液面高度适当降低，待铬铁合金熔体的碳含量降至较低值时，再将顶吹氩(氮)/氧混合气的流量范围设定为较高值，并将顶枪喷口距铬铁合金熔体静止液面高度适当抬高。

在采用上述顶吹氩(氮)/氧混合气来保持较高铬铁合金熔体温度的同时，需要对铬铁合金熔体进行多次炉前采样检测，当采样测得碳含量(wt.％)大于0.5％时，依然采用上述顶吹氩(氮)/氧混合气来保持高铬铁合金熔体温度处在1750℃～1800℃的高温状态；当采样测得碳含量(wt.％)降至0.5％以下时，将对铬铁合金熔体进行降温降碳处理，使铬铁合金熔体在这降温降碳阶段逐渐降温直至1650℃～1600℃。本发明在铬铁合金熔体的降温降碳阶段开始时，采取在1750℃～1800℃高温状态下就将顶吹氩(氮)/氧混合气改为顶吹氩(氮)气，并保持其流量与流速不降低或者将其流量与流速适当增加的方法。即本发明在降温降碳阶段中不同于公开专利申请及文献普遍采用顶吹氧逐减、顶吹氩(氮)逐增的措施，而是采取在上述高温状态下直接将顶吹氩(氮)/氧混合气体转为顶吹氩(氮)气的措施。这样可以尽量避免铬铁合金熔体在降温阶段和在较低温度下因吹氧出现铬的大量氧化，同时完全顶吹氩(氮)气既可进一步降低铬铁合金熔体内与熔体液面上的一氧化碳分压，又可通过顶吹搅拌使铬铁合金熔体中的剩余碳继续氧化并与渣液中氧化铬反应使铬还原。

上述所说的碳含量(wt.％)降至0.5％以下且铬铁合金熔体温度仍在1750℃～1800℃的高温状态时，本发明还要采取的措施是降低底吹氩(氮)/氧混合气中的氧气量，可以将底吹氩(氮)/氧气混合比由7∶3至10∶0范围内调整到9∶1至10∶0范围内，并保持底吹气体流量为0.3～0.6立方米/吨·分钟。这可进一步降低铬铁合金熔体内的一氧化碳分压并继续氧化其熔体中的剩余碳。

上述所说的碳含量(wt.％)降至0.5％以下且铬铁合金熔体温度仍在1750℃～1800℃的高温状态时，本发明还可以采取的措施是通过排气通道或排气装置使炉口的压力呈低于常压的负压状态。这样可降低铬铁合金熔体液面上的一氧化碳分压。

当铬铁合金熔体温度从1750℃～1800℃降至1700℃时，本发明还要采取的措施是向铬铁合金熔体中加入适量轻烧石灰、金属铝、硅铁、铬铁矿、轻烧白云石等还原、脱气、溅渣材料，并继续顶、底吹氩气，可进一步对熔渣中的氧化铬进行还原及对铬铁合金熔体进行脱硫脱磷。

当铬铁合金熔体温度降至1650℃～1600℃时，停止顶吹，继续保持底吹，扒出部分渣，准备出炉。

整个精炼过程所用时间约在100～150分钟。

铬铁合金熔体约在1600℃～1550℃出炉经转包倒入铸模后即得到低碳铬铁合金。检测其碳含量(wt.％)可低于0.25％，铬的损失率(wt.％)可维持在5～8％之间。

为使精炼炉镁碳炉衬经持续高温熔炼仍可保持较高的使用寿命，可在铬铁合金精炼中和精炼后采取溅渣补炉措施。如在高碳铬铁合金熔体转入精炼炉后，在顶吹前按每吨熔体加入1～3千克轻烧氧化镁或轻烧白云石或镁砂；将铬铁合金熔体从精炼炉中倒出后，向炉内渣液中按每吨熔体加入1～5千克轻烧氧化镁或轻烧白云石或镁砂及少量氧化铁与碳粉，随即进行3～5分钟的顶吹氩(氮)气溅渣处理。

