CN102747181A

CN102747181A - 9Ni钢的冶炼方法

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Publication number: CN102747181A
Application number: CN2011100963886A
Authority: CN
Inventors: 陈广华; 翁国兴; 黄志杰; 王立昆; 沈燕
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2031-04-18
Also published as: CN102747181B

Abstract

一种9Ni钢的冶炼方法，其特征在于：1.冶炼工艺路径铁水预处理(脱硫)--转炉(双联脱磷、熔化镍板)--LF炉(脱硫)--RH(脱气)，2.脱磷在转炉内进行并且分两步走，第一步：经KR脱硫的铁水和废钢兑入脱磷转炉进行初炼，采用“脱磷转炉冶炼控制关键点”，将铁水磷含量脱到0.020％以下后，出半钢。第二步：将半钢水和镍板兑入脱碳转炉进行吹炼，将停吹钢水磷含量脱到0.003％以下后，出钢。3.在脱碳炉里熔化镍板。根据本发明，在转炉内进行两步法脱磷其最终停吹钢水磷含量低，控制稳定，有利于提高9Ni钢的炼成率。脱碳转炉渣中磷含量很低，钢包钢水回磷量很小，可以将脱碳炉钢水出干净，减少留钢操作带来的钢水损失。

Description

9Ni钢的冶炼方法

技术领域

本发明涉及炼钢领域，具体的，本发明涉及一种低温高合金压力容器用钢的冶炼方法，所述低温高合金压力容器用钢的冶炼方法为一种用于冶炼9Ni钢的冶炼方法。

背景技术

9Ni钢属低温高合金压力容器钢，其抗低温能力达零下198摄氏度，常被用来制造液化天然气储罐等低温高合金压力容器。为适用于低温高合金压力容器，该钢种成分要求如下：[C]：0.02％～0.04％、[Si]：0.15％～0.25％、[Mn]：0.55％～0.65％、[Ni]：9.10％～9.50％、[P]：≤0.006％、[S]：≤0.003％、[N]：≤0.0040％、[H]：≤0.0002％、[O]：≤0.0030％，合金含量高，磷、硫、氧、氮、氢元素含量必须控制在极低的范围内。其中，Ni含量控制在9.10％～9.50％，磷、硫、氧、氮、氢元素含量必须控制在极低的范围内特别重要，为此，使得所述钢种冶炼难度极大。

近年来，随着我国能源战略储备的需要以及天然气的广泛应用，液化气储罐建设项目加快，对该低温高合金压力容器钢的需求日益增长。

专利号为“ZL 200710139497.5”的专利文献公开了一种冶炼冶炼方法：铁水经脱硅、脱硫、脱磷三脱后预处理-转炉-VOD炉，生产这类低温高合金压力容器钢。

根据上述专利文献公开的用三脱预处理铁水工艺装备的冶炼方法，即在铁水包中进行脱硅、脱硫、脱磷。上述专利文献的冶炼方法，其技术课题在于，通过VOD精炼炉降低钢水氮含量、硫含量。

然而，上述专利号为“ZL 200710139497.5”的专利文献未涉及如何在转炉，降低钢水磷含量、氮含量；同时，上述专利文献未采用铁水脱硫预处理装备、转炉、LF炉、RH炉冶炼9Ni钢，而是采用脱硅、脱硫、脱磷三脱铁水预处理工艺装备其温降较大(60-100℃)、转炉、VOD冶炼9Ni钢。

由此，存在问题是：采用上述ZL 200710139497.5冶炼方法，要求炼铁的出铁温度要很高，并且还要稳定。所以要等铁水具备条件后才能生产9Ni钢，生产组织困难。同时配置脱硅、脱硫、脱磷三脱铁水预处理工艺装备的生产厂多数是生产不锈钢企业的工艺装备。对于生产碳钢的企业来说，没有三脱铁水预处理工艺装备，要冶炼9Ni钢也需探索新的工艺方法。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供一种用于冶炼低温高合金压力容器用钢的冶炼方法，也是一种用于冶炼9Ni钢的冶炼方法，本发明的冶炼方法采用不同的脱磷实现路径，即采用转炉双联冶炼方法脱磷，在转炉内实现磷含量的控制；在转炉内同时降低钢水磷含量、氮含量；另外，本发明的技术方案采用铁水脱硫预处理装备、转炉、LF炉、RH炉冶炼9Ni钢，从而完成了本发明。

