CN104195291B

CN104195291B - 一步法生产高锰高氮耐蚀钢g6811的方法

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Publication number: CN104195291B
Application number: CN201410399313.9A
Authority: CN
Inventors: 王利伟; 贾育华; 张治广; 田新中; 王郢; 吴广海; 冯文甫; 李立刚; 潘光忠; 曹洪波; 郭键
Original assignee: Xingtai Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Xingtai Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2034-08-14
Also published as: CN104195291A

Abstract

本发明公开了一种一步法生产高锰高氮耐蚀钢G6811的方法，其包括铁水预处理工序、AOD炉工序、LF炉工序和连铸机工序，所述AOD炉工序包括脱碳期、吹氧升温还原期和脱硫期；所述脱碳期根据碳含量的控制上限确定6个脱碳期，第一脱碳期至第六脱碳期的碳重量含量上限分别为1.50%、0.40%、0.25%、0.15%、0.10%、0.05%。本方法通过控制AOD炉各阶段的气体比例模型、加料时机、加料速度、温度控制等工艺实现了脱磷铁水直兑AOD炉一步法生产高合金耐蚀钢G6811。本发明中铬、锰、镍、铜主合金元素全部在AOD工序加入，从而提高了金属收得率；其中锰全部在AOD脱碳期结束后加入相应锰的吸收率更高，冷料（高碳铬铁和渣料）集中加入带来的温降依靠增加一个硅铁氧化期弥补，降低生产成本。

Description

一步法生产高锰高氮耐蚀钢G6811的方法

技术领域

本发明属于高合金钢技术领域，尤其是一种一步法生产高锰高氮耐蚀钢G6811的方法。

背景技术

G6811属于高合金耐蚀钢，由于含有较高的锰（14.50～15.50%）、铬（11.00～12.00%）、铜（0.50～1.00%）、镍（0.50～1.00%）和氮（≥0.15%），冶炼过程需要配加大量的合金和渣料，国内外主流生产厂家采用“电炉＋AOD炉”两步法进行冶炼。如果使用铁水直兑AOD炉冶炼的方式，所有配加成分需要的高碳铬铁、电解锰、铜板、镍板等合金和渣料则全部在AOD炉内加入，其合金加入量占到出钢量的约30%，会造成炉内热量缺损巨大，而为了弥补热量只能依靠过量的氧化铬元素或者加入硅铁等合金的方式提温，最终容易导致钢水温度、成分难以控制，降低金属元素收得率，延长冶炼周期并造成耐材损耗严重，同时容易引起AOD终渣碱度低、钢水质量不稳定等一些列生产问题及产品质量问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种金属收得率高、钢水稳定的一步法生产高锰高氮耐蚀钢G6811的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括铁水预处理工序、AOD炉工序、LF炉工序和连铸机工序，所述AOD炉工序包括脱碳期、吹氧升温还原期和脱硫期；所述脱碳期根据碳含量的控制上限确定6个脱碳期，第一脱碳期至第六脱碳期的碳重量含量上限分别为1.50%、0.40%、0.25%、0.15%、0.10%、0.05%；

所述第一脱碳期和第二脱碳期：顶枪枪位固定在2.8米，提顶枪温度控制在1650～1680℃；开吹1分钟后开始加入高碳铬铁和渣料，加料速度控制在0.5～1.0吨/min；加入含Si量大于1.5wt%的高硅铬铁以弥补吹炼前期集中加入所述高碳铬铁和渣料带来的温降；