上述所说的精炼炉可为转炉或AOD炉或VOD炉。为有利于碳的氧化反应进行，本发明推荐采用炉口面积较大的并带有顶吹氩(氮)/氧混合气和底吹氩(氮)/氧混合气装置的转炉作为精炼铬铁合金的精炼炉，炉口上方装有排风量与风压足以使炉口内产生负压的排气通道(或排气装置)，排气通道口的直径与炉口直径一致且与炉口之间的间隙可以调节，排气通道可以从炉口处方便移开。

综上所述，本发明提供的一种氩氧精炼低碳铬铁合金的方法，它是将高碳铬铁合金熔体转入精炼炉中进行氩氧精炼，其特征是：

1)先对转入精炼炉的高碳铬铁合金熔体升温至1650℃～1700℃，然后开始顶吹氩(氮)/氧混合气，将顶吹氩(氮)/氧气混合比设定在0∶10至5∶5范围内，将底吹氩(氮)/氧气混合比设定在7∶3至10∶0范围内。

2)调整顶吹氩(氮)/氧混合气中的氧含量，使铬铁合金熔体温度保持在1750℃～1800℃的高温状态，并将底吹氩(氮)/氧气混合比设定在7∶3至10∶0范围内。

3)在保持铬铁合金熔体温度为1750℃～1800℃的高温吹炼阶段，当铬铁合金熔体出现“喷溅”征兆时，立即将顶吹氩(氮)/氧气混合比调整到8∶2至10∶0范围内，并将底吹氩(氮)/氧气混合比设定在7∶3至10∶0范围内。

4)当吹炼温度保持在1750℃～1800℃而碳含量(wt.％)降至0.5％以下时，将顶吹氩(氮)/氧混合气改为顶吹氩(氮)气进行降温。

5)在铬铁合金熔体温度从1750℃～1800℃降温至1650℃～1600℃的降温降碳阶段，始终进行顶吹氩(氮)气并将底吹氩(氮)/氧气混合比设定在7∶3至10∶0范围内。

6)上述所说的顶吹氩(氮)/氧混合气和顶吹氩(氮)气的流量设定为2.5～4.0立方米/吨·分钟，顶枪喷口气体流速设定为300～500米/秒。

7)上述所说的底吹氩(氮)/氧混合气的流量设定为0.3～0.6立方米/吨·分钟。

8)上述所说的顶吹氩(氮)/氧混合气和顶吹氩(氮)气的顶枪喷口距铬铁合金熔体静止液面高度设定为0.2～0.5米。

9)在铬铁合金熔体温度从1750℃～1800℃降温至1650℃～1600℃的降温降碳阶段，使用炉口上方的排气通道进行排气。

当铬铁合金熔体出现“喷溅”征兆时，上述所说的顶吹氩(氮)/氧混合气和顶吹氩(氮)气的顶枪喷口距铬铁合金熔体静止液面高度设定为0.2～0.35米。

上述所说的在铬铁合金熔体温度从1750℃～1800℃降温至1650℃～1600℃的降温降碳阶段，始终进行顶吹氩(氮)气的流量设定为3.0～4.0立方米/吨·分钟。

上述所说的在铬铁合金熔体出现“喷溅”征兆时，底吹氩(氮)/氧气混合比设定在9∶1至10∶0范围内。

上述所说的在铬铁合金熔体温度从1750℃～1800℃降温至1650℃～1600℃的降温降碳阶段，底吹氩(氮)/氧气混合比设定在9∶1至10∶0范围内。

上述所说的可以使用炉口上方的排气通道进行排气是使炉口处保持小于1个大气压的负压状态。

上述所说的先对转入精炼炉的高碳铬铁合金熔体进行升温至1650℃～1700℃的方法，可以是预先提高高碳铬铁合金熔体在初炼出炉时的温度，再将高碳铬铁合金熔体转入精炼炉后加入辅助加热料，并底吹流量为0.3～0.6立方米/吨·分钟的氩(氮)气进行搅拌，待辅助加热料全部或部分熔化时顶吹低压力氧气。其中：顶吹低压力氧气的流量设定为1.0～2.5立方米/吨·分钟，顶枪喷口距铬铁合金熔体静止液面高度设定为0.2～0.3米。

