CN102787196A

CN102787196A - 一种采用直接还原铁冶炼不锈钢的方法

Info

Publication number: CN102787196A
Application number: CN2012103069387A
Authority: CN
Inventors: 武国平; 张德国; 张国栋; 宋宇
Original assignee: Beijing Shougang International Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Shougang International Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2032-08-24
Also published as: CN102787196B

Abstract

一种采用直接还原铁冶炼不锈钢的方法，属于不锈钢冶炼技术领域。工艺步骤为：电炉熔化直接还原铁，AOD炉精炼合金化，VOD炉精炼，连铸。本发明与传统冶炼不锈钢的方法相比，具有产品质量高，钢中氧、氮、氢及夹杂物含量低，P含量可以控制在0.02%以下，品种范围广，可以生产低碳和超低碳不锈钢、低P不锈钢及超纯铁素体不锈钢；由于电炉只承担熔化直接还原铁并提供高温粗钢水的任务，铬的综合收得率提高5%左右。

Description

一种采用直接还原铁冶炼不锈钢的方法

技术领域

本发明属于不锈钢冶炼技术领域，特别是涉及一种采用直接还原铁冶炼不锈钢的方法；采用直接还原铁作为冶炼不锈钢的主原料，通过电炉熔化后，AOD炉和VOD炉精炼不锈钢。

背景技术

目前，国内外冶炼不锈钢的主原料多为普通废钢、不锈废钢和铁水。

国外冶炼不锈钢的原料多为不锈废钢，冶炼方法为电炉—AOD炉二步法或者电炉—AOD炉—VOD炉的三步法生产。电炉—AOD炉二步法的冶炼工艺，即以电炉为主要熔炼炉，在电炉中熔化废钢和铬铁、镍铁等合金料，然后在AOD炉中精炼成合格的不锈钢钢水。电炉—AOD炉—VOD炉三步法的冶炼工艺，即电炉负责熔化废钢和合金，AOD炉负责脱碳保铬，VOD炉完成终脱碳及最终成分微调和钢水质量控制。采用以上工艺，冶炼低P钢种，需在配料过程中将P控制在目标值以下才能实现。同时，废钢质量决定了不锈钢的质量，需要选择优质废钢才能冶炼优质钢种，但往往废钢中含有As、Cu、Pb、Sn等重金属无法去除，影响最终产品质量。

由于国内不锈废钢的资源严重短缺，国内冶炼不锈钢的原料多以铁水为主，然后在电炉配加合金，冶炼方法多为脱磷转炉（或铁包铁水三脱）—电炉—AOD炉（—VOD炉）的工艺流程。但是，由于冶炼原料为铁水，需配备焦化、烧结、高炉等长流程工序设施生产铁水。生产流程长，投资大，资源消耗多，环境污染严重。同时，为了降低铁水中P的含量，需配备专用的脱磷炉或铁水三脱设备，铁水脱磷后温度降低到1200℃～1300℃，又增加了后续电炉冶炼的负担。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用直接还原铁冶炼不锈钢的方法，克服上述现有技术废钢中含有As、Cu、Pb、Sn等重金属无法去除，影响最终产品质量的不足；并且，设备投资少、资源消耗少、环境污染少。

本发明的主原料为直接还原铁，只采用一座电炉熔化直接还原铁提供高温合格粗钢水，不锈钢生产的合金化作业主要集中在AOD炉内完成，所生产的不锈钢中P含量低，有害杂质含量低，品种范围广。工艺步骤及控制的技术参数为：

a、电炉熔炼：用偏心炉底电弧炉将直接还原铁熔化，吹氧熔炼后出钢，出钢温度1560℃~1580℃，P含量<0.02重量%；

b、AOD炉合金化：将步骤a中电炉熔炼后的钢水兑入AOD炉中，初始阶段不加入高碳铬铁，吹氧脱碳升温，至熔池温度上升到1660℃~1680℃时，将高碳铬铁以1～2t/min的速度连续投入AOD炉中合金化，同时复合侧吹O₂/N₂混合气体脱碳保铬；将硅铁按吨钢耗量2~6kg投入钢中，一方面还原渣中Cr₂O₃，另一方面弥补热量损失，保持熔池温度，钢水终点温度1680℃～1700℃，终点碳0.25%~0.45重量%；

c、VOD炉精炼：将钢包运至VOD炉中深脱碳，底吹氩气或者氮气搅拌；

d、连铸：连铸采用钢包加盖，结晶器电磁搅拌及液面检测及自动控制，氩气保护浇注，凝固末端电磁搅拌。

步骤a中：冶炼不锈钢的原料为直接还原铁，C含量≧2.0%，金属化率≧90%，脉石含量≦4.5%，P含量≦0.04%。电炉为偏心炉底出钢，采用炉壁集束射流氧枪先进技术，氧气射流速度2.0~2.5马赫数。吹炼过程中，采用炉门碳氧枪复合喷吹，造泡沫渣实现长弧埋弧操作。电炉出钢温度1560℃~1580℃，P含量小于0.02%。流程中只需配置一座电炉熔化直接还原铁，为AOD炉提供合格粗钢水。

