CN106319153A

CN106319153A - 一种不锈钢的aod冶炼工艺

Info

Publication number: CN106319153A
Application number: CN201610809920.7A
Authority: CN
Inventors: 吴广海; 王郢; 曹洪波; 叶凡新; 胡黎宁; 王秋坤; 冯文甫; 郭志彬; 白李国
Original assignee: Xingtai Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Xingtai Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2036-09-08
Also published as: CN106319153B

Abstract

本发明公开了一种不锈钢的AOD冶炼工艺，其工艺步骤：根据钢种成分要求以及各元素的化学升温参数，计算物料平衡和热平衡，确定各原料的加入量；计算目标要求：主吹脱碳期结束形成的炉渣碱度为3.0～4.0，主吹结束温度控制在1680～1700℃。本方法能降低冶炼成本、稳定生产秩序；可明显缩短冶炼周期，降低物料消耗，增加连浇炉数；帮助炼钢厂依据原材料条件，通过物料平衡和热平衡计算，合理选择设备的投入，以避免设备选型失误。

Description

一种不锈钢的AOD冶炼工艺

技术领域

本发明涉及一种冶炼不锈钢的方法，尤其是一种不锈钢的AOD冶炼工艺。

背景技术

当前我国钢铁工业正处于结构调整阶段，特钢比例逐渐增大，而不锈钢和耐热钢又占据特钢领域绝大部分份额，其发展质量好坏直接制约着企业的生存。AOD作为冶炼不锈钢和耐热钢的主流设备，其生产量占据不锈钢和耐热钢总量的80%以上。但在AOD操作过程中存在理念上的较大差别，表现最为突出的是以下几点：（1）加入冷料的时间以及加料速度；（2）主吹期铬氧化量的控制；（3）动态脱碳期炉渣碱度的控制。

由于各钢厂在以上三点理论上存在不统一性，没有形成明确的理念，导致操作上差异很大，主要表现在：（1）冶炼周期的不稳定性：同样的原材料，同样的钢种，由于理念上的不同，或者没有明确的操作思路，导致冶炼周期差别很大，少则十几分，多则几十分。而且周期稳定性很差，给生产组织和成本造成巨大浪费。

（2）生产事故频发：氧枪粘钢、钢渣喷溅。氧枪粘钢给安全生产带来很大隐患；钢渣喷溅导致烟罩、烟道及早损毁，恶化工人的操作环境。

（3）冶炼成本的升高：冶炼周期延长，导致热损失增加，炉龄降低，连浇炉数下降；造成耐材消耗升高，合金硅铁消耗升高，渣料石灰、萤石消耗升高，钢水回收率降低，连铸操作费用升高等，使产品竞争力下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能快速脱碳的不锈钢的AOD冶炼工艺。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：根据钢种成分要求以及各元素的化学升温参数，计算物料平衡和热平衡，确定各原料的加入量；计算目标要求：主吹脱碳期结束形成的炉渣碱度为3.0～4.0，主吹结束温度控制在1680～1700℃。

本发明所述计算目标要求中，主吹脱碳期结束时炉渣中氧化铬含量为10%～20%，渣量≤75公斤/吨钢。

本发明所述计算时各化学元素的升温参数为：1wt%碳升温115℃，1wt%硅升温343℃，1wt%铬升温100℃，1wt%铁升温40℃。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明能降低冶炼成本、稳定生产秩序；可明显缩短冶炼周期，降低物料消耗，增加连浇炉数；帮助炼钢厂依据原材料条件，通过物料平衡和热平衡计算，合理选择设备的投入，以避免设备选型失误。

具体实施方式

本不锈钢的AOD冶炼工艺采用下述工艺步骤：

（1）确定各种原辅材料化学成分、温度，主要包括入炉母液的温度、化学成分；以及各种废金属料、合金的化学成分、温度。

（2）选择脱碳主吹期结束时的温度以及还原后炉渣碱度：主吹结束温度控制在1680～1700℃；温度太高，易使炉渣软化，不利于气体排出，同时危害炉衬寿命；温度太低，不利于碳的氧化去除。还原后炉渣碱度依据成品钢中铬含量的高低，一般控制在1.6～2.0，主要是保证脱碳期渣中氧化铬的充分还原和还原期萤石加入量的控制。成品钢要求铬含量高，还原难度大时，碱度选择上限；成品钢中铬含量要求低，还原难度小时，碱度选择下限。在保证铬充分还原的前提下，尽量选择较低的碱度，这样可以减少贵重辅料萤石的加入量。成品钢铬含量在12%左右，还原碱度可控制在1.6；成品钢铬含量在16%左右，还原碱度可控制在1.8左右；成品钢铬含量在20%左右，还原碱度可控制在2.0左右。