上述所说的先对转入精炼炉的高碳铬铁合金熔体进行升温至1650℃～1700℃的方法，也可以是将待转入精炼炉的高碳铬铁合金熔体先转入感应炉中进行升温加热后再转入精炼炉。

上述所说的先对转入精炼炉的高碳铬铁合金熔体进行升温至1650℃～1700℃的方法，也可以是对高碳铬铁合金熔体先用感应炉升温加热后转入精炼炉，再向精炼炉中加入辅助加热料，进行流量为0.3～0.6立方米/吨·分钟的底吹氩(氮)气搅拌，再进行顶吹低压力氧气。

上述所说的加入辅助加热料是铝或铝合金或硅铁与铝的混合料，其中：若单加入铝的加入量为10～20千克/吨熔体；若加入混合料的铝加入量为5～10千克/吨熔体，硅铁加入量为20～30千克/吨熔体(按硅铁合金的硅含量(wt.％)为75％计)。

本发明的优点在于：

1、在较高熔体温度下对高碳铬铁合金进行氩氧精炼可以提高脱碳效率并减少铬的损失。降碳指标稳定，铬铁合金精炼后的碳含量(wt.％)低于0.25％，铬损失率可维持在6～8％(wt.％)之间；

2、通过调整顶、底吹氩氧气混合比和顶枪高度可保证在较高熔体温度下避免熔体发生“喷溅”现象；

3、采用控温精炼铁碳合金有利于实现在线自动控制。且精炼时间较短，生产工艺简单容易操作。

具体实施方式

实施例1：

实验采用产能为5吨的顶底复吹转炉作为精炼炉，顶吹氩(氮)/氧混合气的顶枪由3根三角形排列的水冷喷管组成，每根喷管可独立开关气控制；炉底安装底吹氩(氮)/氧混合气装置；炉口上方装有可移开和升降的并带有顶枪插入孔的排气通道，排气通道连接于排气流量为10万立方米/小时、全压为5200帕(Pa)的排烟引风机。

将4吨碳含量(wt.％)为8.2％、铬含量(wt.％)为71％的铬铁合金熔体(以下简称熔体)转入转炉中，测定其温度为1590℃，加入铝锭50千克，通入0.4立方米/分钟的底吹氩(氮)搅拌1分钟后，顶吹流量为2.0立方米/分钟的低压力氧气，顶枪口距液面高度为0.3米。15分钟后测温为1705℃，随即将底吹氩(氮)改为底吹氩(氮)/氧混合气，并开始顶吹氩(氮)/氧混合气，参数设定为：顶吹氩(氮)/氧气混合比为2∶8，顶吹流量为2.7立方米/吨·分钟，顶枪喷口气体流速为400米/秒；顶枪喷口距熔体静止液面高度为0.25米；底吹氩(氮)/氧气混合比为8∶2，底吹流量为0.4立方米/吨·分钟。经过15分钟后停止顶吹氩(氮)/氧混合气，保持底吹不变。

取样检验碳含量(wt.％)为6.7％，测定熔体温度为1773℃，随即将顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为3∶7并保持上述其它参数不变，顶吹的同时使用炉口上方的排气通道进行排气。经15分钟后停止顶吹氩(氮)/氧混合气，保持底吹不变。

