CN102808066B - 一种氩氧精炼铬铁合金减少铬损失的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氩氧精炼铬铁合金减少铬损失的方法，是在氩氧精炼的氧化期顶底复吹氩氧混合气降碳后，在还原期进行氧化铬还原，其特征是在还原期向炉中熔渣表面喷吹含碳物质来还原氧化铬，使熔渣中的氧化铬与喷到熔渣表面的含碳物质接触并发生还原反应，还原的铬进入熔体，生成的一氧化碳反应生成二氧化碳被排放。通过上述在还原期向炉中熔渣表面喷吹含碳物质，可以不再对氩氧精炼的氧化期严格地追求保持较高温度，即使因精炼温度不当造成了较多的铬被氧化，也可采用上述还原方法将熔渣中的大量氧化铬还原，使熔渣中的氧化铬降至最低，从而使铬的损失达到最小。

Description

一种氩氧精炼铬铁合金减少铬损失的方法

技术领域

本发明涉及一种氩氧精炼铬铁合金减少铬损失的方法，特别是涉及氩氧精炼铬铁合金降碳保铬的方法。

背景技术

采用氩氧精炼技术精炼铬铁合金是获得低碳或超低碳铬铁合金的一种高效节能的精炼方法，而在精炼铬铁合金时尽量减少铬的损失，获得低碳高铬含量的铬铁合金是冶金工业追求的重要目标。

专利申请95108548.4、200710034451.7等提出了氩氧精炼含Cr钢水和铬铁合金的有效方法，但对吹氧造成铬的氧化损失未能提出具体方法；专利申请201010102823.7和201010115072.2提出了在氩氧精炼铬铁合金的氧化期保持较高温度进行降碳的方法，虽可有效降低铬的氧化损失，但要满足精炼过程始终保持高温状态是困难的，精炼过程必然存在升温、降温过程及一定时间的低温状态，刻意地追求较高温度的精炼，会增大精炼的操作难度。

为减少铬的氧化损失，有些氩氧精炼铬铁合金也仿照不锈钢氩氧精炼还原期的方法，在氩氧精炼铬铁合金的氧化期结束后加入一定量的金属铝和硅铁来还原熔渣中的氧化铬。由于铬含量约70%wt的铬铁合金在氩氧精炼氧化期铬的氧化量要比不锈钢（铬含量约18～20%wt）氩氧精炼氧化期铬的氧化量大得多。如用大量的金属铝来还原熔渣中的氧化铬，会显著增加铬铁合金的制造成本并会降低熔渣的碱度；如用大量的硅铁来还原熔渣中的氧化铬，则会因大量铁和硅进入熔体使铬铁合金的铁增加而降低了铬铁合金的铬含量，同时会使铬铁合金增硅增碳并明显降低熔渣的碱度。因此铬铁合金在氩氧精炼还原期用金属铝和硅铁来还原熔渣中的氧化铬是有限的，并使得每炉铬铁合金在氩氧精炼后铬的损失控制困难，铬损失仍在4～8%wt较大的偏差范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氩氧精炼铬铁合金中减少铬损失的方法，是在氩氧精炼的还原期向炉中熔渣表面喷吹含碳物质，使熔渣中的氧化铬与喷到熔渣表面的含碳物质接触并发生还原反应，还原的铬进入熔体，生成的一氧化碳反应生成二氧化碳被排放。通过上述在还原期向炉中熔渣表面喷吹含碳物质，可以不再对氩氧精炼的氧化期严格地追求保持较高温度，即使因精炼温度不当造成了较多的铬被氧化，也可采用上述还原方法将熔渣中的大量氧化铬还原，使熔渣中的氧化铬降至最低，从而使铬的损失达到最小；然而，简单的向炉中喷吹含碳物质通常是不允许的，原因是氩氧精炼主要目的是降碳，同时尽量减少铬的损失，这一降碳过程一方面要对熔体进行有效地排碳，另一方面要严格防止熔体与其它含碳物质接触以防止增碳，特别是在精炼后期由于铬铁合金熔体碳含量较低，更要避免与碳源接触。因此，要在氩氧精炼的还原期向炉中喷吹含碳物质，使熔渣中氧化铬还原且避免含碳物质与熔体接触，经实验证明需要具备的条件因素为：1）保证较充足的底吹氩氧混合气（氩气或氮气及少量氧气），使熔体表面的含碳气体（如一氧化碳或二氧化碳）分压达到最小以有利于熔体排碳并避免碳再进入熔体；2）在保证排碳和避免碳再进入熔体的前提下，底吹的氩氧混合气的氧含量应尽量小，以保证熔体中铬的继续氧化趋势最小；3）底吹氩氧混合气又不能过大，避免熔体表面波动过大以减少熔体与熔渣的相互搅拌；4）由于熔体中硅在氧化期大量被氧化形成氧化硅进入渣中，使熔渣碱度降低，因此应在氧化期结束后向原熔渣中补充一定量的高碱度渣料，提高熔渣碱度及降低熔渣粘度；5）通过加入高碱度渣料来保持一定的熔渣厚度，熔渣厚度过薄会使喷吹的含碳物质直接与熔体接触，导致熔体增碳；熔渣厚度过厚也会阻碍熔渣中氧化铬与含碳物质接触，导致反应效率降低；6）需要控制喷吹含碳物质流量及流速，在确保含碳物质不与熔体接触的前提下，争取在较高的熔体温度下用较大的流量及流速来缩短喷吹时间是必要的；7）在调控喷吹流量的同时需要不断调整喷枪口（如顶枪枪口）高度来调节喷吹气流对熔渣的压力，保证不吹透熔渣层；8）熔体在还原期底吹氩氧混合气会使熔体逐渐降温，因此应保证熔体在还原期开始时具有较高的温度，以有利于铬的还原及保持熔渣较高的流动性。