所述第三脱碳期：调整第三脱碳期至第六脱碳期的吹氧量，以控制第六脱碳期的末期温度在1670～1700℃；

所述第六脱碳期：在中期加入含铜镍物料；

所述吹氧升温还原期：加入低碳锰硅和电解锰合金化，并进行加硅铁吹氧操作；

所述脱硫期：加入全部萤石，脱硫期开始进行氮氩切换并全程吹氩，依靠氩气对溶解氮的排斥效应实现氮含量的精准控制。

本发明所述第二脱碳期结束后取样测量温度，根据测定的温度来调整第三脱碳期的吹氧量，控制第三脱碳期结束时的温度为1670～1700℃；

所述第四脱碳期和第五脱碳期，采用公式（1）计算吹氧量，公式（1）为：

吹氧量=钢水量×（C_初始含量-C_目标含量）/CRE（1），

式中：CRE－参考值为30%～40%，

C_初始含量－第三脱碳期结束时钢水中的碳含量，

C_目标含量－第五脱碳期结束时钢水要达到的碳含量；

所述第六脱碳期，采用上述公式（1）计算吹氧量，

式中：CRE－参考值为15%～20%，

C_初始含量－第五脱碳期结束时钢水中的碳含量，

C_目标含量－第六脱碳期结束时钢水要达到的碳含量；

所述吹氧升温还原期：每加入1吨硅铁需吹氧气40～45m³；

所述脱硫期：通过调整氩气流量和吹入量实现氮的精准控制，控制终点氮含量上下限差为200×10^-6。

本发明所述脱硫期：氩气流量为50～75m³/min，氩气吹入量根据氮含量差值按1立方氩气降2×10^-6氮含量计算而得，所述氮含量差值为目标氮含量与吹氧升温还原期结束后取氮样中氮含量的差值。

本发明所述脱硫期：还原3分钟后进行蘸渣取样操作，如终渣颜色为浅绿色只需继续还原3分钟，如终渣颜色为褐色则继续还原3分钟并补加3.5～3.8kg/吨的硅铁。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过控制AOD炉各阶段的气体比例模型、加料时机、加料速度、温度控制等工艺实现了脱磷铁水直兑AOD炉一步法生产高合金耐蚀钢G6811。本发明中铬、锰、镍、铜主合金元素全部在AOD工序加入，从而提高了金属收得率；其中锰全部在AOD脱碳期结束后加入相应锰的吸收率更高，冷料（高碳铬铁和渣料）集中加入带来的温降依靠增加一个硅铁氧化期弥补，吨钢综合成本降低约300元。

G6811是典型的以氮代镍合金钢，成品氮含量较高。本发明利用氮在钢水中的溶解度及氩气对氮的排斥效应，通过合理调整氮氩切换时间、吹气量等，能够避免采用加入氮合金的方式来精准控制氮含量，同时降低了生产成本。

本发明吨钢能耗相对更低因此兼具节能的特点，成品化学成分及氮含量稳定，生产成本更具优势，为提升企业竞争力奠定了基础。

具体实施方式

下面具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

本一步法生产高锰高氮耐蚀钢G6811的方法的工艺流程铁水预处理工序、AOD炉工序、LF炉工序和连铸机工序；所述AOD炉工序包括脱碳期、吹氧升温还原期和脱硫期；所述脱碳期根据碳含量的控制上限确定6个脱碳期，第一脱碳期至第六脱碳期的碳重量含量上限分别为1.50%、0.40%、0.25%、0.15%、0.10%、0.05%，例如第一脱碳期碳含量控制到1.50%以下；这样冶炼过程分为第一脱碳期、第二脱碳期、第三脱碳期、第四脱碳期、第五脱碳期、第六脱碳期、吹氧升温还原期、脱硫期8个阶段，各阶段气体配比及加料量见表1。

表1：冶炼过程各阶段的气体配比及加料量

、

注：表1中合金及渣料为各自加入总量的质量百分比；各合金和渣料均为常规G6811生产中的常用物料。

第一脱碳期和第二脱碳期：

AOD冶炼过程为氧气与钢水中碳生成一氧化碳，一氧化碳在炉口位置与空气中的氧反应生成二氧化碳即二次燃烧，降低顶枪枪位能使二次燃烧的热量更容易保留在炉内，有助于钢水快速升温。本方法将顶枪枪位固定在2.8米，从而能增加二次燃烧比例至15%～20%；因AOD前期几乎加入全部高碳铬铁和石灰，造成温降过大，本方法利用含Si含量大于1.5wt%的高硅铬铁中较多的Si元素氧化发热来弥补前期集中加入物料（高碳铬铁和石灰）带来的温降，其提顶枪温度控制在1650～1680℃。