为克服上述问题，本发明提供一种9Ni钢的冶炼方法的技术方案如下：

一种9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

铁水预处理(脱硫)--转炉(双联脱磷、熔化镍板)--LF炉(脱硫)--RH(脱气)，其中，

控制转炉吹炼温度在1420℃以下，

在铁水的含量脱至0.020％以下时，开始出半钢，这时，半钢水的碳含量一般在3.5％以上，

出半钢结束，倒干净转炉内渣，将半钢水再兑入转炉，同时，

将大部分镍板加入转炉，进行脱碳、升温、脱磷、熔化镍板等工作。

本发明的冶炼方法的难点在于脱磷转炉控制及大量镍板熔化。为了确保钢水磷含量满足产品要求，采用了新型的脱磷冶炼方法即转炉双联冶炼脱磷方法。其原理是；脱硫后铁水兑进转炉后进行初步冶炼，主要采用顶吹小流量、底吹大流量的吹炼模式，控制转炉吹炼温度在1420℃以下；利用低温脱磷的热力学原理将铁水的磷含量脱至0.020％以下，开始出半钢。这时半钢水的碳含量一般在3.5％以上，磷含量已经降到了0.020％以下。出半钢结束将转炉内渣子倒干净，然后将半钢水再兑入转炉，同时将大部分镍板加入转炉进行脱碳、升温、脱磷、熔化镍板等工作。待停吹时钢水的中的磷含量能稳定在0.0030％以下，完全满足成品磷含量小于0.0060％的需求，镍含量已经达到产品要求下限。出钢后精炼只需进行常规的脱硫、脱气处理及合金微调等工作即可成功完成9Ni钢的冶炼工作。

根据本发明所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，所述铁水预处理系采用KR搅拌法(knotted reactor的简称(KR法工作原理)，KR法最早是由日本1965年开发的，我国武钢20世纪70年代从日本引进KR脱硫装置。它是将浇注耐火材料并经过烘烤的十字形搅拌头，浸入铁水包熔池一定深度，利用在大型搅拌器激烈搅拌作用下产生的漩涡，使氧化钙或碳化钙基脱硫粉剂与铁水充分接触反应，达到脱硫目的)将铁水硫含量脱到0.002％以下。

根据本发明所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，在转炉：经KR搅拌法脱硫的铁水和废钢兑入脱磷转炉进行初炼，使得铁水磷含量脱到0.020％以下后，出半钢。然后再将半钢和镍板兑入脱碳转炉进行吹炼，将最终停吹钢水磷含量脱到0.003％以下后，出钢。

根据本发明所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，脱磷转炉冶炼时，主原料装入：目标总装入量173t-177t，铁水比≥91％，废钢厚度为2mm-15mm。

根据本发明所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，脱磷转炉冶炼时，脱磷转炉吹炼模式：

脱磷转炉吹炼模式

供氧制度的主要内容包括确定合理的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位控制。氧气顶吹转炉炼钢的供氧制度是使氧气射流最合理地供给熔池，创造良好的物理化学反应条件。它是控制整个吹炼过程的中心环节，直接影响吹炼效果和钢的质量。

氧流量(Q)是指在单位时间(t)内向熔池供氧的数量(体积)V，常用标准状态下体积(标态)量度，氧气流量是根据吹炼每吨金属料所需要的氧气量、金属装入量、供氧时间等因素确定的。

氧流量过大，就会使化渣、脱碳失去平衡，造成喷溅。氧流量过小，会延长吹炼时间，降低生产率。对于一定的原料成分、造渣工艺及供氧制度，应根据冶炼实践总结出氧流量最佳控制范围。

