CN103255356A

CN103255356A - 一种制造低碳不锈钢的方法

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Publication number: CN103255356A
Application number: CN201310171216XA
Authority: CN
Inventors: 张霞; 李建民; 赵大同; 李道明; 侯东涛
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-05-10
Also published as: CN103255356B

Abstract

本发明涉及一种制造低碳不锈钢的方法，它包括下述依次的步骤：Ⅰ预处理铁水；ⅡK-OBM-S转炉冶炼；Ⅲ一次LF钢包精炼；Ⅳ钢液循环真空脱碳a RH用普通钢热罐；b接底吹氩气管开始抽真空；c降低真空压强并吹氧脱碳，脱碳值为0.025～0.035%；d 吹氧结束时真空值降低到40mbar；e碳含量达到目标值0.025～0.035%，在RH工位进行还原操作：f 进行微调,微调后钢水质量百分比达下述要求出站：C0.020～0.030；Si0.52～0.58；Mn2.40～2.80；P≤0.030；S≤0.015；Cr16.00～16.40；Ni 6.00～6.20；Cu2.05～2.25：其余为Fe与不可避免的杂质，温度1540～1550℃。本制造低碳不锈钢的方法脱碳效率高，可使成品碳脱至0.03%。

Description

一种制造低碳不锈钢的方法

技术领域

本发明涉及一种制造低碳不锈钢的方法。

背景技术

碳是传统的马氏体不锈钢中最重要的合金元素，钢中铬、碳二元素的合理配比，出现了高、中、低碳三类Fe-Cr-C马氏体不锈钢。碳的作用是扩大γ区，提高钢的淬透性。但随钢中碳含量的增加与马氏体不锈钢的强度、硬度增加的同时，钢的塑、韧性、耐蚀性、冷成型性和焊接性要降低。对碳在不锈钢中的作用，除了对马氏体不锈钢有重要影响外，对奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢以及双相不锈钢而言，一般认为其弊大于利。

碳可提高不锈钢的强度，但又显著降低钢的塑、韧性。

碳与钢中的铬结合，在晶界形成富铬碳化物Cr₂₃C₆，导致铬贫化而引起晶界腐蚀和耐蚀性的下降。为此，奥氏体、铁素体和双相不锈钢以及超级马氏体不锈钢中的碳含量要求日益降低，例如：奥氏体和双相不锈钢一般要求碳含量≤0.03%;现代铁素体不锈钢和超级马氏体不锈钢的一些牌号则要求碳含量低于0.01%.

低碳含量不锈钢一般的冶炼工艺为：

二步法：EAF/BOF+AOD或VOD--连铸

三步法：预处理铁水脱硅脱磷+K-OBM-S+VOD--连铸

这两种方法各具特点：二步法多在专业化不锈钢生产厂采用，冶炼钢种不受限制；三步法在有高炉、转炉装备的联合企业中采用。

不锈钢冶炼工艺所以要分为二步法和三步法，主要是由在AOD或VOD炉精炼前的粗炼钢水所使用的原料的不同所决定的。二步法的精炼钢水基本上是用废钢等冷料进行冶炼的，三步法主要是用铁水和不锈钢返回料进行冶炼的。

二步法的第一步粗炼钢水是不锈钢返回料，废钢、高碳铬铁，镍等原料，在电炉通电熔化后加入石灰、萤石造渣，用碳粉和硅铁还原渣中的铬，然后出钢，粗炼钢水的化学成分必须进行控制。对于AOD炉的粗炼钢水必须对铬、碳、硅进行控制。铬应为成品要求的中上限，以尽量避免在AOD再调整铬，碳含量一般控制在1.5-2.0%左右，它主要决定着在AOD的冶炼时间，以确保多炉连铸。硅要求控制在≤0.30%，其目的是提高炉衬寿命。硅在脱碳期开始后很快先被优先氧化成SiO₂,如果硅含量高，则SiO₂发生量也高，这样为了使脱碳期的钢渣碱度（CaO/SiO₂）到1.0左右，以防止酸性渣（CaO/SiO₂〈1.0）对炉衬的快速熔损就必须添加更多的CaO，造成整个渣量过多而影响脱碳．