所述顶枪开吹1分钟后开始加入高碳铬铁和渣料，其加料速度控制在0.5～1.0吨/min，防止出现温度骤变，第二脱碳期结束后第一次取成分样和测量温度。

钢水中碳含量降至1.50wt%时第一脱碳期结束，钢水中碳含量降至0.40wt%时第二脱碳期结束。

第三脱碳期：

根据第二脱碳期结束时测定的温度来调整脱第三脱碳期吹氧量，以保证脱碳末期温度控制在1670～1700℃，如第一次取成分样时温度在1650～1680℃则吹氧量在100～150m³，如温度小于1650℃则吹氧量控制在150～200m³。钢水中碳含量降至0.25wt%时第三脱碳期结束。降低吹氧量能减少高温对炉衬的侵蚀同时兼顾随着脱碳效率CRE的降低降对氧气浪费，第六脱碳期的温度最高，第一至第五脱碳期温度均低于第六脱碳期的温度。

第四脱碳期和第五脱碳期：

第三脱碳期结束后第二次取成分样操作，用以计算和调节第四脱碳期、第五脱碳期的吹氧量；吹氧量计算公式为：吹氧量=钢水量×（C_初始含量-C_目标含量）/CRE，式中：CRE参考值为30%～40%，

C_初始含量－第三脱碳期结束时钢水中的碳含量，

C_目标含量－第五脱碳期结束时钢水要达到的碳含量；

所述第六脱碳期，采用上述公式（1）计算吹氧量，

式中：CRE－参考值为15%～20%，

C_初始含量－第五脱碳期结束时钢水中的碳含量，

C_目标含量－第六脱碳期结束时钢水要达到的碳含量。

在第五脱碳期结束时进行第三次取成分样操作，利用上述方法计算第六脱碳期的吹氧量，CRE参考值为15%～20%，以达到精确控制终点碳成分的目的。

钢水中碳含量降至0.15wt%时第四脱碳期结束，钢水中碳含量降至0.10wt%时第五脱碳期结束。

第六脱碳期：

第六脱碳期中期加铜板、镍板等含铜镍物料，钢水中碳含量降至0.05wt%时第六脱碳期结束，终点温度控制在1670～1700℃。

吹氧升温还原期：

利用高仓和平台料斗加入低碳锰硅、电解锰和硅铁，加入1吨冷料（低碳锰硅、电解锰和硅铁）需吹氧气40～45m³，使用氧差、铬差、合金增量计算硅铁的加入量，硅铁加入量统筹考虑到吹氧消耗硅量、钢水合金化所需的硅含量以及还原渣中Cr₂O₃所需的硅含量，确保炉温和初还原效果。吹氧升温还原期结束后第四次取成分样并测定温度，第一次取氧氮气体样检测氮含量。

硅铁加入量较常规工艺增多，因为增加了升温硅铁消耗；硅铁加入分为3部分，升温硅铁参照每吨冷料需要补吹40～45m³氧气折算硅铁消耗，硅与氧的反应效率按照60%考量；根据含铬物料品位和加入量计算出总入炉铬量，吹炼终点钢水中铬含量和钢水量计算出钢中总铬量，两者差值为渣中铬含量，还原硅铁加入量消耗为将渣中Cr₂O₃还原到0.5%以下，根据硅与Cr₂O₃反应式得出还原硅铁消耗量，硅与Cr₂O₃反应效率按照80%考量；合金化硅铁加入量为吹炼终点硅含量与目标硅含量的差值与钢水量的乘积，硅的吸收率参照85%考量。以上三部分为硅铁总消耗量。

