CN106893946A - 利用红土镍矿冶炼的低碳含钼奥氏体不锈钢及其生产工艺 - Google Patents

利用红土镍矿冶炼的低碳含钼奥氏体不锈钢及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用红土镍矿冶炼的低碳含钼奥氏体不锈钢及其生产工艺，属不锈钢冶炼技术领域，所述不锈钢中各元素的质量百分比为：C：0～0.03％，Si：0.40％～0.60％，Mn：1.1％～1.5％，Cr：16.00％～17.00％，Ni：10.02％～10.20％，Mo：2.00％～2.20％，N：0.020％～0.040％，Cu：0～0.50％，P：0～0.045％，S：0～0.005％，O：0～0.0050％，Ti：0～0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述不锈钢的Dg值为5.0～7.0；通过红土镍矿的选配，较低的P、S含量，Dg值的合理控制，配合热轧加工工艺，减少板坯内部及表层裂纹的产生，大幅降低了钢卷热加工表面及边部裂纹的出现，改善了产品质量，提高了成品率；还可缩短工艺流程，减少了成材时间，提高不锈钢产能。

Description

利用红土镍矿冶炼的低碳含钼奥氏体不锈钢及其生产工艺
技术领域
本发明涉及一种不锈钢冶炼工艺，更具体的说，本发明主要涉及一种利用红土镍矿冶炼的低碳含钼奥氏体不锈钢及其生产工艺。
背景技术
目前，国内外生产不锈钢的方法都是采用矿热电炉生产出的粗镍合金块作为主要原料，在电弧炉熔化，通过AOD炉与其他原料按一定比例配比，通过脱碳、脱硫等过程后，再进行最终精炼，完成的液态合金在LF钢包精炼炉成分和温度的调整，最终变成不锈钢，精炼后的合格不锈钢采用连铸系统制作成不锈钢板坯。在此生产工艺过程中，使用粗镍合金块作主要原料存在一系列问题：电耗高，增加了生产成本；且生产环节多，产品成材时间长，产能低；增加投资设备（增加粗镍合金浇铸系统）及堆存场地；环境污染较大及员工的劳动强度等。因而有必要针对现有技术，对不锈钢的冶炼工艺做进一步的研究和改进。
发明内容
本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种利用红土镍矿冶炼的低碳含钼奥氏体不锈钢及其生产工艺，以期望解决现有技术中不锈钢生产成本高，生产环节多，产品成材时间长，产能低等技术问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供了一种利用红土镍矿冶炼的低碳含钼奥氏体不锈钢，所述不锈钢中各元素的质量百分比为：C：0～0.03％，Si：0.40％～0.60％，Mn：1.1％～1.5％，Cr：16.00％～17.00％，Ni：10.02％～10.20％，Mo：2.00％～2.20％，N：0.020％～0.040％，Cu：0～0.50％，P：0～0.045％，S：0～0.005％，O：0～0.0050％，Ti：0～0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述不锈钢的Dg值为5.0～7.0；所述的Dg值由下式得出：
Dg=((Cr+Mo+1.5*Si+2*Ti+18)/(Ni+30*C+30*N+0.5*Mn+36)+0.262)×161-161。
本发明那个另一方面提供了一种上述利用红土镍矿冶炼的低碳含钼奥氏体不锈钢的生产工艺，所述的生产工艺包括如下步骤：
步骤1、根据AOD冶炼需求，通过搭配不同种类的红土镍矿，尽量的降低P及微量杂质元素含量，经干燥窑、回转窑、矿热炉合理冶炼得到成分、温度合适的镍铁水；
步骤2、镍铁水出炉，倒入铁包，在铁包上投入用碳化稻壳盖住，控制好铁水温度；
