CN107419055B - 用电炉冶炼不锈钢母液的工艺方法及其不锈钢母液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用电炉冶炼不锈钢母液的工艺方法及其不锈钢母液，属于金属冶炼工艺设计施工技术领域。提供一种冶炼时间明显缩短，冶炼电耗相对较低，电极消耗相对较少的用电炉冶炼不锈钢母液的工艺方法及其不锈钢母液。所述的工艺方法以40Cr13系列不锈钢及类似钢种的返回料、碳素废钢、高碳铬铁以及废钢切割渣为冶炼原料，在电炉中通过吹氧助熔、吹氧脱碳以及熔融条件下的还原剂还原，将上述的冶炼原料冶炼成C：0.36％～0.45％、Si:0.30％～0.60％、Mn:0.30％～0.80％、P:≤0.030％、S:≤0.015％、Cr:12.50％～14.00％，余量为铁及杂质的不锈钢母液。
Description
技术领域
本发明涉及一种工艺方法，尤其是涉及一种用电炉冶炼不锈钢母液的工艺方法，属于金属冶炼工艺设计施工技术领域。
背景技术
不锈钢有许多优良的性能，外观精美，使用寿命长，可以100％回收利用，因此得以广泛应用，不锈钢的需求量也日益增加。目前世界上不锈钢的冶炼有三种方法，即一步法，二步法，三步法。二步法不锈钢冶炼工艺占世界不锈钢产能的70％左右，其中EAF炉主要用于熔化废钢和合金原料，生产不锈钢母液，不锈钢母液再进入到AOD炉中冶炼成合格的不锈钢钢水。采用返回料全废钢短流程电炉不锈钢生产工艺现已普遍用于不锈钢生产领域，其目的是回收废合金钢中的价值高的合金元素，以降低生产成本；但采用返回料全废钢生产不锈钢母液，存在金属料消耗高、电炉电耗高、电极消耗高、冶炼时间长以及炉龄缩短等问题。因此，如何实现电炉高效冶炼不锈钢母液显得非常重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种冶炼时间明显缩短，冶炼电耗相对较低，电极消耗相对较少的用电炉冶炼不锈钢母液的工艺方法，本发明还提供一种用所述工艺方法冶炼的不锈钢母液。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用电炉冶炼不锈钢母液的工艺方法，所述的工艺方法以占比55％～65％的40Cr13系列不锈钢及类似钢种的返回料、占比23％～33％的碳素废钢、占比8％～12％的高碳铬铁以及250～300kg/炉的废钢切割渣为冶炼原料，在电炉中通过吹氧助熔、吹氧脱碳以及熔融条件下的还原剂还原，将上述的冶炼原料冶炼成符合组份要求的不锈钢母液。
进一步的是，在吹氧助熔时，采用的是单管吹氧气助熔，吹氧压力为0.6MPa，并在送电熔化炉料开始45～50min时开始该吹氧助熔工序。
上述方案的优选方式是，在吹氧脱碳时，采用的是双管吹氧脱碳，吹氧压力1.0Mpa，并在送电熔化炉料60～70min时开始该吹气脱碳，终点C含量在0.60％～0.80％时结束该吹氧脱碳工序。
进一步的是，进料前，按32～36kg/t的量先在炉底垫底一层石灰，保证炉料熔化后全冶炼过程炉渣的碱度在1.8～2.0。
上述方案的优选方式是，所述的冶炼原料采用料篮一次性添加到电炉中，在向料篮中装入冶炼原料时按下致密、上疏松、中间高、四周低、炉门口无大料的原则一次性装入料篮中，其中废钢切割渣装入料栏最底部。
进一步的是，熔融条件下添加的还原剂包括200～300kg/炉的FeSi块、60～80kg/炉的Al块以及8～10kg/t的石灰，还原时间≥15min。
上述方案的优选方式是，装入料篮中的冶炼原料包括所述的废不锈钢和所述的废碳素钢，其外形尺寸按下述要求控制，
废钢最大截面≤600mm×600mm，其中截面积约600mm×600mm的大型废钢占比≤30％、截面积250mm×250mm～600mm×600mm的中型废钢占比≤50％、其余小型废钢占比≥20％。