（3）明确各元素化学升温参数：1wt%碳升温115℃（二次燃烧率30%），1wt%硅升温343℃，1wt%铬升温100℃，1wt%铁升温40℃。

（4）确定工艺要求的出钢量、脱碳主吹结束时的炉渣碱度、渣中氧化铬含量：炉渣碱度3.0～4.0，最好为3.5；炉渣中氧化铬含量10wt%～20wt%，最好为15wt%；渣量≤75公斤/吨钢。

目标参数的控制主要是为了出钢量达到工艺要求；脱碳主吹期结束时，形成有利于快速脱碳的炉渣结构，也就是适宜的炉渣碱度和渣中氧化铬含量。其目标参数控制的理由是脱碳期碱度如果低于3.0，炉渣呈粘糊状或者流动性较好的稀渣，这样会造成CO难于排出，增加脱碳难度。脱碳期碱度如果高于4.0，甚至更高，会造成氧化铬呈酸性，形成铬酸盐，降低氧化铬的活度；进而有利于铬的氧化而不利于碳的氧化，这样就增加了脱碳的难度。氧化铬是一种两性氧化物，在高碱度渣中呈酸性，在低碱度渣中呈碱性，因而脱碳期碱度太高或太低，都不利于脱碳。至于控制渣中氧化铬含量的理由是，适量氧化铬可以提高渣中氧化铬活度，抑制铬的氧化；但氧化铬含量不能太高，否则会造成还原硅铁消耗量增加，只要能够保证有利于脱碳，抑制铬氧化即可。

（5）运用物料平衡和热平衡计算出入炉母液的加入量，以及各种合金、废金属料、辅料石灰的加入量；采用常规的物料平衡和热平衡计算方法。计算的最终目的是保证工艺要求的出钢量以及脱碳主吹期结束时的炉渣碱度、渣中氧化铬含量。计算过程中需要调整的主要是入炉母液量、废金属料的加入量、高碳合金使用的成分（主要考虑铬铁中的硅、铬含量和镍铁中的硅、镍、碳含量）。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：以铬镍300系304为例，本不锈钢的AOD冶炼工艺的具体步骤如下所述。

（1）各原料的成分含量：

母液成分（wt）：C 2.0%、Si 0.25%、Mn 0.50%、Cr 10.00%、Ni 6.00%，余量为Fe和不可避免的杂质；母液温度1500℃。

返回废料成分（wt）：C 0.05%、Si 0.40%、Mn 1.00%、Cr 18.00%、Ni 8.00%，余量为Fe和不可避免的杂质；返回废料重量4000公斤；返回废料温度20℃。

铬铁成分（wt）：C 6.99%、Si 3.11%、Mn 0.00%、Cr 52.04%、Ni 0.17%，余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）按下述目标计算物料平衡和热平衡：主吹结束温度控制在1690℃，炉渣碱度3.5；炉渣中氧化铬含量15wt%；渣量70公斤/吨钢。

（3）通过计算，确定下述加料量：母液重量45000公斤，铬铁重量10800公斤、石灰加入量4150公斤、镍板加入量1736公斤、电解锰加入量350公斤。

（4）实际参数的验证：脱碳期主吹结束时炉渣碱度 3.84，渣中氧化铬含量18.59wt%，渣量71公斤/吨钢，属于目标控制范围。

（5）成品钢：C 0.045%、Si 0.45%、Mn 1.15%、Cr 18.25%、Ni 8.08%、P 0.034%、S0.004%，余量为Fe和不可避免的杂质。

实施例2：以铬系0Cr13C为例，本不锈钢的AOD冶炼工艺的具体步骤如下所述。

（1）各原料的成分含量：

母液成分（wt）：C 3.50%、Si 0.01%、Mn 0.15%、Cr 0.03%、Ni 0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质；母液温度1300℃。

返回废料成分（wt）：C 0.05%、Si 0.40%、Mn 0.2%、Cr 12.00%、Ni 0.00%，余量为Fe和不可避免的杂质；返回废料温度20℃。

炉料铬铁成分（wt）：C 6.53%、Si 3.50%、Mn 0.00%、Cr 52.94%、Ni 0.22%，余量为Fe和不可避免的杂质。

普通铬铁成分（wt）：C 7.32%、Si 3.21%、Mn 0.00%、Cr 50.98%、Ni 0.18%，余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）按下述目标计算物料平衡和热平衡：主吹结束温度控制在1680℃，炉渣碱度3.0；炉渣中氧化铬含量10wt%；渣量50公斤/吨钢。