步骤3、行车吊运红送镍铁水至AOD炉，在AOD炉的炉底铺好石灰、白云石，并从高位料仓加入高铬合金；
步骤4、AOD炉进行化钢操作，使合金充分融化，化钢温度、渣碱度达到要求，扒渣；
步骤5、AOD炉进行脱碳保铬及精炼操作，使出钢温度、成分、渣碱度达到目标要求；
步骤6、将合格的AOD钢水倒入钢包，铺好碳化稻壳送至LF钢包精炼炉进行冶炼；
步骤7、LF炉进行成分、温度微调后，进行夹杂物改性处理，并进行软吹、镇静的操作；
步骤8、大包钢水吊运至连铸回转台，控制合适的中间包温度，并保证恒拉速浇铸成不锈钢板坯。
作为优选，进一步的技术方案是：所述步骤8中连铸全程保护浇铸，交接炉控制大包下渣，控制换包节奏保证中包吨位。
更进一步的技术方案是：所述的方法中还包括步骤9、针对炼钢、连铸过程异常的板坯进行等级判定，必要时进行表面修磨处理；步骤10、板坯入库后，按照工艺稳定性进行板坯用途码标识，做到适才适用。
更进一步的技术方案是：所述控制大包残留量2.5～4.0吨，交接炉次中包吨位＞22吨。
更进一步的技术方案是：所述步骤1中红土矿中的质量百分比的P＜0.010％，Ni为1.2％～1.5％，Fe为18％～20％；回转窑焙砂温度控制在680～850℃，出铁温度控制在1450～1500℃，控制渣中的SiO2/MgO为1.60～1.7。
更进一步的技术方案是：所述步骤3原料质量配比为红送镍铁水使用量58％～65％，高铬合金加入量为22％～25％，石灰与白云石的加入总量为6％～8％。
更进一步的技术方案是：所述步骤5中的出钢温度控制在1580～1650℃，渣碱度（CaO/SiO2）控制在1.8～2.0之间。
更进一步的技术方案是：所述步骤7的软吹时间＞12min，镇静时间＞15min。
更进一步的技术方案是：所述步骤8 中的中间包温度控制在1475～1490℃，恒拉速控制在1.10～1.20m/min。
与现有技术相比，本发明主要具有如下有益效果是：
1） 红土镍矿的选配，较低的P、S含量，Dg值的合理控制，配合热轧加工工艺，减少板坯内部及表层裂纹的产生，大幅降低了钢卷热加工表面及边部裂纹的出现，改善了产品质量，提高了成品率；
2） 红土镍矿经回转窑、矿热炉与AOD双联冶炼，较传统冶炼相比，减少了镍铁水浇铸和电炉重熔两个中间工序，减少设备、人员投入，还可以避免堆放场地引起的环境污染，且极大的缩短了工艺流程，减少了成材时间，提高不锈钢产能；
3.）整个过程因对钢液夹杂物的有效遏制、去除，提高了钢水纯净度，改善了钢坯内部品质，降低不锈钢热轧、冷轧加工过程中出现的表面缺陷问题，提升产品的市场竞争力。
具体实施方式
发明人为了解决生产工艺过程中使用粗镍合金块作主要原料引发的一系列问题，从而进一步提高不锈钢的产能，降低生产成本。经调研发现，采用红土镍矿，进行不同品味配比，经回转窑、矿热炉工艺生产粗镍合金，通过对渣温、铁水温度及保温控制等措施，直接送入AOD炉双联精炼生产不同成分不锈钢的工艺技术尚不成熟。因此，发明人在生产工艺方面进行优化，采用红土镍矿经矿热炉与AOD炉双联冶炼不锈钢的生产工艺，减少生产中间粗镍合金浇铸、电弧炉重熔等环节，充分利用粗镍合金铁水热能，使其进入AOD炉精炼时达到一定的温度，并在AOD还原精炼、LF精炼及中间包冶金等技术进行试验及工业性生产，摸索出了采用红土镍矿经矿热炉与AOD炉双联冶炼含钼奥氏体不锈钢的生产工艺，并通过对AOD、LF及连铸进行制程控制，生产出高品质含钼奥氏体不锈钢。