步骤b中：AOD炉吹炼分为两个阶段，第一阶段为吹炼初始阶段，初始阶段钢水中不存在Cr元素，不存在脱碳保铬的问题，此时应尽快提高熔池温度，为合金化创造条件。此时采用顶吹氧枪，可加快脱碳速度，迅速提高熔池温度，缩短冶炼时间。钢水温度升高至1660℃~1700℃时，进入主吹阶段。此时以1～2t/min的速度加入高碳铬铁，此时为了脱碳保铬，复合侧吹O₂/N₂混合气体，混合比例3:1。高碳铬铁温降系数为2.60℃/(kg·t)，加入熔池后，会导致熔池温度下降，不利于脱碳保铬。此时，为保持熔池温度恒定，吹炼同时加入发热剂补偿温度损失。Si、Al及C为常用的三种发热剂，其中投入Si产生较大渣量；投入Al产生的Al₂O₃夹杂影响不锈钢产品质量；投入C发热值较低，消耗量大，而且消耗大量氧气，增加了吹炼时间。因此，综合考虑采用硅铁作为发热剂，Si元素发热参数为210℃/1%，通过加入石灰提高炉渣碱度可以减少产生的SiO₂对炉衬的侵蚀，还原结束后倒渣防止回硫。钢水终点温度1680℃～1700℃，终点碳含量0.25%左右。

步骤c中，VOD炉为双工位设计，采用计算机模型控制，底吹氩气或者氮气，氧枪采用阻流设计。

本发明的有益效果在于：本发明以直接还原铁作为冶炼不锈钢的主原料，采用了电炉+AOD+VOD的冶炼工艺。由于冶炼原料为直接还原铁，相比国外的采用废钢冶炼不锈钢而言，在P元素控制水平上有明显优势，钢中平均P含量在0.02%以下。同时，其他有害元素如Cu、Sn、Pb、As等的含量也能控制在很低水平。流程中只需配置一座电炉熔化直接还原铁，为AOD炉提供合格粗钢水。相比国内采用的长流程不锈钢冶炼工艺，设备投资少、资源消耗少、环境污染少。电炉只承担提供高温粗钢水的任务，将不锈钢的合金化的步骤主要集中在AOD炉中进行，相比传统不锈钢冶炼工艺，电炉中铬的氧化减少，铬的综合收得率提高5%左右。本发明具有产品质量高，钢中氧、氮、氢及夹杂物含量低，品种范围广，可以生产低碳和超低碳不锈钢、低P不锈钢及超纯铁素体不锈钢的优势。与传统冶炼工艺相比，本方法既提高了合金收得率又降低了电耗，吨钢综合成本降低400元。

附图说明

图1为本发明系统的流程示意图。其中，偏心炉底电弧炉1、钢包2、AOD炉3、扒渣机4、VOD真空精炼炉5、连铸机6。

具体实施方式

1) 用偏心炉底电弧炉1将直接还原铁熔化，直接还原铁主要成分：C1.4%；S 0.01%；P 0.04%；全铁含量 92%；金属铁含量 84.64%；FeO 9.47%；吹氧熔炼后出钢，出钢温度1580℃，P含量0.02 %。

2) 将步骤1中的钢水通过钢包2兑入AOD炉3中，吹氧脱碳升温，至熔池温度上升到1660℃时，将高碳铬铁以1.8t/min的速度连续投入AOD炉3中进行合金化，同时复合侧吹O₂/N₂混合气体脱碳保铬；将硅铁投入钢中，一方面还原渣中Cr₂O₃，另一方面弥补热量损失，保持熔池温度，钢水终点温度1680℃，终点碳0.25%，然后钢渣混出至钢包2中。

3) 用起重机将钢包2吊运至扒渣站用扒渣机4进行扒渣作业。将扒渣后的钢包吊运至VOD真空精炼炉5中深脱碳，底吹氩气或者氮气搅拌，达到成分要求时，结束VOD真空精炼。终点碳含量0.03%，终点温度1700℃

4) 用起重机将钢包2吊运至连铸机6的钢包回转台上进行连铸作业。

Claims

1.一种采用直接还原铁冶炼不锈钢的方法，其特征在于，工艺步骤及控制的技术参数为：

b、AOD炉合金化：将步骤a中电炉熔炼后的钢水兑入AOD炉中，初始阶段不加入高碳铬铁，吹氧脱碳升温，至熔池温度上升到1660℃~1680℃时时，将高碳铬铁以1～2t/min的速度连续投入AOD炉中合金化，同时复合侧吹O₂/N₂混合气体脱碳保铬；将硅铁按吨钢耗量2~6kg投入钢中，一方面还原渣中Cr₂O₃，另一方面弥补热量损失，保持熔池温度，钢水终点温度1680℃～1700℃，终点碳0.25%~0.45重量%；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤a中直接还原铁中C含量≧2.0%，金属化率≧90%，脉石含量≦4.5%，P含量≦0.04%；电炉为偏心炉底出钢，采用炉壁集束射流氧枪，氧气射流速度2.0~2.5马赫数，采用长弧泡沫渣埋弧操作。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤b中，AOD炉吹炼分为两个阶段，第一阶段为吹炼初始阶段，采用顶吹氧枪，能加快脱碳速度，提高熔池温度，缩短冶炼时间；钢水温度升高至1660℃~1700℃时，进入主吹阶段；此时以1-2t/min的速度加入高碳铬铁，复合侧吹O₂/N₂混合气体，混合比例3:1，吹炼同时加入发热剂补偿温度损失，采用硅铁作为发热剂，通过加入石灰提高炉渣碱度以减少其对炉衬的侵蚀，还原后期倒渣以利于脱硫。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤c中，VOD炉为双工位或单工位设计，采用计算机模型控制，底吹氩气或者氮气，顶吹氧气。