CN107365949A - 一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法 - Google Patents

一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法 Download PDF

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Abstract

一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法，依次包括如下工艺步骤：原料配料、Consteel电炉熔炼和中频炉熔化合金、AOD炉精炼、LF吹氩精炼、连铸板坯浇铸，其中AOD炉精炼包括依次如下步骤：兑钢、氧化脱碳、加入合金和辅料、加入还原剂及化渣剂进行还原反应、流渣、二次脱硫及成份微调，其特征在于：a、氧化脱碳期中根据钢水中含C的质量百分数，按照不同的氩氧比或氮氧比吹入氩氧或氮氧的混合气体；b、冶炼时还原反应过程中采用的渣系为CaO‑Al2O3‑MgO‑SiO2渣系；本发明的冶炼方法可在AOD炉中稳定生产出超低碳（C≤0.02%）高合金不锈钢，成本低廉，能进行工业性批量生产，最大程度的利用现有的AOD炉冶炼设备，节省VOD设备的投资。

Description

一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法
技术领域
本发明涉及冶金工艺，尤其涉及一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法。
背景技术
超低碳高合金钢（00Cr20Ni25Mo4.5Cu）是低碳、高镍、高钼的奥氏体不锈耐酸钢，耐腐蚀性能极好，在非氧化性酸如硫酸、醋酸、甲酸、磷酸中具有很好的耐蚀性，在中性含氯离子介质中具有很好的抗点蚀性，同时具有良好的抗缝隙腐蚀及抗应力腐蚀性能。其钢种要求碳质量含量小于0.02%，而Cr、Ni、Mo等合金质量含量比例非常高。在当前工业生产条件下，在没有真空炉（VOD）的工艺下，其生产时最大的难点在于碳含量的控制，而且在非真空的AOD炉内冶炼时，采用合适的氩氧比脱碳，当碳含量超低时，脱碳效率超低，且由于合金含量高，后道工序加入的合金较多，很容易造成碳含量超标，现有技术的冶炼方法，如申请号为200810061084.4的中国专利，在没有真空炉（VOD）的工艺下，均不适合冶炼该超低碳高合金钢。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法，成本低廉，能进行工业性批量生产，最大程度的利用现有的AOD炉冶炼设备，节省VOD设备的投资。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法，依次包括如下工艺步骤：原料配料、Consteel电炉熔炼和中频炉熔化合金、AOD炉精炼、LF吹氩精炼、连铸板坯浇铸，其中AOD炉精炼包括依次如下步骤：兑钢、氧化脱碳、加入合金和辅料、加入还原剂及化渣剂进行还原反应、流渣、二次脱硫及成份微调， 其特征在于：a、氧化脱碳期中根据钢水中含C的质量百分数，按照不同的氩氧比或氮氧比吹入氩氧或氮氧的混合气体；b、冶炼时还原反应过程中采用的渣系为CaO-Al2O3-MgO-SiO2渣系。
作为优选，在Consteel电炉和中频炉中，把钢中所需的原料Ni、Mo的质量配加到位，在后道工序只进行少量的微调，并把铁水的P含量控制在目标范围内。
作为优选，AOD炉精炼还原反应过程中所述CaO-Al2O3-MgO-SiO2渣系中各成分所占质量百分比如下：CaO为50%-60 %、Al2O3为15%-20% 、MgO为3%-5% 、SiO2为10%-15 % 、其它氧化物为10-15%。
作为优选，AOD炉氧化脱碳期中，除Si、Mn外其它合金配加到位，避免后道工序加过多的合金而导致增碳。
作为优选，AOD炉还原反应过程中加入的还原剂为铝和低碳硅锰。