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例中提供一种利用红土镍矿冶炼的低碳含钼奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分配比为：C：0.017%；Si：0.55%；Mn：1.19%；Cr：16.55%；Ni：10.06%；Mo：2.05%，N：0.031%；P：0.026%；S：0.0035%，Cu：0.035%，O：0.0041%，Ti：0.0070%，其余为Fe和不可避免的杂质元素，按成分计算Dg值=6.51。Dg值可通过下式计算得出：
Dg=((Cr+Mo+1.5*Si+2*Ti+18)/(Ni+30*C+30*N+0.5*Mn+36)+0.262)×161-161。
上述的低碳含钼奥氏体不锈钢的生产工艺如下：
现以在φ5×40m 干燥窑、φ4.4×100m回转窑、33000KVA矿热炉，75tAOD炉，LF钢包精炼炉、一机一流200*1600mm板坯连铸机生产含钼奥氏体不锈钢为例，来叙述本实施例的生产工艺：
（1）搭配不同品种的红土镍矿，Ni在1.2~1.5%，Fe在18.0~20.0%，P<0.01%；
（2）干燥窑煤粉做燃料，使红土矿含水从35~40%降低到20~25%左右，大致成分如下表：
（3）回转窑完全脱去红土矿所含的表面水，结晶水降低到0.5~0.7%，对矿中所含铁、镍等氧化物预还原，出窑焙砂温度在680~850℃，以窑内不结料圈的最高温度为宜，成分如下表：
（4）矿热炉综合考虑电耗及需铁量，出钢Ni在8.5~10.5%，出钢P<0.025%，S<0.4%；
（5）镍铁水倒入铁包，铁包上投入用碳化稻壳盖住，铁水温度1450~1500℃为宜，控制渣中SiO2/MgO：1.60~1.70，大致镍铁渣成分如下表：
（6）每包镍铁水兑钢量50~55吨；
（7）行车吊运红送镍铁水至AOD炉，进行冶炼，其中合金及造渣剂加入量计算：
a）合金加入量计算：
高碳铬铁加入量：75000*16.55%/60%=20687（Kg）；
b)氧化期石灰加入量：
石灰加入量={[%Si]*75000*2.14*R}/(%CaO)有效，其中[%Si]是钢水中硅含量；R=(%CaO)/(%SiO2)表示碱度；(%CaO)有效——石灰中有效CaO含量。
（8）AOD化钢阶段，兑入镍铁水后，加入19~21吨60%高碳铬铁及石灰、白云石进行吹炼，化钢温度达到1400~1500℃，化钢碱度控制在1.1~1.3之间，钢液成分大致如下表：
（9）AOD氧化、还原及精炼按规范进行，确保出钢温度1600~1650℃，出钢渣碱度R=1.8~2.0，钢液总O含量<0.0050%，大致出钢成分如下表：
（10）将合格的AOD钢水倒入钢包，铺好碳化稻壳送至LF钢包精炼炉进行冶炼；
（11）LF炉进行成分、温度微调后，进行夹杂物改性处理，并进行软吹、镇静操作；
a）钢水进站后，打开氩气强搅拌使钢水充分混匀，测温取样；
b）送电化钢升温，根据样品成分微调至目标成分，Dg值控制5.0~7.0之间，温度控制在1470~1515℃，并根据S含量，必要时加入20~50Kg改质剂调整渣碱度；
c）调整氩气压力0.8~1.5MPa，喂硅钙线110m，进行深脱氧及夹杂物改性处理；
d）调整氩气压力0.3~1.0MPa，进行软吹操作13min，以钢液不裸露为宜；
e）停气镇静钢水18min，保证夹杂物充分上浮，提高钢水纯净度。
（12）大包钢水吊运至连铸回转台，控制中间包温度1485~1489℃，保证恒拉速1.0m/min，浇铸成板坯；
（13）连铸全程保护浇铸，交接炉控制大包下渣，使钢包残留钢渣重2.5~4.0t，换包时加快节奏，中包吨位23t；
（14）针对炼钢、连铸过程异常板坯，如头尾坯、换水口坯、拉速波动坯实行等级判定，必要时进行表面修磨处理；
（15）板坯入库后，按照工艺稳定性进行板坯用途码标识，做到适才适用。
实施例2