进一步的是，在整个冶炼过程中，对电炉的供电包括点弧期、穿井期、熔化期及中期、熔末升温期、氧化前期、氧化中后期、还原前期、还原中后期以及调整期几个控制阶段，各个控制阶段的电流、电压按下述参数范围控制，
点弧期I＝28.6～31.6KA、U＝306～323V，穿井期I＝28.6～34.6KA、U＝341～361V，熔化期及中期I＝20.9～27.4KA、U＝440～475V，熔末升温期I＝15.4～21.4KA、U＝440～475V，氧化前期I＝128.6～34.6KA、U＝341～361V，氧化中后期I＝22.6～28.6KA、U＝323～340V，还原前期I＝22.6～28.6KA、U＝323～340V，还原中后期I＝15.9～25.6KA、U＝323～340V，调整期I＝15.1～25.6KA、U＝292～306V。
一种用所述工艺方法冶炼的不锈钢母液，所述的不锈钢母液为包含有下述重量份组分的熔融液体，
所述的重量份组分为C：0.36％～0.45％、Si:0.30％～0.60％、Mn:0.30％～0.80％、P:≤0.030％、S:≤0.015％、Cr:12.50％～14.00％，余量为铁及杂质。
本发明的有益效果是：本申请的工艺方法以40Cr13系列不锈钢及类似钢种的返回料、碳素废钢为主要原料，添加必要的合金元素调整料，通过吹氧助熔、吹氧脱碳以及熔融条件下的还原剂还原，将回收上述不锈钢作为主要原料冶炼成符合组份要求的不锈钢母液。通过在配料过程中控制返回料比例和炉料外形尺寸；在装料过程采用一次性装料和在电炉底部装入石灰和废钢切割渣；在冶炼过程中，控制吹氧助熔、吹氧脱碳以及熔融条件下的还原剂还原，从而可以明显缩短冶炼时间，提高生产效率。再配以本申请提供的电炉冶炼过程供电曲线，不仅可以降低冶炼电耗，而且由于冶炼时间明显缩短，还可以大幅度的减少电极消耗，达到降低生产成本的目的。
附图说明
图1为本发明用电炉冶炼不锈钢母液的工艺方法涉及到的电炉冶炼过程供电曲线图。
具体实施方式
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供的一种冶炼时间明显缩短，冶炼电耗相对较低，电极消耗相对较少的用电炉冶炼不锈钢母液的工艺方法，以及用所述工艺方法冶炼的不锈钢母液。所述的工艺方法以占比55％～65％的40Cr13系列不锈钢及类似钢种的返回料、占比23％～33％的碳素废钢、占比8％～12％的高碳铬铁以及250～300kg/炉的废钢切割渣为冶炼原料，在电炉中通过吹氧助熔、吹氧脱碳以及熔融条件下的还原剂还原，将上述的冶炼原料冶炼成符合组份要求的不锈钢母液。采用上述的工艺方法冶炼的所述不锈钢母液为包含有下述重量份组分的熔融液体，所述的重量份组分为C：0.36％～0.45％、Si:0.30％～0.60％、Mn:0.30％～0.80％、P:≤0.030％、S:≤0.015％、Cr:12.50％～14.00％，余量为铁及杂质。通过在配料过程中控制返回料比例和炉料外形尺寸；在装料过程采用一次性装料和在电炉底部装入石灰和废钢切割渣；在冶炼过程中，控制吹氧助熔、吹氧脱碳以及熔融条件下的还原剂还原，从而可以明显缩短冶炼时间，提高生产效率。再配以本申请提供的电炉冶炼过程供电曲线，不仅可以降低冶炼电耗，而且由于冶炼时间明显缩短，还可以大幅度的减少电极消耗，达到降低生产成本的目的。其中，本申请所述的类似钢种为含有较高铬含量的铬不锈钢。