（3）通过计算，确定下述加料量：母液重量49000公斤、返回废料重量1500公斤、炉料铬铁重量11500公斤、普通铬铁重量1935公斤、石灰加入量3050公斤。

（4）实际参数的验证：脱碳期主吹结束时炉渣碱度3.02，渣中氧化铬含量11.51%，渣量51.50公斤/吨钢，属于目标控制范围。

（5）成品钢：C 0.021%、Si 0.40%、Mn 0.23%、Cr 12.08%、Ni 0.06%、P 0.018%、S0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。

实施例3：以铬系0Cr13C为例，本不锈钢的AOD冶炼工艺的具体步骤如下所述。

（1）各原料的成分含量：

炉料铬铁成分（wt）：C 6.66%、Si 4.05%、Mn 0.00%、Cr 49.08%、Ni 0.23%，余量为Fe和不可避免的杂质。

普通铬铁成分（wt）：C 7.32%、Si 2.72%、Mn 0.00%、Cr 48.79%、Ni 0.17%，余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）按下述目标计算物料平衡和热平衡：主吹结束温度控制在1700℃，炉渣碱度4.0；炉渣中氧化铬含量20wt%；渣量75公斤/吨钢。

（3）通过计算，确定下述加料量：母液重量44000公斤、返回废料重量5000公斤、炉料铬铁重量10000公斤、普通铬铁重量3450公斤、石灰加入量4450公斤。

（4）实际参数的验证：脱碳期主吹结束时炉渣碱度3.94，渣中氧化铬含量17.50%，渣量74公斤/吨钢，属于目标控制范围。

（5）成品钢：C 0.022%、Si 0.35%、Mn 0.25%、Cr12.15%、Ni 0.05%、P 0.028%、S0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。

实施例4：以铬系0Cr13C为例，本不锈钢的AOD冶炼工艺的具体步骤如下所述。

（1）各原料的成分含量：

母液成分（wt）：C 3.50%、Si 0.01%、Mn 0.13%、Cr 0.02%、Ni 0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质；母液温度1300℃。

返回废料成分（wt）：C 0.05%、Si 0.40%、Mn 0.2%、Cr 12.00%、Ni 0.08%，余量为Fe和不可避免的杂质；返回废料温度20℃。

炉料铬铁成分（wt）：C 6.53%、Si 2.80%、Mn 0.15%、Cr 52.94%、Ni 0.22%，余量为Fe和不可避免的杂质。

普通铬铁成分（wt）：C 6.77%、Si 3.54%、Mn 0.20%、Cr 51.70%、Ni 0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）按下述目标计算物料平衡和热平衡：吹结束温度控制在1700℃，炉渣碱度4.0；炉渣中氧化铬含量20wt%；渣量65公斤/吨钢。

（3）通过计算，确定下述加料量：母液重量48500公斤、返回废料重量1500公斤、炉料铬铁重量11500公斤、普通铬铁重量1770公斤、石灰加入量3400公斤。

（4）实际参数的验证：脱碳期主吹结束时炉渣碱度3.96，渣中氧化铬含量19.54%，渣量58公斤/吨钢，属于目标控制范围。

（5）成品钢：C 0.018%、Si 0.43%、Mn 0.22%、Cr12.10%、Ni 0.09%、P 0.025%、S0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。

对比试验：常规方法冶炼不锈钢时，对脱碳期炉渣碱度和渣中氧化铬含量，没有严格意义上的控制，也根本没有此概念，导致冶炼周期较长，且极不稳定，平均周期超过80分钟。经过对其控制后，采用本方法钢种0Cr13C平均冶炼周期控制在小于72分钟，对成本的降低和生产组织的稳定，起到了关键作用。

Claims

1.一种不锈钢的AOD冶炼工艺，其特征在于：根据钢种成分要求以及各元素的化学升温参数，计算物料平衡和热平衡，确定各原料的加入量；计算目标要求：主吹脱碳期结束形成的炉渣碱度为3.0～4.0，主吹结束温度控制在1680～1700℃。

2.根据权利要求1所述的一种不锈钢的AOD冶炼工艺，其特征在于：所述计算目标要求中，主吹脱碳期结束时炉渣中氧化铬含量为10%～20%，渣量≤75公斤/吨钢。

3.根据权利要求1或2所述的一种不锈钢的AOD冶炼工艺，其特征在于，所述计算时各化学元素的升温参数为：1wt%碳升温115℃，1wt%硅升温343℃，1wt%铬升温100℃，1wt%铁升温40℃。