脱硫期：

脱硫期为纯还原时间，为提高钢渣流动性加入全部萤石，侧吹进行氮氩切换，在以上吹炼模式和物料结构条件下参照1立方氩气降2×10^-6（2ppm）氮含量的经验公式确定脱硫阶段氩气吹入量和流量（根据第一次取氧氮气体样的氮含量检验结果，本炉次氩气吹入量和流量分别采用300m³和50m³/min）；控制终点氮含量上下限差为200×10^-6（200ppm，即控制偏差在0.02%）。还原3分钟后进行蘸渣取样操作，根据渣颜色、流动性判断还原渣质量，如渣颜色为浅绿色则只需继续还原3分钟，如渣为褐色、黑色则继续还原3分钟并按每吨钢3.5～3.8kg的量补加硅铁，最好补加3.64kg/吨的硅铁。

经邢钢某车间试用本方法，之前采用常规一步法生产G6811时，过程多次加料调整引起合金内控偏差过大，主合金元素C、Cr、Mn、Cu、Ni、Si的内部控制上下限分别为0.025%、0.20%、0.20%、0.10%、0.10%、0.25%，AOD终渣碱度在1.5～2.5；采用本方法生产G6811后，渣料石灰和萤石加入量分别为4.5吨和0.8吨，终渣碱度稳定控制在1.8～2.2，且主合金元素C、Cr、Mn、Cu、Ni、Si的内部控制上下限分别缩小到0.015%、0.10%、0.10%、0.04%、0.04%、0.15%。

Claims

1.一种一步法生产高锰高氮耐蚀钢G6811的方法，其包括铁水预处理工序、AOD炉工序、LF炉工序和连铸机工序，其特征在于：所述AOD炉工序包括脱碳期、吹氧升温还原期和脱硫期；所述脱碳期根据碳含量的控制上限确定6个脱碳期，第一脱碳期至第六脱碳期的碳重量含量上限分别为1.50%、0.40%、0.25%、0.15%、0.10%、0.05%；

所述第六脱碳期：在中期加入含铜镍物料；

所述脱硫期：加入全部萤石，脱硫期开始进行氮氩切换并全程吹氩，依靠氩气对溶解氮的排斥效应实现氮含量的精准控制；

所述第二脱碳期结束后取样测量温度，根据测定的温度来调整第三脱碳期的吹氧量，控制第三脱碳期结束时的温度为1670～1700℃；

吹氧量=钢水量×（C_初始含量-C_目标含量）/CRE（1），

式中：CRE－参考值为30%～40%，

C_初始含量－第三脱碳期结束时钢水中的碳含量，

C_目标含量－第五脱碳期结束时钢水要达到的碳含量；

所述第六脱碳期，采用上述公式（1）计算吹氧量，

式中：CRE－参考值为15%～20%，

C_初始含量－第五脱碳期结束时钢水中的碳含量，

C_目标含量－第六脱碳期结束时钢水要达到的碳含量；

所述吹氧升温还原期：每加入1吨硅铁需吹氧气40～45m³；

2.根据权利要求1所述的一步法生产高锰高氮耐蚀钢G6811的方法，其特征在于，所述脱硫期：氩气流量为50～75m³/min，氩气吹入量根据氮含量差值按1立方氩气降2×10^-6氮含量计算而得，所述氮含量差值为目标氮含量与吹氧升温还原期结束后取氮样中氮含量的差值。

3.根据权利要求2所述的一步法生产高锰高氮耐蚀钢G6811的方法，其特征在于，所述脱硫期：还原3分钟后进行蘸渣取样操作，如终渣颜色为浅绿色只需继续还原3分钟，如终渣颜色为褐色则继续还原3分钟并补加3.5～3.8kg/吨的硅铁。