作为优选，AOD炉还原反应过程中根据钢种的Mn含量的质量百分数要求加入相应的低碳硅锰；铝的加入量通过以下方式计算出：吹入AOD炉的氧气总量减去钢水中脱碳和氧化硅所需的氧量计算总的还原铝的重量，再减去低碳硅锰中所含硅的重量，就是还原阶段需要加入的铝的重量；还原阶段用铝代替AOD常规还原剂硅铁，可以减少炉渣中SiO2 的质量百分比，增加炉渣中Al2O3的质量百分比，形成脱氧、脱硫能力高的CaO-Al2O3-MgO-SiO2高碱度渣系，在此工艺中，采用铝作为主还原剂，增加了脱硫能力，减少后序脱硫时加入的辅料重量，可减少增碳问题。
作为优选，AOD炉氧化脱碳过程中根据钢水中含C的质量百分数，设定各个阶段的氩氧比或氮氧比。
作为优选，所述的其它氧化物为Fe2O3、Cr2O3 、MnO、 Na2O、P2O5的混合物。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：利用Consteel电炉进行原料的熔炼和脱P处理，中频炉进行镍板、钼铁、高铬合金的熔炼，然后兑入到AOD炉中。利用AOD炉合理的氩氧比提高脱碳效率，减少还原剂的消耗，并在AOD炉氧化期把合金配加到位。AOD炉还原阶段形成高碱度的还原渣，增加脱硫效果，减少脱硫工序的增碳。使用本发明的冶炼方法可在AOD炉中稳定生产出超低碳（C≤0.02%）高合金不锈钢，成本低廉，能进行工业性批量生产，最大程度的利用现有的AOD炉冶炼设备，节省VOD设备的投资。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法，包括如下工艺步骤：
原料配料、Consteel电炉熔炼和中频炉熔化合金、AOD炉精炼、LF吹氩精炼、连铸板坯浇铸。
一、原料配料：根据00Cr20Ni25Mo4.5Cu钢种要求，采用高含量的镍铁合金为主要原料，预计AOD出钢量90吨，准备高镍原料50吨左右。
二、Consteel电炉熔炼：通过连续加料，向Consteel电炉内加入50吨左右的高镍合金，镍质量含量在37%左右，Consteel电炉进行通电升温和吹氧操作，熔化镍铁合金。氧气流量设定为3500NM3/h，总吹氧量4300 NM3，通电耗电量41000kwh；在熔化升温的过程中不断加入适当的石灰辅料，以控制Consteel电炉内的炉渣碱度在1.7-1.9，确保铁水有效的脱P，Consteel电炉出钢前P质量含量控制在目标范围内，Consteel电炉冶炼完成后铁水出到鸭嘴铁水包中，铁水中各化学成分（质量百分比）和温度（℃）如表1所示：
表1。
三、中频炉熔化合金：中频炉通过电磁感应加热升温，主要用来熔化低P含量的合金，根据本工艺的需要，在中频炉配足钢种所需的Ni、Mo、Cu等成分，并且根据钢水的热量，配加部分的高碳铬铁，通过计算，冶炼时在中频炉熔化钼铁6800kg、镍板12500kg、铜板1000kg、高碳铬铁18000kg，中频炉出钢温度控制在1550℃，熔化完后倒入鸭嘴铁水包，与Consteel电炉中的铁水混合后，兑入AOD炉，兑入AOD炉的铁水成分（质量百分比）和温度（℃）如表2所示：
表2。
四、AOD炉精炼：Consteel电炉+中频炉的铁水兑入到AOD炉后温度为1510℃，铁水量为83000kg，化学成分见上表；AOD炉在氧化过程中，根据入炉成分，配加适量的高碳铬铁和少量的其它合金，AOD氧化脱碳期中氩氧气吹入时分多批不同的氩氧比吹入；本钢种中Ni%含量高达25%，故在此工艺中采用Simkovich的平衡公式计算合理的分压Pco，再根据不同的钢水含C的质量分数，对应相应的分压Pco，计算出氩氧混合气的氩氧比；氮氧混合气的氮氧比按以上方式计算。AOD炉的侧吹风枪和顶吹氧枪的气体流量设定按表3进行：
表3。
AOD炉氧化过程中根据炉内硅氧化产生的SiO2的量，加入适当的活性石灰，氧化期炉渣碱度控制在3.2-3.5，通过计算，在氧化期加入10000kg的活性石灰，根据不同阶段含C质量分数的不同，调整不同的氩氧比，吹氧总量为4500NM3，结束后测温取样，C=0.005%，T=1684℃。
在脱碳结束后，添加还原剂，所述还原剂为铝和低碳硅锰，低碳硅锰根据钢种中的Mn的质量百分数要求，加入1900kg，再通过吹入AOD炉氧气总量（NM3）减去钢水中脱碳和氧化硅所需的氧量（NM3），计算出总的还原铝的重量，减去低碳硅锰中所含还原剂硅的重量，从而得出还原阶段需要加入的铝的重量为1300kg。