本发明的技术方案是这样实现的：一种氩氧精炼铬铁合金减少铬损失的方法，是在氩氧精炼的氧化期顶底复吹氩氧混合气降碳后，在还原期进行氧化铬还原，其特征是在还原期向炉中熔渣表面喷吹含碳物质来还原氧化铬，其具体步骤如下：

1）在氧化期结束前通过加大吹氧量使熔体温度1700～1850℃；

2）从还原期开始到结束始终对熔体底吹氩氧混合气，流量为0.2～0.6立方米∕吨熔体·分钟，氩气与氧气的混合比为8:2～10:0；

3）向熔渣中补充氧化钙系渣料并搅拌，再陆续补充氧化钙系渣料，使熔渣厚度保持在100～300毫米；

4）向熔渣表面喷吹含碳物质0.5～3分钟后再向熔渣表面喷吹氩气10～60秒并反复交替喷吹，喷吹含碳物质喷吹流量为0.1～1.0立方米∕吨熔体·分钟，喷枪口距熔渣面高度设定为0. 2～1.0米，喷吹氩气搅拌流量为0.5～2.0立方米∕吨熔体·分钟，顶枪口距熔渣面高度设定为0. 2～1.0米。

所述的含碳物质是含碳颗粒与气体的含碳混合气，其颗粒含量小于60千克/立方米。 

所述的含碳物质是液态碳氢化合物与气体的含碳混合气，其碳氢化合物含量小于80千克/立方米。 

所述的含碳颗粒是指碳粉或煤粉或它们的混合粉，其粒度不大于5毫米。

所述的液态碳氢化合物是指柴油、煤油、重油、石蜡等可燃液体。

所述的气体是气态碳氢化合物与氩气或氮气组成的混合气，混合比例为8:2～5:5。

所述的气态碳氢化合物是指天然气、乙炔等可燃气体。

所述的喷吹氩气搅拌是指喷吹纯氩气搅拌或喷吹纯氮气搅拌或喷吹氮气与氩气混合气搅拌。

所述的底吹氩氧混合气中的氩气是指纯氩气或纯氮气或氮气与氩气混合气。

所述的氧化钙系渣料为氧化钙-氧化铝-氧化镁渣系，组成为（wt%）：55～65氧化钙，15～25氧化铝，8～15氧化镁，3～6氟化钙。

在上述氩氧精炼还原期向熔渣表面喷吹含碳物质可以是连续进行，也可以间断进行，可以多次对熔渣和熔体取样进行铬含量检测，当取样熔渣中铬含量偏高时，继续向熔渣表面喷吹含碳物质并逐渐减少喷吹流量，直至取样熔渣铬含量低于预期指标后出炉。

上述所说向熔渣表面喷吹含碳物质0.5～3分钟后再向熔渣表面喷吹氩气的目的是为进一步降低熔渣表面的一氧化碳分压，加快还原反应进行。 

本发明的积极效果是可使用廉价的碳粉等快速还原熔渣中氧化铬，且不会对铬铁合金熔体增碳，精炼后的铬铁合金碳含量可低于0.25wt%，铬损失率低于2.6%。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述：