上述实施方式中，为了最大限度的提高冶炼生产效率，降低冶炼生产成本，尽量最大限度的降低冶炼电耗，实施过程中，除了遵照本申请附图1提供的电炉冶炼过程供电曲线外，在具体冶炼时，本申请还提供了以下进一步的改进工序，即在吹氧助熔时，采用的是单管吹氧气助熔，吹氧压力为0.6MPa，并在送电熔化炉料开始45～50min时开始该吹氧助熔工序；在吹氧脱碳时，采用的是双管吹氧脱碳，吹氧压力1.0Mpa，并在送电熔化炉料60-70min时开始该吹气脱碳，终点C含量在0.60％～0.80％时结束该吹氧脱碳工序。与此同时，在装料时，采用料篮一次性完成装料，具体操作为所述的冶炼原料采用料篮一次性添加到电炉中，在向料篮中装入冶炼原料时按下致密、上疏松、中间高、四周低、炉门口无大料的原则一次性装入料篮中，其中废钢切割渣装入料栏最底部。同时，由于本申请的冶炼方法中使用的原料以回收的废钢为主，故对装入料篮中的冶炼原料即回收的废钢的形状也做了如下具体规定，即所述的废钢包括所述的废不锈钢和所述的废碳素钢，其外形尺寸按下述要求控制，废钢最大截面≤600mm×600mm，其中截面积约600mm×600mm的大型废钢占比≤30％、截面积250mm×250mm～600mm×600mm的中型废钢占比≤50％、其余小型废钢占比≥20％。
同样的，为了保证冶炼出来的不锈钢母液的成份能满足如下要求，即所述的不锈钢母液为包含有下述重量份组分的熔融液体，所述的重量份组分为C：0.36％～0.45％、Si:0.30％～0.60％、Mn:0.30％～0.80％、P:≤0.030％、S:≤0.015％、Cr:12.50％～14.00％，余量为铁及杂质，则对冶炼过程中的还原剂，以及炉渣的碱度的控制也十分重要。为此，本申请给出了具体的参数，即进料前，按32～36kg/t的量先在炉底垫底一层石灰，保证炉料熔化后全冶炼过程炉渣的碱度在1.8～2.0；熔融条件下添加的还原剂包括200～300kg/炉的FeSi块、60～80kg/炉的Al块以及8～10kg/t的石灰，还原时间≥15min。
综上所述，采用本申请的所述冶炼方法，根据冶炼过程各个阶段特点，通过对电力曲线的分析，优化供电制度充分发挥变压器效率，可缩短冶炼供电时间和降低电耗。点弧期炉顶容易被烧坏采用中级电流、电压送电；穿井期由于电极随着炉料的熔化而不断下降，远离炉顶，增加电弧功率采用长弧操作；在熔化期及中期，应以最大功率输入，保证快速熔化，熔化末升温期为了保护炉墙及炉盖不受热辐射损伤应减少输入功率；在氧化前期，为满足钢液升温速度与脱碳速度匹配，控制Cr的氧化，输入功率可大些，而中后期由于碳氧激烈反应放出大量化学反应热，钢液升温速度很快，故改用小功率供电；还原期在加入还原剂后，用中级电压与大电流化渣，当还原渣一形成，为了减少脱氧剂烧损及维护炉衬，应立即转为小电压供电；调整期输入功率只需弥补炉子正常的散热损失即可。供电曲线见附图1。
采用该方法的有益之处：
1、提高返回料使用比例，控制炉料外形尺寸使炉料小型化，提高炉料熔化速度，断电极的概率大幅下降，电极消耗降低；此时采用一次进料则减少二次装料的耗时，同时，由于“井”更深，埋弧效果更好，因此提高了热效率。
2、控制配料配碳量，减少了吹氧，减少吹氧损耗且降低了还原脱氧的难度。
3、在电炉底部装入石灰和废钢切割渣，造碱度为1.8～2.0的炉渣，有利于冶炼过程的埋弧，提高电能利用率的同时减少对炉衬侵蚀。
4、根据冶炼过程各个阶段特点，通过对电力曲线的分析，优化供电制度充分发挥变压器效率，缩短冶炼供电时间和降低电耗。
采用该方法生产的不锈钢母液，冶炼时间缩短了30～50min/炉,降低电耗30～50KWh/t，降低金属料消耗13～18kg/t,降低电极消耗1.0～2.3kg/t，提高炉龄25～45炉/次。
实施例1
该实施例是运用本发明的电炉冶炼不锈钢母液的方法来冶炼40Cr13不锈钢，发明采用的是40吨EAF电弧炉。