调整氧枪枪位可以调节氧射流与熔池的相互作用，从而控制吹炼进程。因此氧枪枪位是供氧制度的一个重要参数。确定合适的枪位主要考虑两个因素：一是要有一定的冲击面积；二是在保证炉底不被损坏的条件下，有一定的冲击深度。枪位过高射流的冲击面积大，但冲击深度减小，熔池搅拌减弱，渣中TFe含量增加，吹炼时间延长。枪位过低，冲击面积小，冲击深度加大，渣中TFe含量减少，不利化渣，易损坏炉底。因此应确定合适的枪位。

5氧枪枪位是以喷头端面与平静熔池面的距离来表示。氧枪枪位(H/mm)与喷头喉口直径(d_喉/mm)的经验关系式为：

多孔喷头H＝(35～50)d_喉

根据生产中的实际吹炼效果再加以调整。通常冲击深度L与熔池深度Lo之比为：L/LO＝0.70左右，若冲击深度过浅，脱磷速度和氧气利用率降低；若冲击深度过深，易损坏炉底，造成严重喷溅。

根据本发明所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，转炉平均脱磷率达79.1％，半钢水磷含量控制在0.020％以下，终渣FeO含量在15％以下。

根据本发明所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，上述脱磷转炉冶炼模式吹炼适用铁水Si含量≤1.0％时，停吹温度控制在1350～1403℃之间，装入碱度控制在2.7～4.9之间。

根据本发明所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，碱度采用石灰及/或轻烧白云石控制，过程温度采用铁矿石控制，入炉铁水硅含量大于0.55％时，装入碱度控制在2.7～3.0之间，矿石使用量不超过1800kg。

由此，入炉铁水硅含量大于0.55％时，装入碱度控制在2.7～3.0之间，矿石使用量不易过高一般不要超过1800kg，如温度高可适当提高碱度来控制温度。

根据本发明所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，开吹投加萤石300-500kg促进化渣，头批副料投入占总副料投入量的40-60％，之后分2～3批投完，所述副料包括用石灰及/或轻烧白云石、萤石。

根据本发明所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，入炉铁水硅含量小于0.55％时，装入碱度控制在3.5～4.9之间，矿石使用量不超过1800kg。

根据本发明所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，在脱磷转炉停吹后，镇静3分钟，转炉出半钢，转炉停吹后，镇静3分钟，转炉出半钢，出半钢时向铁水包中加硅铁1000-1500kg。

根据本发明所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，在脱碳转炉冶炼时，脱磷炉出的半钢钢水和15t±0.2t镍板，

脱磷转炉吹炼模式：

由此，入炉铁水硅含量小于0.55％时，装入碱度易控制在3.5～4.9之间，矿石使用量不易过高一般不要超过1800kg，如温度高可适当提高碱度来控制温度。开吹投加萤石500kg左右促进化渣，头批料投入总副料量的50％左右，之后分2～3批投完。

根据本发明所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，出半钢控制要点在于：脱磷转炉停吹后，镇静3分钟后，转炉出半钢，脱磷转炉停吹后，镇静3分钟后，转炉出半钢，出半钢时需向铁水包中加硅铁一般控制在1500kg左右。

根据本发明，脱磷转炉停吹后，镇静3分钟后，转炉出半钢，由于出半钢时温度低，炉渣已结块所以无需挡渣。出半钢时需向铁水包中加硅铁一般控制在1500kg左右。作为脱碳炉半钢的初始硅含量，起促进化渣减少钢水增氮的作用。

根据本发明所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，脱碳转炉冶炼控制关键点在于：

①主原料装入规定：脱磷炉出的半钢钢水和15t±0.2t镍板。

②脱磷转炉吹炼模式：

脱碳炉吹炼模式

采用这一吹炼模式，在脱碳炉内补硅素达到9.0kg/t(用复合碳化硅球或硅铁)，脱碳炉停吹钢水磷含量可稳定在0.003％以下，能够满足9Ni钢成品磷含量≤0.006％的技术要求。同时还具有减少钢水吸氮的作用。

根据本发明所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，③副料投料控制要点在于：开吹投加复合碳化硅球1500kg，头批料投入总副料量的50％左右，之后分3～4批投完，停吹温度控制在1630℃左右。