实施例所采用的氩氧精炼炉为5吨顶底复吹转炉，并配装喷吹含碳物质用的喷枪；每炉加入高碳铬铁合金熔体原料4吨，碳含量为7.4～7.6%wt，铬含量为70%wt；精炼氧化期熔体温度保持在1700～1850℃范围，氧化期结束后熔体温度保持在1700～1850℃，测定铬损失率为7～8%，还原期补充熔渣料成分为（wt%）允许在55～65氧化钙，17～23氧化铝，8～15氧化镁，4～6氟化钙范围内。

实施例1：在氩氧精炼氧化期后，测定熔体温度1700℃，初始设定底吹流量为0.6立方米∕吨熔体·分钟，底吹氩气与氧气的混合比为8:2；4分钟后底吹流量改为0.2立方米∕吨熔体·分钟，底吹氩气与氧气的混合比为10: 0，直至还原期结束；向熔渣中补充氧化钙系渣料并搅拌，使熔渣厚度达到300毫米，并在还原期中陆续补充氧化钙系渣料，使熔渣厚度在100～300毫米之间；用喷枪向熔渣表面喷吹氩气与粒度小于5毫米的碳粉混合气，混合气颗粒含量为60千克/立方米，反复4次交替喷吹碳粉混合气和吹氩顺序与参数为：1）喷吹碳粉混合气流量设为4.0立方米/分钟（1.0立方米∕吨熔体·分钟×4吨熔体），喷枪口距熔渣面高度为1.0米，喷吹0.5分钟后停止，再用顶枪吹氩气20秒，吹氩流量为8.0立方米/分钟，顶枪口距熔渣面高度为1.0米；2）喷吹碳粉混合气流量设为2.0立方米/分钟，喷枪口距熔渣面高度为0.8米，喷吹1分钟后停止，再用顶枪吹氩气10秒，吹氩流量为4.0立方米/分钟，顶枪口距熔渣面高度为0.6米检测碳含量(wt.%) 0.23%，铬损失率为3.4%；3）喷吹碳粉混合气流量设为0.8立方米/分钟，喷枪口距熔渣面高度为0.5米，喷吹1分钟后停止，再用顶枪吹氩气10秒，吹氩流量为4.0立方米/分钟，顶枪口距熔渣面高度为0.6米； 4）喷吹碳粉混合气流量设为0.4立方米/分钟，喷枪口距熔渣面高度为0.2米，喷吹3分钟后停止，再用顶枪吹氩气60秒，吹氩流量为2.0立方米/分钟，顶枪口距熔渣面高度为0.2米，检测碳含量(wt.%)为 0.23%，铬损失率为2.5%。

实施例2：在氩氧精炼氧化期后，测定熔体温度1850℃，初始设定底吹流量为0.5立方米∕吨熔体·分钟，底吹氩气与氧气的混合比由8:2；3分钟后底吹流量改为0.5立方米∕吨熔体·分钟，底吹氩气与氧气的混合比为9: 1；再3分钟后底吹流量改为0.2立方米∕吨熔体·分钟，底吹氩气与氧气的混合比为10: 0，直至还原期结束；向熔渣中补充氧化钙系渣料并搅拌，使熔渣厚度达到200毫米，并在还原期中陆续补充氧化钙系渣料，使熔渣厚度在100～300毫米之间；用喷枪向熔渣表面喷吹氩气与粒度小于1毫米的煤粉混合气，混合气颗粒含量为40千克/立方米，反复交替喷吹煤粉混合气和吹氩顺序与参数为：1）先将流量设为1.6立方米/分钟（0.4立方米∕吨熔体·分钟×4吨熔体），喷枪口距熔渣面高度为0. 6米，喷吹1分钟后停止，再用顶枪吹氩气10秒，吹氩流量为1.2立方米/分钟，顶枪口距熔渣面高度为0. 6米，如此反复4次，检测碳含量(wt.%) 0.23%，铬损失率为3.5%；2）再将流量设为0.4立方米·分钟，喷枪口距熔渣面高度降至0.4米，做水平圆周运动喷吹1分钟后停止，再用顶枪吹氩气10秒，吹氩流量为1.2立方米/分钟，顶枪口距熔渣面高度为0. 6米，如此反复3次，检测碳含量(wt.%)为 0.24%，铬损失率为2.3%。

