CN107904489A - 利用还原炉与aod炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢及工艺 - Google Patents

利用还原炉与aod炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢及工艺，该工艺包括如下步骤：根据AOD冶炼需求，搭配不同品味红土镍矿及富精矿，经制块后放入还原炉熔炼为成分、温度合适的镍铁水；将镍铁水红送至AOD炉，并预先在AOD炉中铺好炉底石灰、白云石，且高位料仓加入高铬合金，再兑入连铸钢包留渣；然后通过AOD炉进行脱碳保铬的精炼操作；通过红土矿经还原炉‑AOD双联冶炼奥氏体不锈钢，摒弃了传统电弧炉熔炼废不锈钢‑AOD冶炼模式；并以合理的成分设计，保Md30与Creq/Nieq的值，尽量避开优先析出奥氏体的凝固模式；经计算其室温组织可避开M+A相区，减少凝固过程因冷却过快形成M，降低材料热塑性，保证材料的加工性能及一级品率。

Description

利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢及工艺
技术领域
本发明涉及一种不锈钢的冶炼工艺，更具体的说，本发明主要涉及一种利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢及工艺。
背景技术
200系列不锈钢是在二战时期作为300系列不锈钢的代用品在美国首先开发成功的。当时，由于战争的原因，作为战略物资的镍被各有关国家严格控制，美国的镍供应量严重不足。为了解决在镍供应量严重不足的情况下，不锈钢的生产和供应问题，美国开发出了这种以锰代镍的奥氏体不锈钢新钢种系列。 二战结束后， 200系列不锈钢在印度得到了发展。进入21世纪以来，我国不锈钢产业迅速发展，不锈钢粗钢产量由2000年52万吨增加到2015年的2156.22万吨，几乎占到世界不锈钢产量的一半。与此同时，中国的现状是缺铬少镍，不锈钢废钢缺乏，如何解决不锈钢生产的原料问题已成为业界关注的焦点。传统不锈钢生产方法都是矿热炉生产出的粗镍铁合金浇铸为镍铁块，镍铁块再在电弧炉熔化作为冶炼不锈钢的主要原料，通过AOD炉与高铬、造渣剂、返回料等其他原料按一定比例配比，通过脱碳、脱硫脱氧等过程后，再进行最终精炼，AOD冶炼成分、温度的钢水出钢送至LF钢包精炼炉进行成分和温度的调整，最后通过连铸浇铸成不锈钢板坯。在此生产工艺过程中，粗镍合金块作为主要原料：必需建设铸铁机、电弧炉等设备，设备投资大；电弧炉生产电耗高、粉尘大、噪音大；且生产工序多，工业废物排放大，产品成材时间长，产能低。因而有必要针对不锈钢的冶炼生产方法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，提供一种利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢及工艺，以期望解决现有技术中的不锈钢冶炼工艺设备电耗高，粉尘大，噪音大，生产工序多，工业废物排放大，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还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢，所述的节镍奥氏体不锈钢包括以质量百分比计的C：0.05～0.15％，Si：0.30～0.80％，Mn：8.0～12.0％，Cr：13.00～16.00％，Ni：0.80～2.00％，N：0.12～0.20％，Cu：0.50～2.00％，B：0.0015～0.0030％， P：0～0.055％，S：0～0.015％，Ti：0～0.010％，Al：0～0.02％，Mo：0～0.5％，V：0～0.20％，Co：0～0.30％，余量为Fe。
作为优选，进一步的技术方案是：所述的节镍奥氏体不锈钢的Creq/Nieq值大于1.10，Md30值小于130；所述的Creq/Nieq值通过下式得出：
所述Md30值通过下式得出：
本发明另一方面提供了一种利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍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A、根据AOD冶炼需求，搭配不同品味红土镍矿及富精矿，在搭配的过程中尽量降低P及微量杂质元素含量，经制块后放入还原炉熔炼为成分、温度合适的镍铁水；
步骤B、将镍铁水红送至AOD炉，并预先在AOD炉中铺好炉底石灰、白云石，且高位料仓加入高铬合金，再兑入连铸钢包留渣；然后通过AOD炉进行脱碳保铬的精炼操作，使出钢温度、成分、渣碱度达到目标要求，然后出钢；
步骤C、将经AOD炉精炼后产物送至LF炉，在LF炉中进行成分、温度微调后，加硼铁，保证合适的Creq/Nieq值与Md30值，并保证软吹、镇静时间，然后出钢；
步骤D、将出钢后的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板坯，然后热轧经加热炉、精轧进行合理控温，再进行固溶退火、酸洗成白皮钢卷，从而完成节镍奥氏体不锈钢的生产。
作为优选，进一步的技术方案是：所述步骤Ａ中，红土镍矿及富精矿中的P＜0.020％，碱度为1.7～2.0，所述镍铁水的出铁温度为1450～1550℃。
更进一步的技术方案是：所述的步骤B中，红送镍铁水的用量为步骤A中得到镍铁水总质量的55％～65％，高铬合金的加入量为镍铁水总质量的20％～30％，石灰与白云石的加入量为镍铁水总质量的6％～8％。
更进一步的技术方案是：所述步骤B中，AOD炉精炼后产物的出钢温度为1600～1650℃；渣碱度（CaO/SiO2）为1.9～2.2之间。