先往电炉炉底装入32kg/t的石灰，然后往料栏底部装入300kg/炉废钢切割渣，含55％的40Cr13系列不锈钢及类似钢种、33％的碳素废钢、12％的高碳铬铁按下致密、上疏松，中间高，四周低、炉门口无大料的原则一次性装入料栏中，其中炉料截面积约600mm×600mm的大型废钢占比20％、截面积250mm×250mm～600mm×600mm的中型废钢占比40％、其余小型废钢占比40％；配料成分C：0.97％、Si：0.60％、Mn：0.30％、P:0.020％、S:0.010％、Cr:13.0％；随后往电炉一次性装入准备好的炉料。
然后送电熔化炉料，供电曲线按附图执行；当送电时间45min时进入熔末升温期(吹氧助熔)，采用单管进行吹氧助熔，吹氧压力0.6MPa；当送电时间达到60min时进入氧化期，采用双管进行吹氧脱碳，吹氧压力1.0Mpa，终点C含量0.60％时停止吹氧；氧化结束后加入还原剂FeSi块200kg/炉、Al块80kg/炉并补加石灰8kg/t，还原时间15min；炉料熔化后全冶炼过程炉渣碱度控制在1.8；调整成分C：0.60％、Si:0.20％、Mn:0.10％、P:0.020％、S:0.010％、Cr:12.50％，钢液温度1680℃钢渣混冲出钢。
采用该方法生产的不锈钢母液，冶炼时间缩短了35min/炉,降低电耗38KWh/t，降低金属料消耗15kg/t,降低电极消耗1.5kg/t，提高炉龄30炉/次。
实施例2
该实施例是运用本发明的电炉冶炼不锈钢母液的方法来冶炼40Cr13H不锈钢，发明采用的是40吨EAF电弧炉。
先往电炉炉底装入34kg/t的石灰，然后往料栏底部装入280kg/炉废钢切割渣，含60％的40Cr13系列不锈钢及类似钢种、28％的碳素废钢、10％的高碳铬铁按下致密、上疏松，中间高，四周低、炉门口无大料的原则一次性装入料栏中，其中炉料截面积约600mm×600mm的大型废钢占比25％、截面积250mm×250mm～600mm×600mm的中型废钢占比45％、其余小型废钢占比30％；配料成分C：0.97％、Si：0.70％、Mn：0.38％、P:0.015％、S:0.009％、Cr:13.20％；随后往电炉一次性装入准备好的炉料。
然后送电熔化炉料，供电曲线按附图执行；当送电时间48min时进入熔末升温期(吹氧助熔)，采用单管进行吹氧助熔，吹氧压力0.6MPa；当送电时间达到65min时进入氧化期，采用双管进行吹氧脱碳，吹氧压力1.0Mpa，终点C含量0.70％时停止吹氧；氧化结束后加入还原剂FeSi块250kg/炉、Al块70kg/炉并补加石灰9kg/t，还原时间19min；炉料熔化后全冶炼过程炉渣碱度控制在1.9；调整成分C：0.70％、Si:0.23％、Mn:0.15％、P:0.014％、S:0.008％、Cr:12.80％，钢液温度1660℃钢渣混冲出钢。
采用该方法生产的不锈钢母液，冶炼时间缩短了40min/炉,降低电耗40KWh/t，降低金属料消耗15kg/t,降低电极消耗1.8kg/t，提高炉龄40炉/次。
实施例3
该实施例是运用本发明的电炉冶炼不锈钢母液的方法来冶炼40Cr13HL不锈钢，发明采用的是40吨EAF电弧炉。
先往电炉炉底装入36kg/t的石灰，然后往料栏底部装入250kg/炉废钢切割渣，含65％的40Cr13系列不锈钢及类似钢种、27％的碳素废钢、8％的高碳铬铁按下致密、上疏松，中间高，四周低、炉门口无大料的原则一次性装入料栏中，其中炉料截面积约600mm×600mm的大型废钢占比30％、截面积250mm×250mm～600mm×600mm的中型废钢占比50％、其余小型废钢占比20％；配料成分C：1.17％、Si：0.80％、Mn：0.45％、P:0.019％、S:0.012％、Cr:13.45％；随后往电炉一次性装入准备好的炉料。