本实施例也提供一种利用红土镍矿冶炼的低碳含钼奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分配比为：C：0.023%；Si：0.48%；Mn：1.31%；Cr：16.61%；Ni：10.10%；Mo：2.06%，N：0.028%；P：0.025%；S：0.0028%，Cu：0.031%，O：0.0031%，Ti：0.0070%，其余为Fe和不可避免的杂质元素，按成分计算Dg值=5.90。前述Dg的计算方式与实施例1相同。
同样的，上述的低碳含钼奥氏体不锈钢的生产工艺如下：
现以在φ5×40m 干燥窑、φ4.4×100m回转窑、33000KVA矿热炉，75tAOD炉，LF钢包精炼炉、一机一流200*1600mm板坯连铸机生产含钼奥氏体不锈钢为例，来叙述本发明的生产工艺：
（1）搭配不同品种的红土镍矿，Ni在1.2~1.5%，Fe在18.0~20.0%，P<0.01%；
（2）干燥窑煤粉做燃料，使红土矿含水从35~40%降低到20~25%左右，大致成分如下表：
（3）回转窑完全脱去红土矿所含的表面水，结晶水降低到0.5~0.7%，对矿中所含铁、镍等氧化物预还原，出窑焙砂温度在680~850℃，以窑内不结料圈的最高温度为宜，成分如下表：
（4）矿热炉综合考虑电耗及需铁量，出钢Ni在8.5~10.5%，出钢P<0.025%，S<0.4%；
（5）镍铁水倒入铁包，铁包上投入用碳化稻壳盖住，铁水温度1450~1500℃为宜，控制渣中SiO2/MgO：1.60~1.70，大致镍铁渣成分如下表：
（6）每包镍铁水兑钢量50~55吨；
（7）行车吊运红送镍铁水至AOD炉，进行冶炼，其中合金及造渣剂加入量计算：
a）合金加入量计算：
高碳铬铁加入量：75000*16.61%/60%=20762（Kg）；
b)氧化期石灰加入量：
石灰加入量={[%Si]*75000*2.14*R}/(%CaO)有效，其中[%Si]是钢水中硅含量；R=(%CaO)/(%SiO2)表示碱度；(%CaO)有效——石灰中有效CaO含量。
（8）AOD化钢阶段，兑入镍铁水后，加入19~21吨60%高碳铬铁及石灰、白云石进行吹炼，化钢温度达到1400~1500℃，化钢碱度控制在1.1~1.3之间，钢液成分大致如下表：
（9）AOD氧化、还原及精炼按规范进行，确保出钢温度1600~1650℃，出钢渣碱度R=1.8~2.0，钢液总O含量<0.0050%，大致出钢成分如下下表：
（10）将合格的AOD钢水倒入钢包，铺好碳化稻壳送至LF钢包精炼炉进行冶炼；
（11）LF炉进行成分、温度微调后，进行夹杂物改性处理，并进行软吹、镇静操作；
a）钢水进站后，打开氩气强搅拌使钢水充分混匀，测温取样；
b）送电化钢升温，根据样品成分微调至目标成分，Dg值控制5.0~7.0之间，温度控制在1470~1515℃，并根据S含量，必要时加入20~50Kg改质剂调整渣碱度；
c）调整氩气压力0.8~1.5MPa，喂硅钙线110m，进行深脱氧及夹杂物改性处理；
d）调整氩气压力0.3~1.0MPa，进行软吹操作14min，以钢液不裸露为宜；
e）停气镇静钢水20min，保证夹杂物充分上浮，提高钢水纯净度。
（12）大包钢水吊运至连铸回转台，控制中间包温度1478~1484℃，保证恒拉速1.1m/min，浇铸成板坯；
（13）连铸全程保护浇铸，交接炉控制大包下渣，使钢包残留钢渣重2.5~4.0t，换包时加快节奏，中包吨位22.5t；
（14）针对炼钢、连铸过程异常板坯，如头尾坯、换水口坯、拉速波动坯实行等级判定，必要时进行表面修磨处理；
（15）板坯入库后，按照工艺稳定性进行板坯用途码标识，做到适才适用。
实施例3