取样检验碳含量(wt.％)为5.3％，测定熔体温度为1792℃，随即将顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为1∶9，顶吹流量设定增大为3.0立方米/吨·分钟(顶枪口径不变，流速随之增加)，顶枪喷口距熔体静止液面高度改为0.3米；将底吹氩(氮)/氧气混合比调整为7∶3；使用炉口上方的排气通道进行排气。顶吹12分钟后，有少量熔体和渣液飞出炉体，出现“喷溅”前的征兆，立即将顶吹氩(氮)/氧气混合比调整到10∶0，底吹参数不变。6分钟后“喷溅”的征兆消失，再将顶吹氩(氮)/氧气混合比调整到2∶8，其它参数不变，顶吹10分钟后停止顶吹氩(氮)/氧混合气，保持底吹不变。

取样检验碳含量(wt.％)为2.1％，测定熔体温度为1796℃，随即保持底吹氩(氮)/氧气混合比及流量不变，将顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为3∶7，其它参数不变，继续顶吹并使用炉口上方的排气通道进行排气。经20分钟后停止顶吹，保持底吹不变。

取样检验碳含量(wt.％)为0.42％，测定熔体温度为1785℃，随即将顶吹氩(氮)/氧混合气改为顶吹氩(氮)气，顶吹流量为3立方米/吨·分钟；将底吹氩(氮)/氧气混合比调整为9∶1，底吹流量不变。顶吹同时使用炉口上方的排气通道进行排气。经15分钟后停止顶吹，将底吹氩(氮)/氧气混合比调整为10∶0并保持其流量不变。

取样检验碳含量(wt.％)为0.21％，测定熔体温度为1645℃，保持底吹流量为0.2立方米/吨·分钟的氩(氮)气，除渣后加入脱磷剂及铝、轻烧氧化镁、铬铁矿等，顶吹氩(氮)气搅拌3分钟后再除渣，熔体出炉温度为1625℃。

铬铁合金熔体出炉经转包倒入铸模后即得到低碳铬铁合金。整个精炼过程所用时间约120分钟。检测其碳含量(wt.％)为0.20％，铬的损失率(wt.％)为6.5％。

实施例2：

在熟悉掌握实施例1所述方法后或可以实现在线跟踪测温时，可在实施例1方法基础上减少停止顶吹取样检验的次数。如仍采用实施例1所述转炉作为精炼炉，将4吨碳含量(wt.％)为8.0％、铬含量(wt.％)为68％的铬铁合金熔体(以下简称熔体)转入转炉中，测定其温度为1560℃，加入铝锭55千克并底吹氩(氮)搅拌后，顶吹低压力氧气10分钟，然后顶吹氩(氮)/氧混合气，设定其顶吹氩(氮)/氧气混合比为2∶8，顶吹流量2.9立方米/吨·分钟，顶枪喷口距熔体静止液面高度为0.3米，底吹氩(氮)/氧气混合比为8∶2，底吹流量为0.4立方米/吨·分钟。

顶吹50分钟后再设定顶吹氩(氮)/氧气混合比为3∶7，顶枪喷口距熔体静止液面高度为0.25米，其它参数保持不变。再经70分钟后停止顶吹，取样检验碳含量(wt.％)为0.45％，测定熔体温度为1795℃，随后顶吹氩(氮)气，其流量为2.8立方米/吨·分钟，并底吹流量为0.4立方米/吨·分钟的氩(氮)气，15分钟后停止顶吹，保持底吹流量为0.2立方米/吨·分钟的氩(氮)气，取样检验碳含量(wt.％)为0.23％，测定熔体温度为1620℃，然后按实施例1进行脱磷、除渣、出炉。再检测其碳含量(wt.％)为0.22％，铬的损失率(wt.％)为7.5％。

Claims (8)

1.一种氩氧精炼低碳铬铁合金的方法，它是将高碳铬铁合金熔体转入精炼炉中进行氩氧精炼，其特征是：

1）先对转入精炼炉的高碳铬铁合金熔体升温至1650℃～1700℃，然后开始顶吹氩/氧或氮/氧混合气，将顶吹氩/氧或氮/氧气混合比设定在0:10至5:5范围内，将底吹氩/氧或氮/氧气混合比设定在7:3至10:0范围内；