目前国内不锈钢最终的精炼工艺采取的均是AOD氩氧脱碳精炼法和VOD真空吹氧精炼法。

原因在于：不锈钢铬含量很高，铬是极易氧化的元素，虽然在精炼过程中铬和碳的氧化形成共轭反映。在某温度以下，铬可先于碳氧化，而在另一温度下碳可抑制铬的氧化。碳和铬可构成选择性的氧化，保证碳优先于铬氧化，以达到“去碳保铬”的目的。具体为:

不锈钢脱碳过程存在着两个氧化反应：

2[C]+O₂=2CO ………………………⑴

3[Cr]+2O₂=（Cr₃O₄）………………⑵

在普通喷吹纯氧情况下，除了在一定温度下与一定的铬相平衡的碳外，其余的碳都以CO气体形式逸出。将式（1）与（2）合并可得脱碳反应：

（Cr₃O₄）+4[C]=3[Cr]+4CO ……………⑶

由公知的碳-铬的平衡关系知：最终含碳量随着铬含量的降低，温度的提高和一氧化碳的降低而降低。如果在不改变上述各变量的情况下，要使碳含量降到平衡值以下，那末必将导致铬与碳同时氧化。根据上式，可以采取两个途经来达到降碳保铬的目的：

1）.提高钢水温度。随着吹氧前钢水温度的升高，钢中的含碳量是降低的，但这种方法只有在耐火材料允许的条件下才能灵活的加以运用。

2）.降低CO气体的分压力。式（3）表明，在温度一定的条件下，对高铬钢水进行脱碳时，Pco越低，钢水中含碳量应当越低，这是因为：降低CO分压力，可以使反应2[C]+O₂=2CO 比反应3[Cr]+2O₂=（Cr₃O₄）进行的更快，从而使反应（Cr₃O₄）+4[C]=3[Cr]+4CO朝着降低碳含量的方向进行。所以，要降低钢中碳含量，必须通过提高前期钢水温度和抽真空降低Pco来达到目的．而VOD只在钢水表面发生脱碳反应，而且钢包底部的钢水需要克服钢水的静压力，脱碳的条件较差; 从动力学条件上对比，VOD受到的制约因素较RH多，VOD受到钢包底吹流量、钢包空间及钢水上部渣量的影响较大，因此脱碳的效率低。

发明内容

为了克服现有制造低碳不锈钢的方法的上述不足，本发明提供一种提高不锈钢的脱碳效率的制造低碳不锈钢的方法，并且克服了具有AOD或VOD装备才能制造不锈钢的难题。

本制造低碳不锈钢的方法的工艺路线是：

1预处理铁水； 2 K-OBM-S转炉冶炼； 3一次LF钢包精炼；　4 钢液循环真空脱碳即RH法；　5模铸。

在钢液真空循环脱碳后，若钢水中元素的成分与温度中有任意一个低，进行二次LF钢包精炼，达到钢种成分与钢水温度的要求后，再模铸。

本用制造低碳不锈钢的方法包括下述依次的步骤：

Ⅰ预处理铁水

将下述成分的质量百分比的铁水进行预处理：

S≤0.040%； P≤0.090%； Si≤0.40%；

其余为Fe与不可避免的杂质，铁水温度≥1260℃。

　铁水经脱S脱P与脱Si预处理后，铁水的成分的质量百分比达下述要求：（即符合K-OBM-S转炉冶炼入炉的要求）

S≤0.025%； P≤0.010%； Si≤0.05%；其余为Fe与不可避免的杂质，预处理后铁水温度≥1260℃。

Ⅱ K-OBM-S转炉冶炼

将预处理后的铁水加入到K-OBM-S转炉冶炼，转炉底吹全程N₂气操作，

每吨铁水加入石灰-95～105kg/t，轻烧镁球-23～27kg/t，焦碳-17～19kg/t，高碳铬铁(含铬69.2%)-25～28kg/t, 高碳锰铁(含碳7.5%、含锰76%)-3.0～4.0 kg/t,硅铁(含硅75%)-25～27kg/t,镍板-62～68kg/t ，铜板24～26 kg/t；底吹氮气搅拌，吹氮量每分钟30-70Nm³，经K-OBM-S转炉冶炼后，铁水的成分的质量百分比达下述要求：