本实施例仍提供的是一种利用红土镍矿冶炼的低碳含钼奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分配比为：C：0.027%；Si：0.51%；Mn：1.24%；Cr：16.30%；Ni：10.04%；Mo：2.04%，N：0.025%；P：0.032%；S：0.0030%，Cu：0.041%，O：0.0035%，Ti：0.0070%，其余为Fe和不可避免的杂质元素，按成分计算Dg值=5.12；同样的，前述Dg值的计算方式与实施例1相同。
上述的低碳含钼奥氏体不锈钢的生产工艺如下：
现以在φ5×40m 干燥窑、φ4.4×100m回转窑、33000KVA矿热炉，75tAOD炉，LF钢包精炼炉、一机一流200*1600mm板坯连铸机生产含钼奥氏体不锈钢为例，来叙述本发明的生产工艺：
（1）搭配不同品种的红土镍矿，Ni在1.2~1.5%，Fe在18.0~20.0%，P<0.01%；
（2）干燥窑煤粉做燃料，使红土矿含水从35~40%降低到20~25%左右，大致成分如下表：
（3）回转窑完全脱去红土矿所含的表面水，结晶水降低到0.5~0.7%，对矿中所含铁、镍等氧化物预还原，出窑焙砂温度在680~850℃，以窑内不结料圈的最高温度为宜，成分如下表：
（4）矿热炉综合考虑电耗及需铁量，出钢Ni在8.5~10.5%，出钢P<0.025%，S<0.4%；
（5）镍铁水倒入铁包，铁包上投入用碳化稻壳盖住，铁水温度1450~1500℃为宜，控制渣中SiO2/MgO：1.60~1.70，大致镍铁渣成分如下表：
（6）每包镍铁水兑钢量50~55吨；
（7）行车吊运红送镍铁水至AOD炉，进行冶炼，其中合金及造渣剂加入量计算：
a）合金加入量计算：
高碳铬铁加入量：75000*16.30%/60%=20375（Kg）；
b）氧化期石灰加入量：
石灰加入量={[%Si]*75000*2.14*R}/(%CaO)有效，其中[%Si]是钢水中硅含量；R=(%CaO)/(%SiO2)表示碱度；(%CaO)有效——石灰中有效CaO含量。
（8）AOD化钢阶段，兑入镍铁水后，加入19~21吨60%高碳铬铁及石灰、白云石进行吹炼，化钢温度达到1400~1500℃，化钢碱度控制在1.1~1.3之间，钢液成分大致如下表：
（9）AOD氧化、还原及精炼按规范进行，确保出钢温度1600~1650℃，出钢渣碱度R=1.8~2.0，钢液总O含量<0.0050%，大致出钢成分如下表：
（10）将合格的AOD钢水倒入钢包，铺好碳化稻壳送至LF钢包精炼炉进行冶炼；
（11）LF炉进行成分、温度微调后，进行夹杂物改性处理，并进行软吹、镇静操作；
a）钢水进站后，打开氩气强搅拌使钢水充分混匀，测温取样；
b）送电化钢升温，根据样品成分微调至目标成分，Dg值控制5.0~7.0之间，温度控制在1470~1515℃，并根据S含量，必要时加入20~50Kg改质剂调整渣碱度；
c）调整氩气压力0.8~1.5MPa，喂硅钙线110m，进行深脱氧及夹杂物改性处理；
d）调整氩气压力0.3~1.0MPa，进行软吹操作15min，以钢液不裸露为宜；
e）停气镇静钢水22min，保证夹杂物充分上浮，提高钢水纯净度。
（12）大包钢水吊运至连铸回转台，中间包温度1480~1486℃，保证恒拉速1.2m/min，浇铸成板坯；
（13）连铸全程保护浇铸，交接炉控制大包下渣，使钢包残留钢渣重2.5~4.0t，换包时加快节奏，中包吨位大于23.2t；
（14）针对炼钢、连铸过程异常板坯，如头尾坯、换水口坯、拉速波动坯实行等级判定，必要时进行表面修磨处理；
（15）板坯入库后，按照工艺稳定性进行板坯用途码标识，做到适才适用。