2）调整顶吹氩/氧或氮/氧混合气中的氧含量，使铬铁合金熔体温度保持在1750℃～1800℃的高温状态，并将底吹氩/氧或氮/氧气混合比设定在7:3至10:0范围内；

3）在保持铬铁合金熔体温度为1750℃～1800℃的高温吹炼阶段，当铬铁合金熔体出现“喷溅”征兆时，立即将顶吹氩/氧或氮/氧气混合比调整到8:2至10:0范围内，并将底吹氩/氧或氮/氧气混合比设定在7:3至10:0范围内；

4）当吹炼温度保持在1750℃～1800℃而碳含量降至0.5wt%以下时，将顶吹氩/氧或氮/氧混合气改为顶吹氩或氮气进行降温；

5）在铬铁合金熔体温度从1750℃～1800℃降温至1650℃～1600℃的降温降碳阶段，始终进行顶吹氩或氮气并将底吹氩/氧或氮/氧气混合比设定在7:3至10:0范围内；

6）上述所说的顶吹氩/氧或氮/氧混合气和顶吹氩或氮气的流量设定为2.5～4.0立方米∕吨·分钟，顶枪喷口气体流速设定为300～500米∕秒；

7）上述所说的底吹氩/氧或氮/氧混合气的流量设定为0.3～0.6立方米∕吨·分钟；

8）上述所说的顶吹氩/氧或氮/氧混合气和顶吹氩或氮气的顶枪喷口距铬铁合金熔体静止液面高度设定为0.2～0.5米；

9）在铬铁合金熔体温度从1750℃～1800℃降温至1650℃～1600℃的降温降碳阶段，使用炉口上方的排气通道进行排气。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是所说的先对转入精炼炉的高碳铬铁合金熔体升温至1650℃～1700℃的方法是预先提高高碳铬铁合金熔体在初炼出炉时的温度，再将高碳铬铁合金熔体转入精炼炉后加入辅助加热料，并底吹流量为0.3～0.6立方米∕吨·分钟的氩或氮气进行搅拌，待辅助加热料全部或部分熔化时顶吹低压力氧气；其中：顶吹低压力氧气的流量设定为1.0～2.5立方米∕吨·分钟，顶枪喷口距铬铁合金熔体静止液面高度设定为0.2～0.3米。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是所说的加入辅助加热料是铝或铝合金或硅铁与铝的混合料，其中：若单加入铝的加入量为30～60千克∕吨熔体；若加入混合料的铝加入量为20～40千克∕吨熔体，硅铁加入量为100～200千克∕吨熔体，其硅铁的硅含量按75wt%计。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是当铬铁合金熔体出现“喷溅”征兆时，所说的顶吹氩/氧或氮/氧混合气和顶吹氩或氮气的顶枪喷口距铬铁合金熔体静止液面高度设定为0.2～0.35米。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是所说的在铬铁合金熔体出现“喷溅”征兆时，底吹氩/氧或氮/氧气混合比设定在9:1至10:0范围内。

6.如权利要求1所述的方法，其特征是所说的在铬铁合金熔体温度从1750℃～1800℃降温至1650℃～1600℃的降温降碳阶段，始终进行顶吹氩或氮气的流量设定为3.0～4.0立方米∕吨·分钟。

7.如权利要求1所述的方法，其特征是所说的在铬铁合金熔体温度从1750℃～1800℃降温至1650℃～1600℃的降温降碳阶段，底吹氩/氧或氮/氧气混合比设定在9:1至10:0范围内。

8.如权利要求1所述的方法，其特征是所说的使用炉口上方的排气通道进行排气是使炉口处保持小于1个大气压的负压状态。