C 0.16～0.20； Si 0.01～0.06； Mn 2.40～2.80； P ≤0.023 ； S　≤0.012； Cr　16.00～16.40； Ni 6.10～6.30； Cu　2.10～2.30；其余为Fe与不可避免的杂质，钢水出钢温度≥1690℃，炉后温度≥1640℃。钢包空间：300-500mm，钢包渣厚≤100mm。

Ⅲ一次LF钢包精炼

将转炉冶炼后的钢水倒入钢包进行第一次LF钢包精炼,到LF炉进行升温，升温至1670～1690℃，升温过程根据埋弧情况加入合成渣（主要成分是CaO和AL2O3）1.8-2.5kg/t，测温、取样，钢水的成分的质量百分比与温度达下述要求出钢：

C 0.16～0.20； Si 0.01～0.06； Mn 2.40～2.80； P ≤0.023 ； S≤0.012； Cr　16.00～16.40； Ni 6.10～6.30； Cu　2.10～2.30；其余为Fe与不可避免的杂质，温度1670～1690℃。

Ⅳ钢液循环真空脱碳

a 钢液循环真空脱碳也称RH法，在生产不锈钢前RH用两炉普通钢热罐，将钢包移到钢液循环真空脱碳工位，钢水到RH站后测温，钢水的温度为温度1650～1670℃。

b 接底吹氩气管，开始抽真空进行真空处理；循环3～4分钟，测温1620～1640℃；

c逐步降低真空压强；钢包中真空压强降低到不大于60mbar时开始吹氧脱碳；吹氧过程中，每吨钢水的吹氧量一般为4.2—5.0Nm³。

吹氧过程中，吹氧量也可按下式计算（以LF出站样为初始样）：

每吨钢水的吹氧量=（C0-C1）×2.67×1000Nm³

式中：C0----为LF出站时C的含量，%

C1----为脱碳目标值，%

脱碳目标值为：0.025～0.035%。(吹氧后的循环过程仍是一个残氧脱碳的过程)

d 吹氧枪位：320～330cm,吹氧过程中均匀降低真空压力，使吹氧结束时真空值降低到40mbar；脱碳结束后继续降低真空压强，降低到≤1mbar，并在该真空度下保持不少于10分钟；

e 然后测温取样，碳含量达到目标值0.025～0.035%，则在RH工位进行还原操作：加合成渣（CaO 50-65%;Al2O3:15-25%;SiO2≤5%;Fe2O3≤1.5%;碱度≥3）1.25～1.75Kg/t、萤石0.65～0.85Kg/t、Fe-Si　7.0-8.0Kg/t循环不小于5分钟后，破真空，底吹氩搅拌不少于10分钟后取样分析。

f 对未达出站目标要求的所有合金成分进行成分微调,可用低碳铬铁、电解锰与镍铁微调,它们的回收率：Mn不小于95%，Cr不小于98 %,Ni不小于99 %。

微调完合金后测温取样，当钢水的成分的质量百分比达下述要求时即出站：

C 0.020～0.030； Si 0.52～0.58； Mn 2.40～2.80； P≤0.030；

S ≤0.015；　Cr 16.00～16.40；　Ni 6.00～6.20； Cu 2.05～2.25：

其余为Fe与不可避免的杂质，温度1540～1550℃。

浇注成钢锭。

上述的制造低碳不锈钢的方法，其步骤特征是：

在步骤Ⅳ钢液循环真空脱碳后，当RH出站成分和温度不符合目标要求时,再到LF精炼炉，按照步骤Ⅲ 一次LF钢包精炼的升温操作方式进行二次升温操作；再按照步骤Ⅳ 钢液循环真空脱碳中f成分微调的方式进行成分微调。

上述的制造低碳不锈钢的方法，其步骤特征是：在步骤Ⅳ钢液循环真空脱碳的f 对未达出站目标要求的所有合金成分进行成分微调时，微调合金加入量为：

微调合金加入量(Kg/t)=(钢种要求中限%-微调前钢中该元素的含量) ×1000/(该合金元素回收率%×微调所用合金中该元素含量%)。

本发明通过RH脱碳，RH脱碳是钢水全部在真空室内液滴状态下脱碳，脱碳过程不需要克服钢水的静压力，脱碳较彻底，脱碳效率高，可使成品碳脱至0.03%或0.03%以下，满足低碳不锈钢的生产要求。用本发明的方法生产低碳不锈钢，解决了无VOD和AOD装置无法生产低碳不锈钢的难题。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。