实施例3：在氩氧精炼氧化期后，测定熔体温度1760℃，设定底吹流量同实施例2，向熔渣中补充氧化钙系渣料并搅拌，使熔渣厚度达到200毫米，并在还原期中陆续补充氧化钙系渣料，使熔渣厚度在150～250毫米之间；用喷枪向熔渣表面喷吹氮气与煤油的混合气： 1）先将混合气煤油含量设为80千克/立方米，流量设为1.2立方米/分钟，喷枪口距熔渣面高度为0. 5米，喷吹1分钟后停止，再用顶枪吹氩气15秒，吹氩流量为1.2立方米/分钟，顶枪口距熔渣面高度为0. 5米，如此反复3次，检测碳含量(wt.%) 0.22%，铬损失率为3.7%；2）再将混合气煤油含量设为30千克/立方米，流量设为0.6立方米·分钟，喷枪口距熔渣面高度降至0.4米，做水平圆周运动喷吹1分钟后停止，再用顶枪吹氩气10秒，吹氩流量为1.2立方米/分钟，顶枪口距熔渣面高度为0. 6米，如此反复3次，检测碳含量(wt.%)为 0.25%，铬损失率为2.5%。

实施例4：在氩氧精炼氧化期后，测定熔体温度1820℃，设定底吹流量同实施例2，补充氧化钙系渣料同实施例3；用喷枪向熔渣表面喷吹天然气与氮气的混合气：1）先将天然气与氮气的混合比例定为8:2，流量设为1.5立方米/分钟，喷枪口距熔渣面高度为0. 5米，喷吹1分钟后停止，再用顶枪吹氩气10秒，吹氩流量为1.5立方米/分钟，顶枪口距熔渣面高度为0. 5米，如此反复4次，检测碳含量(wt.%) 0.23%，铬损失率为3.6%；2）再将天然气与氮气的混合比例定为5:5，流量设为1.0立方米·分钟，喷枪口距熔渣面高度不变，喷吹1分钟后停止，再用顶枪吹氩气10秒，吹氩流量为1.2立方米/分钟，顶枪口距熔渣面高度为0. 6米，如此反复3次，检测碳含量(wt.%)为 0.22%，铬损失率为2.6%。

Claims (7)

1.一种氩氧精炼铬铁合金减少铬损失的方法，是在氩氧精炼的氧化期顶底复吹氩氧混合气降碳后，在还原期进行氧化铬还原，其特征是在还原期向炉中熔渣表面喷吹含碳物质来还原氧化铬，其具体步骤如下：

1）在氧化期结束前通过加大吹氧量使熔体温度1850℃；

2）从还原期开始到结束始终对熔体底吹氩氧混合气，流量为0.2立方米∕吨熔体·分钟，氩气与氧气的混合比为8:2；

3）向熔渣中补充氧化钙系渣料并搅拌，再陆续补充氧化钙系渣料，使熔渣厚度保持在100～300毫米；

4）向熔渣表面喷吹含碳物质0.5～3分钟后再向熔渣表面喷吹氩气10～60秒并反复交替喷吹，喷吹含碳物质喷吹流量为0.1～1.0立方米∕吨熔体·分钟，喷枪口距熔渣面高度设定为0. 2～1.0米，喷吹氩气搅拌流量为0.5～2.0立方米∕吨熔体·分钟，顶枪口距熔渣面高度设定为0. 2～1.0米。

2.根据权利要求1所述的一种氩氧精炼铬铁合金减少铬损失的方法，其特征在于所述的含碳物质是含碳颗粒与气体的含碳混合气，其颗粒含量小于60千克/立方米。

3.根据权利要求1所述的一种氩氧精炼铬铁合金减少铬损失的方法，其特征在于所述的含碳物质是液态碳氢化合物与气体的含碳混合气，其碳氢化合物含量小于80千克/立方米。

4.根据权利要求2所述的一种氩氧精炼铬铁合金减少铬损失的方法，其特征在于所述的含碳颗粒是指碳粉或煤粉或它们的混合粉，其粒度不大于5毫米。

5.根据权利要求3所述的一种氩氧精炼铬铁合金减少铬损失的方法，其特征在于所述的液态碳氢化合物是指柴油、煤油、重油或石蜡。

6.根据权利要求2或3所述的一种氩氧精炼铬铁合金减少铬损失的方法，其特征在于所述的气体是气态碳氢化合物与氩气或氮气组成的混合气，混合比例为8:2～5:5。

7.根据权利要求6所述的一种氩氧精炼铬铁合金减少铬损失的方法，其特征在于所述的气态碳氢化合物是指天然气或乙炔。