然后送电熔化炉料，供电曲线按附图执行；当送电时间50min时进入熔末升温期(吹氧助熔)，采用单管进行吹氧助熔，吹氧压力0.6MPa；当送电时间达到70min时进入氧化期，采用双管进行吹氧脱碳，吹氧压力1.0Mpa，终点C含量0.80％时停止吹氧；氧化结束后加入还原剂FeSi块300kg/炉、Al块80kg/炉并补加石灰10kg/t，还原时间20min；炉料熔化后全冶炼过程炉渣碱度控制在2.0；调整成分C：0.80％、Si:0.27％、Mn:0.23％、P:0.019％、S:0.012％、Cr:13.0％，钢液温度1650℃钢渣混冲出钢。
采用该方法生产的不锈钢母液，冶炼时间缩短了50min/炉,降低电耗50KWh/t，降低金属料消耗18kg/t,降低电极消耗2.3kg/t，提高炉龄45炉/次。
Claims (5)
1.一种用电炉冶炼不锈钢母液的工艺方法，其特征在于：所述的工艺方法以占比55％～65％的40Cr13系列不锈钢及类似钢种的返回料、占比23％～33％的废碳素钢、占比8％～12％的高碳铬铁以及250～300kg/炉的废钢切割渣为冶炼原料，在电炉中通过吹氧助熔、吹氧脱碳以及熔融条件下的还原剂还原，将上述的冶炼原料冶炼成符合组份要求的不锈钢母液，所述的冶炼原料采用料篮一次性添加到电炉中，在向料篮中装入冶炼原料时按下致密、上疏松、中间高、四周低、炉门口无大料的原则一次性装入料篮中，其中废钢切割渣装入料篮最底部，熔融条件下添加的还原剂包括200～300kg/炉的FeSi块、60～80kg/炉的Al块以及8～10kg/t的石灰，还原时间≥15min，
在整个冶炼过程中，对电炉的供电包括点弧期、穿井期、熔化期及中期、熔末升温期、氧化前期、氧化中后期、还原前期、还原中后期以及调整期几个控制阶段，各个控制阶段的电流、电压按下述参数范围控制，
点弧期I＝28.6～31.6KA、U＝306～323V，穿井期I＝28.6～34.6KA、U＝341～361V，熔化期及中期I＝20.9～27.4KA、U＝440～475V，熔末升温期I＝15.4～21.4KA、U＝440～475V，氧化前期I＝128.6～34.6KA、U＝341～361V，氧化中后期I＝22.6～28.6KA、U＝323～340V，还原前期I＝22.6～28.6KA、U＝323～340V，还原中后期I＝15.9～25.6KA、U＝323～340V，调整期I＝15.1～25.6KA、U＝292～306V。
2.根据权利要求1所述的用电炉冶炼不锈钢母液的工艺方法，其特征在于：在吹氧助熔时，采用的是单管吹氧气助熔，吹氧压力为0.6MPa，并在送电熔化炉料开始45～50min时开始该吹氧助熔工序。
3.根据权利要求1所述的用电炉冶炼不锈钢母液的工艺方法，其特征在于：在吹氧脱碳时，采用的是双管吹氧脱碳，吹氧压力1.0Mpa，并在送电熔化炉料60～70min时开始该吹氧脱碳，终点C含量在0.60％～0.80％时结束该吹氧脱碳工序。
4.根据权利要求1所述的用电炉冶炼不锈钢母液的工艺方法，其特征在于：进料前，按32～36kg/t的量先在炉底垫底一层石灰，保证炉料熔化后全冶炼过程炉渣的碱度在1.8～2.0。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的用电炉冶炼不锈钢母液的工艺方法，其特征在于：装入料篮中的冶炼原料包括所述的40Cr13系列不锈钢及类似钢种的返回料和所述的废碳素钢，其外形尺寸按下述要求控制，
废钢最大截面≤600mm×600mm，其中截面积600mm×600mm的大型废钢占比≤30％、截面积250mm×250mm～600mm×600mm的中型废钢占比≤50％、其余小型废钢占比≥20％。
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