实施例一

Ⅰ 预处理铁水

将下述成分的质量百分比的铁水73吨进行预处理：

S　 0.038%； P 　0.087%； Si　0.36%；其余为Fe与不可避免的杂质，铁水温度1320℃。

铁水经脱S脱P与脱Si预处理后，铁水的成分的质量百分比达下述要求：

S 0.022%； P 　0.005%； Si　0.03%；其余为Fe与不可避免的杂质，预处理后铁水温度1290℃。

Ⅱ K-OBM-S转炉冶炼

将预处理后的铁水加入K-OBM-S转炉冶炼，转炉全程底吹N₂气操作，每吨铁水加入石灰—100kg/t，轻烧镁球—25kg/t，焦碳—18kg/t，高碳铬铁(含铬69.2%)-25 kg/t, 高碳锰铁(含碳7.5%、含锰76%)-3.5 kg/t,硅铁(含硅75%)-25 kg/t,镍板-65kg/t 铜板-25kg/t；底吹氮搅拌，吹氮量每分钟60Nm³.

经K-OBM-S转炉冶炼后，铁水的成分的质量百分比达下述要求：

C 0.18； Si 0.02； Mn 2.54； P 0.023； S 0.012； Cr16.3； Ni 6.27； Cu 2.23：

其余为Fe与不可避免的杂质，钢水出钢温度1690℃，炉后温度： 1640℃。钢包空间：350mm，钢包渣厚：90mm。

Ⅲ一次LF钢包精炼

将转炉冶炼后的钢水倒入钢包进行第一次LF钢包精炼。

到LF炉进行升温，升温至1680℃，升温过程根据埋弧情况加入合成渣2.5kg/t，测温、取样，钢水的成分的质量百分比与温度如下所示：

C 0.20； Si 0.03； Mn 2.50； P 0.023 ；

S 0.011； Cr 16.28； Ni 6.24； Cu 2.25：

其余为Fe与不可避免的杂质，温度1680℃。

Ⅳ钢液循环真空脱碳

在生产不锈钢前RH过两炉普通钢热罐，将钢包移到钢液循环真空脱碳工位，钢水到RH站后测温，钢水的温度为1650℃，到站钢水的成分的质量百分比为：

C 0.20； Si 0.02； Mn 2.52； P 0.022 ； S 0.011； Cr 16.26； Ni 6.17； Cu 2.23：

其余为Fe与不可避免的杂质。

接底吹氩气管，开始抽真空进行真空处理；循环3分钟，测温1630；并逐步降低真空压强；钢包中真空压强降低到60mbar时开始吹氧脱碳，吹氧20分钟.

每吨钢水的吹氧量4.8Nm³

吹氧枪位：320cm 吹氧过程中均匀降低真空压力，使吹氧结束时真空值降低到40mbar；脱碳结束后继续降低真空压强，降低到≤1mbar，并在该真空度下保持11分钟；

然后测温取样，碳含量达到目标值，吹氧结束钢水的成分的质量百分比为：

C 0.035； Si 0.04； Mn 2.22； P 0.020； S 0.012； Cr 15.75； Ni 6.07； Cu 2.25：其余为Fe与不可避免的杂质，温度1664℃。

在RH进行还原操作：加合成渣1.5Kg/t、萤石　0.75Kg/t、Fe-Si　7.3Kg/t，循环6分钟后，破真空，底吹氩搅拌11分钟后取样分析。

根据吹氧结果与出站成分的偏差进行成分微调,微调合金加入量：低碳铬铁8.3Kg/t和电解锰4.5Kg/t、镍铁1.0 Kg/t;