除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本说明书和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种利用红土镍矿冶炼的低碳含钼奥氏体不锈钢，其特征在于所述不锈钢中各元素的质量百分比为：C：0～0.03％，Si：0.40％～0.60％，Mn：1.1％～1.5％，Cr：16.00％～17.00％，Ni：10.02％～10.20％，Mo：2.00％～2.20％，N：0.020％～0.040％，Cu：0～0.50％，P：0～0.045％，S：0～0.005％，O：0～0.0050％，Ti：0～0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述不锈钢的Dg值为5.0～7.0；所述的Dg值由下式得出：
Dg=((Cr+Mo+1.5*Si+2*Ti+18)/(Ni+30*C+30*N+0.5*Mn+36)+0.262)×161-161。
2.一种权利要求1所述利用红土镍矿冶炼的低碳含钼奥氏体不锈钢的生产工艺，其特征在于所述的生产工艺包括如下步骤：
步骤1、根据AOD冶炼需求，通过搭配不同种类的红土镍矿，尽量的降低P及微量杂质元素含量，经干燥窑、回转窑、矿热炉合理冶炼得到成分、温度合适的镍铁水；
步骤2、镍铁水出炉，倒入铁包，在铁包上投入用碳化稻壳盖住，控制好铁水温度；
步骤3、行车吊运红送镍铁水至AOD炉，在AOD炉的炉底铺好石灰、白云石，并从高位料仓加入高铬合金；
步骤4、AOD炉进行化钢操作，使合金充分融化，化钢温度、渣碱度达到要求，扒渣；
步骤5、AOD炉进行脱碳保铬及精炼操作，使出钢温度、成分、渣碱度达到目标要求；
步骤6、将合格的AOD钢水倒入钢包，铺好碳化稻壳送至LF钢包精炼炉进行冶炼；
步骤7、LF炉进行成分、温度微调后，进行夹杂物改性处理，并进行软吹、镇静的操作；
步骤8、大包钢水吊运至连铸回转台，控制合适的中间包温度，并保证恒拉速浇铸成不锈钢板坯。
3.根据权利要求2所述的生产工艺，其特征在于：所述步骤8中连铸全程保护浇铸，交接炉控制大包下渣，控制换包节奏保证中包吨位。
4.根据权利要求3所述的生产工艺，其特征在于：所述的方法中还包括步骤9、针对炼钢、连铸过程异常的板坯进行等级判定，必要时进行表面修磨处理；步骤10、板坯入库后，按照工艺稳定性进行板坯用途码标识，做到适才适用。
5.根据权利要求3或4所述的生产工艺，其特征在于：所述控制大包残留量2.5～4.0吨，交接炉次中包吨位＞22吨。
6.根据权利要求2至5任意一项所述的生产工艺，其特征在于：所述步骤1中红土矿中的质量百分比的P＜0.010％，Ni为1.2％～1.5％，Fe为18％～20％；回转窑焙砂温度控制在680～850℃，出铁温度控制在1450～1500℃，控制渣中的SiO2/MgO为1.60～1.7。
7.根据权利要求2至5任意一项所述的生产工艺，其特征在于：所述步骤3原料质量配比为红送镍铁水使用量58％～65％，高铬合金加入量为22％～25％，石灰与白云石的加入总量为6％～8％。
8.根据权利要求2至5任意一项所述的生产工艺，其特征在于：所述步骤5中的出钢温度控制在1580～1650℃，渣碱度（CaO/SiO2）控制在1.8～2.0之间。
9.根据权利要求2至5任意一项所述的生产工艺，其特征在于：所述步骤7的软吹时间＞12min，镇静时间＞15min。
10.根据权利要求2至5任意一项所述的生产工艺，其特征在于：所述步骤8中的中间包温度控制在1475～1490℃，恒拉速控制在1.10～1.20m/min。
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