碱度主要采用石灰、轻烧白云石控制，过程温度主要采用铁矿石控制。开吹投加复合碳化硅球1500kg促进化渣，起到降低转炉钢水氮含量和进一步脱磷的作用。头批料投入总副料量的50％左右，之后分3～4批投完。停吹温度控制在1630℃左右。

根据本发明所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于出钢控制要点：

脱碳炉停吹后，镇静2分钟后取样，转炉出钢；

LF炉：经脱碳脱磷转炉的钢水吊运至LF炉进行处理，再次脱硫处理，将钢水硫含量脱到0.003％以下；

RH炉：经LF脱硫处理的钢水吊运至RH真空精炼炉进行脱气处理，使钢水氮含量脱到40ppm以下，钢水氢含量脱到2ppm以下。

根据本发明，脱碳炉停吹后，镇静2分钟后取样，转炉出钢，出钢时必需挡前渣和后渣尽量减少炉渣进入钢包，减少钢包钢水回磷。出钢钢流必须圆滑减少钢水增氮。

在本发明中，LF炉：经脱碳脱磷转炉的钢水吊运至LF炉进行处理，主要通过电极升温，投入一定量的铝质脱氧剂、石灰等造还原渣，进行再次脱硫处理，主要任务是将钢水硫含量脱到0.003％以下，进行合金微调及温度调节到满RH处理的要求范围内。

在本发明中，RH炉：经LF脱硫处理的钢水吊运至RH真空精炼炉进行脱气处理，主要任务是将钢水氮含量脱到40ppm以下，钢水氢含量脱到2ppm以下。同时控制温度及钢水成分满足连铸浇铸的要求。

本发明的有益效果是，在转炉内进行两步法脱磷其最终停吹钢水磷含量低，并且控制稳定，有利于提高9Ni钢的炼成率。由于进脱碳转炉的半钢水磷含量已经很低，所以脱碳转炉渣中磷含量也很低，同样的渣量进入钢包，钢包钢水回磷量就会很小，所以可以将脱碳炉钢水出干净，无需留钢操作。可以减少留钢操作带来的钢水损失。如进行留钢操作，对于150t转炉来说，一般留钢量在3t左右。那么仅减少留钢操作这一点，每炉钢可节约费用约4.2万元。

具体实施方式

以下，以实施例具体说明本发明的炼9Ni钢的冶炼方法。

实施例1

一、铁水预处理：采用KR搅拌法，投加石灰、铝渣、萤石进行脱硫处理。出站铁水成分：C：3.84％、Si：0.68％、Mn：0.08％、P：0.097％、S：0.0013％，温度1275℃，重量162.5t。

二、转炉：第一步：将铁水预处理的出站铁水兑入脱磷转炉、再加入11.9t废钢作为主原料进行吹炼，吹炼控制采用“脱磷转炉冶炼控制关键点”进行作业，副料投入总量：石灰7000kg、轻烧白云石3000kg、萤石400kg、铁矿石1800kg。出半钢时投加硅铁1000kg，脱磷转炉出站半钢水成分[C]：3.44％、[Si]：0.60％、[Mn]：0.08％、[Ni]：0.01％、[P]：0.012％、[S]：0.005％，温度1350℃，重量162.5t。第二步：经脱磷脱磷转炉的半钢水兑入脱碳转炉再加入15t镍板作为主原料进行吹炼，吹炼控制采用“脱碳转炉冶炼控制关键点”进行作业，副料投入总量：石灰7000kg、轻烧白云石3000kg、铁矿石2500kg、复合碳化硅球1500kg。停吹后在钢包内进行钢水合金化后，脱碳转炉出站钢水成分[C]：0.010％、[Si]：0.15％、[Mn]：0.47％、[Ni]：8.98％、[P]：0.0026％、[S]：0.0043％、[N]：0.0032％，温度1600℃，重量160t。