微调完合金后测温取样，钢液结束真空循环出站时，钢水的成分的质量百分比为：

C 0.03； Si 0.53； Mn 2.67； P 0.027；

S 0.011； Cr 16.31； Ni 6.18； Cu 2.23：

其余为Fe与不可避免的杂质，温度1540℃。

Ⅴ浇注

浇注成钢锭。钢锭的成分的质量百分比为：

C 0.03； Si 0.52； Mn 2.65； P 0.027；

S 0.011； Cr 16.34； Ni 6.15； Cu 2.22：

其余为Fe与不可避免的杂质。

实施例二

Ⅰ 预处理铁水

将下述成分的质量百分比的铁水75吨进行预处理：

S 　0.028%； P 　0.073%； Si　0.034%；

其余为Fe与不可避免的杂质，铁水温度1290℃。

S 0.015%； P 0.004%； Si　0.025%；其余为Fe与不可避免的杂质，预处理后铁水温度1270℃。

Ⅱ K-OBM-S转炉冶炼

将预处理后的铁水加入K-OBM-S转炉冶炼，转炉全程底吹N₂气操作，

每吨铁水加入石灰—100kg/t，轻烧镁球—25kg/t，焦碳—18kg/t，高碳铬铁(含铬69.2%)-25 kg/t, 高碳锰铁(含碳7.5%、含锰76%)-3.5 kg/t,硅铁(含硅75%)-25 kg/t,镍板-65kg/t 铜板-25kg/t；底吹氮搅拌，吹氮量每分钟60Nm³.

经K-OBM-S转炉冶炼后，铁水的成分的质量百分比达下述要求：

C 0.17； Si 0.02； Mn 2.78； P 0.021； S 0.010； Cr 16.39； Ni 6.29； Cu 2.25：

其余为Fe与不可避免的杂质，钢水出钢温度1695℃，炉后温度： 1643℃。钢包空间：350mm，钢包渣厚：95mm。

Ⅲ一次LF钢包精炼

将转炉冶炼后的钢水倒入钢包进行第一次LF钢包精炼，到LF炉进行计升温，升温至1690℃，升温过程根据埋弧情况加入合成渣2.5kg/t，测温、取样，钢水的成分的质量百分比与温度如下所示：

C 0.19； Si 0.02； Mn 2.75； P 0.022； S 0.011； Cr 16.35； Ni 6.27； Cu 2.23：

其余为Fe与不可避免的杂质，钢水出站温度1690℃.

Ⅳ钢液循环真空脱碳

在生产不锈钢前RH过两炉普通钢热罐，将钢包移到钢液循环真空脱气工位，钢水到RH后测温，钢水的温度1665℃.

接底吹氩气管，开始抽钢包进行真空处理；循环3分钟测温1622℃,并逐步降低真空压强；钢包中真空压强降低60mbar时开始吹氧脱碳，每吨钢水的吹氧量4.3Nm³

吹氧枪位：320cm,吹氧过程中均匀降低真空压力，使吹氧结束时真空度值降低到40mbar；脱碳结束后降低真空压强，降低到≤1mbar，并在该真空度下保持11分钟；

然后测温取样，碳含量达到目标值，在RH进行还原操作，加合成渣1.5Kg/t、萤石　0.75Kg/t、Fe-Si　7.0Kg/t，循环6分钟后，破真空，底吹氩搅拌10分钟后取样分析：吹氧结束钢水的成分的质量百分比为：

C 0.025； Si 0.05； Mn 2.56； P 0.026 ； S 0.01； Cr 15.72； Ni 6.15； Cu 2.20：其余为Fe与不可避免的杂质，温度1615℃。

根据此结果与出站要求成分的偏差进行成分微调,微调合金加入量：低碳铬铁9.5Kg/t和电解锰1.9 Kg/t;因镍已进格并达中上限,所以不需要调整

C 0.03； Si 0.35； Mn 2.74； P 0.027；

S 0.011； Cr 16.34； Ni 6.13； Cu 2.24：

其余为Fe与不可避免的杂质，温度1535℃。

Ⅴ.二次LF钢包炉精炼

因钢水成分Si含量及RH出站温度不符合目标要求,需到LF炉进行二次处理

升温操作同一次LF钢包炉精炼操作,成分微调同RH还原操作.