所述加渣料工艺中采用的渣系为CaO-Al2O3-MgO-SiO2 渣系，以前用的渣系为CaO-MgO-SiO2渣系，工艺不同之处在于还原阶段用铝代替AOD常规还原剂硅铁，可以减少炉渣中SiO2 的质量百分比，增加炉渣中Al2O3的质量百分比，增加的Al2O3能使炉渣的熔点及黏度显著降低，形成脱氧、脱硫能力更高的CaO-Al2O3-MgO-SiO2高碱度渣系；为确保炉渣具有较好的流动性、脱硫性及吸收夹杂物的能力，根据炉渣的氧势对脱氧过程的影响关系，炉渣的氧势越低，流动性越好，再加上对AOD钢渣搅拌的有利动力学条件，钢水的脱氧效果非常好，本发明采取降低还原渣氧势的措施达到降低钢中氧含量的目的，生产实践中， 所述渣系中各成分的优选质量百分含量如表4所示：
表4。
还原阶段：氩气搅拌8分钟，测温取样，倒渣去除大部分还原渣。
脱硫合金阶段：加少量的渣料和补加少量的合金，搅拌5分钟，出钢倒入浇铸钢包，AOD炉出钢成分和温度如表5所示:
表5。
五、LF吹氩精炼：钢水进LF炉工位后，接通氩气管道，通电升温，测温取样，成分和温度达标后，进行软吹氩操作，钢包氩气流量控制在30L/min，软吹氩20分钟。
六、连铸板坯浇铸：LF吹氩精炼结束后上台浇铸。连铸中间包取样，成品钢成分（质量百分比）如表6所示：
表6。
此外，需要说明的是，上述的本发明实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例说明，而并非是对本发明的实施方式的限定，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法，依次包括如下工艺步骤：原料配料、Consteel电炉熔炼和中频炉熔化合金、AOD炉精炼、LF吹氩精炼、连铸板坯浇铸，其中AOD炉精炼包括依次如下步骤：兑钢、氧化脱碳、加入合金和辅料、加入还原剂及化渣剂进行还原反应、流渣、二次脱硫及成份微调， 其特征在于：a、氧化脱碳期中根据钢水中含C的质量百分数，按照不同的氩氧比或氮氧比吹入氩氧或氮氧的混合气体；b、冶炼时还原反应过程中采用的渣系为CaO-Al2O3-MgO-SiO2渣系。
2.根据权利要求1所述的一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法，其特征在于：在Consteel电炉和中频炉中，把钢中所需的原料Ni、Mo的质量配加到位，在后道工序只进行少量的微调，并把铁水的P含量控制在目标范围内。
3.根据权利要求1所述的一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法，其特征在于：AOD炉精炼还原反应过程中所述CaO-Al2O3-MgO-SiO2渣系中各成分所占质量百分比如下：CaO为50%-60 %、Al2O3为15%-20% 、MgO为3%-5% 、SiO2为10%-15 %，其它氧化物为10-15%。
4.根据权利要求1所述的一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法，其特征在于：AOD炉氧化脱碳期中，除Si、Mn外其它合金配加到位，避免后道工序加过多的合金而导致增碳。
5.根据权利要求1所述的一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法，其特征在于：AOD炉还原反应过程中加入的还原剂为铝和低碳硅锰。
6.根据权利要求1所述的一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法，其特征在于：AOD炉还原反应过程中根据钢种的Mn含量的质量百分数要求加入相应的低碳硅锰；铝的加入量通过以下方式计算出：吹入AOD炉的氧气总量减去钢水中脱碳和氧化硅所需的氧量计算总的还原铝的重量，再减去低碳硅锰中所含硅的重量，就是还原阶段需要加入的铝的重量。
7.根据权利要求1所述的一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法，其特征在于：AOD炉氧化脱碳期中根据钢水中含C的质量百分数，设定各个阶段的氩氧比或氮氧比。
8.根据权利要求3所述的一种冶炼超低碳高合金不锈钢的方法，其特征在于：所述的其它氧化物为Fe2O3、Cr2O3 、MnO、 Na2O、P2O5的混合物。
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