三、LF炉：经脱碳脱磷转炉的钢水吊运至LF炉进行处理，主要通过电极升温，投入一定量的铝质脱氧剂、石灰等造还原渣，进行再次脱硫处理，进行合金微调及温度调节后，出站钢水成分：[C]：0.019％、[Si]：0.15％、[Mn]：0.50％、[Ni]：9.16％、[P]：0.0028％、[S]：0.0018％、[N]：0.0036％，[O]：0.0034％，温度1610℃，重量162t。

四、RH炉：经LF脱硫处理的钢水吊运至RH真空精炼炉进行脱气处理，出站钢水成分：[C]：0.032％、[Si]：0.17％、[Mn]：0.58％、[Ni]：9.15％、[P]：0.0032％、[S]：0.0024％、[N]：0.0019％，[O]：0.0018％、[H]：0.00015％，温度1570℃，重量162t。

根据本发明，在转炉内进行两步法脱磷其最终停吹钢水磷含量低，控制稳定，有利于提高9Ni钢的炼成率。脱碳转炉渣中磷含量很低，钢包钢水回磷量很小，可以将脱碳炉钢水出干净，减少留钢操作带来的钢水损失。

Claims

1.一种9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

铁水预处理：脱硫--转炉：双联脱磷，熔化镍板--LF炉：脱硫-RH：脱气，其中，

控制转炉吹炼温度在1420℃以下，

在铁水的含量脱至0.020％以下时，开始出半钢，半钢水的碳含量在3.5％以上，

将大部分镍板加入转炉，进行脱碳、升温、脱磷、熔化镍板。

2.如权利要求1所述的9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，在转炉：经KR搅拌法脱硫的铁水和废钢兑入脱磷转炉进行初炼，使得铁水磷含量脱到0.020％以下后，出半钢；然后，再将半钢和镍板兑入脱碳转炉进行吹炼，将最终停吹钢水磷含量脱到0.003％以下，出钢。

3.如权利要求1或2所述的9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，在脱磷转炉冶炼时，铁水和废钢的总装入量控制范围在173t-177t，铁水比≥91％，废钢厚度2mm-15mm。

4.如权利要求3所述的9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，在脱磷转炉冶炼时，转炉吹炼模式：

5.如权利要求4所述的9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，在上述脱磷转炉冶炼模式，吹炼铁水Si含量≤1.0％时，停吹温度控制在1350～1403℃之间，装入碱度控制在2.7～4.9之间时。

6.如权利要求3所述的9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，转炉平均脱磷率达79.1％，半钢水磷含量控制在0.020％以下，终渣FeO含量在15％以下。

7.如权利要求3所述的9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，碱度采用石灰及/或轻烧白云石控制，过程温度采用铁矿石控制，入炉铁水硅含量大于0.55％时，装入碱度控制在2.7～3.0之间，矿石使用量不超过1800kg。

8.如权利要求3所述的9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，开吹投加萤石300-500kg促进化渣，头批副料投入占总副料投入量的40-60％，之后分2～3批投完，所述副料包括用石灰及/或轻烧白云石、萤石。

9.如权利要求3所述的9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，入炉铁水硅含量小于0.55％时，装入碱度控制在3.5～4.9之间，矿石使用量不超过1800kg。

10.如权利要求1所述的9Ni钢的冶炼方法，其特征在于：在脱磷转炉停吹后，镇静3分钟，转炉出半钢，转炉停吹后，镇静3分钟，转炉出半钢，出半钢时向铁水包中加硅铁1000-1500kg。

11.如权利要求3所述9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，脱磷转炉吹炼模式：

12.如权利要求1所述的9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，开吹投加复合碳化硅球1500kg，停吹温度控制在1620-1670℃。

13.如权利要求1所述的9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，脱碳转炉停吹后，镇静2分钟后取样，转炉出钢；

RH炉：经LF脱硫处理的钢水吊运至RH真空精炼炉进行脱气处理，使钢水氮含量在40ppm以下，钢水氢含量在2ppm以下。

14.如权利要求1所述的9Ni钢的冶炼方法，其特征在于，开吹投加萤石300-500kg促进化渣，头批副料投入占总副料投入量的40-60％，之后分2～3批投完，所述副料包括用石灰及/或轻烧白云石、萤石。