到LF站送电升温,升温时间10min,加硅铁3.0kg/t,温度1550℃,弱搅拌搅拌(氩气流量50NL/min)循环10分钟出站.钢水成分的质量百分比为：

C 0.03； Si 0.57； Mn 2.75； P 0.029；

S 0.011； Cr 16.40； Ni 6.15； Cu 2.22：

其余为Fe与不可避免的杂质。

Ⅵ浇注

浇注成钢锭。钢绽的成分的质量百分比为：

C 0.03； Si 0.56； Mn 2.73； P 0.029；

S 0.011； Cr 16.38； Ni 6.15；

Cu 2.21：

其余为Fe与不可避免的杂质。

Claims

1.一种制造低碳不锈钢的方法，它包括下述依次的步骤：

Ⅰ预处理铁水

将下述成分的质量百分比的铁水进行预处理：

S≤0.040%； P≤0.090%； Si≤0.40%；

其余为Fe与不可避免的杂质，铁水温度≥1260℃；

S≤0.025%； P≤0.010%； Si≤0.05%；其余为Fe与不可避免的杂质，预处理后铁水温度≥1260℃；

Ⅱ K-OBM-S转炉冶炼

每吨铁水加入石灰95～105kg/t，轻烧镁球23～27kg/t，焦碳17～19kg/t，高碳铬铁25～28kg/t, 高碳锰铁3.0～4.0 kg/t,硅铁25～27kg/t,镍板62～68kg/t ，铜板24～26 kg/t；底吹氮气搅拌，吹氮量每分钟30-70Nm³，经K-OBM-S转炉冶炼后，铁水的成分的质量百分比达下述要求：

C 0.16～0.20； Si 0.01～0.06； Mn 2.40～2.80； P ≤0.023 ； S　≤0.012； Cr　16.00～16.40； Ni 6.10～6.30； Cu　2.10～2.30；其余为Fe与不可避免的杂质，钢水出钢温度≥1690℃，炉后温度≥1640℃；钢包空间：300-500mm，钢包渣厚≤100mm；

Ⅲ 一次LF钢包精炼

将转炉冶炼后的钢水倒入钢包进行第一次LF钢包精炼,到LF炉进行升温，升温至1670～1690℃，升温过程根据埋弧情况加入合成渣1.8-2.5kg/t，测温、取样，钢水的成分的质量百分比与温度达下述要求出钢：

C 0.16～0.20； Si 0.01～0.06； Mn 2.40～2.80； P ≤0.023 ； S≤0.012； Cr　16.00～16.40； Ni 6.10～6.30； Cu　2.10～2.30；其余为Fe与不可避免的杂质，温度1670～1690℃；

Ⅳ 钢液循环真空脱碳

a 在生产不锈钢前RH用两炉普通钢热罐，将钢包移到钢液循环真空脱碳工位，钢水到RH站后测温，钢水的温度为温度1650～1670℃；

c逐步降低真空压强；钢包中真空压强降低到不大于60mbar时开始吹氧脱碳；

吹氧过程中，吹氧量也可按下式计算：

每吨钢水的吹氧量=（C0-C1）×2.67×1000Nm³

式中：C0----为LF出站时C的含量，%

C1----为脱碳目标值，%

脱碳目标值为：0.025～0.035%；

e 然后测温取样，碳含量达到目标值0.025～0.035%，则在RH工位进行还原操作：加合成渣1.25～1.75Kg/t、萤石0.65～0.85Kg/t、Fe-Si　7.0-8.0Kg/t循环不小于5分钟后，破真空，底吹氩搅拌不少于10分钟后取样分析；

f 对未达出站目标要求的所有合金成分进行成分微调,可用低碳铬铁、电解锰与镍铁微调,它们的回收率：Mn不小于95%，Cr不小于98 %,Ni不小于99 %；

微调完合金后测温取样，当钢水的成分的质量百分比达下述要求时出站：

C 0.020～0.030； Si 0.52～0.58； Mn 2.40～2.80； P≤0.030；

S ≤0.015；　Cr 16.00～16.40；　Ni 6.00～6.20； Cu 2.05～2.25：

其余为Fe与不可避免的杂质，温度1540～1550℃。

2. 根据权利要求1所述的制造低碳不锈钢的方法，其步骤特征是：

3.根据权利要求1或2所述的制造低碳不锈钢的方法，其步骤特征是：在步骤Ⅳ钢液循环真空脱碳的f 对未达出站目标要求的所有合金成分进行成分微调时，微调合金加入量为：