更进一步的技术方案是：所述步骤C中的软吹时间大于12min，镇静时间大于15min，加入的硼铁为20kg，并将Creq/Nieq值调整至大于1.10，将Md30值调整至小于130。
更进一步的技术方案是：所述步骤D中的中间包温度为1460～1480℃，恒拉速为1.30～1.45m/min。
更进一步的技术方案是：所述步骤D中加热炉的出炉温度1215～1235℃，固溶退火的温度为1100～1120℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少是如下之一：
1、制块工艺将富精矿粉和红土镍矿重新造块用于还原炉冶炼的过程具有良好的冶炼性能的同时，可部分除去矿石中的硫、锌、铅等有害元素，降低对还原炉的损害。
2、红土镍矿经制块、还原炉-AOD炉联合冶炼，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、红土镍矿的选配，较低的P、S、Pb、Sn、As含量，充分的精炼，添加B细化晶粒，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脱皮缺陷，改善了产品质量，提高了成品率。
4、合理成分设计，Md30小于130，Creq/Nieq大于1.10，尽量避开优先析出奥氏体的凝固模式；经计算其室温组织可避开M+A相区，减少凝固过程因冷却过快形成M，降低材料热塑性。
5、利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢，相比304钢种，热塑性略差，但经成分设计、凝固冷却速的搭配，配合热轧工艺的调整，其热轧板一级品率可稳定在95%以上。
附图说明
图1为用于说明本发明一个实施例的工艺流程图；
图2为不锈钢的铬当量与镍当量与室温下基体组织的关系图；
图3为本发明实施例中的节镍奥氏体不锈钢热轧板一级品率统计图；
图2中，A为奥氏体；F为铁素体；M为马氏体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
本发明的一个实施例一种利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢，该节镍奥氏体不锈钢包括以质量百分比计的C：0.05～0.15％，Si：0.30～0.80％，Mn：8.0～12.0％，Cr：13.00～16.00％，Ni：0.80～2.00％，N：0.12～0.20％，Cu：0.50～2.00％，B：0.0015～0.0030％， P：0～0.055％，S：0～0.015％，Ti：0～0.010％，Al：0～0.02％，Mo：0～0.5％，V：0～0.20％，Co：0～0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在本实施例中，上述的节镍奥氏体不锈钢的Creq/Nieq值大于1.10，Md30值小于130；通过前述的值设计，可尽量避开优先析出奥氏体的凝固模式；经计算其室温组织可避开M+A相区，减少凝固过程因冷却过快形成M，降低材料热塑性。前述的Creq/Nieq值通过下式得出：
而Md30值通过下式得出：
需要说明的是，由于金属中的微量元素控制的难度较高，因而发明人在试验后认为，只要上述的各个元素控制在上述区间值范围内，均可实现与本发明相同或相近的技术效果；
参考图1所示，本实施例中的利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢，可按照如下的生产工艺进行操作：
步骤S1、根据AOD冶炼需求，搭配不同品味红土镍矿及富精矿，在搭配的过程中尽量降低P及微量杂质元素含量，经制块后放入还原炉熔炼为成分、温度合适的镍铁水；在本步骤中，优选的是红土镍矿及富精矿中的P＜0.020％，碱度为1.7～2.0，镍铁水的出铁温度为1450～1550℃；
步骤S2、将镍铁水红送至AOD炉，并预先在AOD炉中铺好炉底石灰、白云石，且高位料仓加入高铬合金，再兑入连铸钢包留渣；然后通过AOD炉进行脱碳保铬的精炼操作，使出钢温度、成分、渣碱度达到目标要求，然后出钢；
上述红送镍铁水的用量为步骤S1中得到镍铁水总质量的55％～65％，高铬合金的加入量为镍铁水总质量的20％～30％，石灰与白云石的加入量为镍铁水总质量的6％～8％；并且一般而言，AOD炉精炼后产物的出钢温度控制在1600～1650℃；渣碱度（CaO/SiO2）控制在1.9～2.2之间；
步骤S3、将经AOD炉精炼后产物送至LF炉，在LF炉中进行成分、温度微调后，加硼铁，保证合适的Creq/Nieq值与Md30值，并保证软吹、镇静时间，然后出钢；
上述软吹时间应至少大于12min，镇静时间大于15min，加入的硼铁为20kg，正如上述所提到的，在本步骤中，前述的操作应将Creq/Nieq值调整至大于1.10，将Md30值调整至小于130；
步骤S4、将出钢后的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板坯，然后热轧经加热炉、精轧进行合理控温，再进行固溶退火、酸洗成白皮钢卷，从而完成节镍奥氏体不锈钢的生产；在本步骤中，前述的中间包温度为1460～1480℃，恒拉速为1.30～1.45m/min；并且加热炉的出炉温度1215～1235℃，固溶退火的温度为1100～1120℃。
本发明的另一个实施例是一种利用还原炉与AOD炉联合冶炼节镍奥氏体不锈钢的生产工艺，现以在580m³红土镍矿还原炉，75tAOD炉，LF钢包精炼炉、一机一流200*1300mm板坯连铸机生产节镍型奥氏体不锈钢为例，来叙述本发明的制造方法：红土镍矿选矿、拌矿，搭配富矿粉混匀经制块、还原炉冶炼成温度、成分合适的粗镍铁水；镍铁水出至铁包红送至AOD炉精炼；控制出钢成分、温度；再出钢送至LF钢包精炼炉，微调钢水成分、温度后，加硼铁，保证充足的软吹、镇静时间；然后经过连铸浇铸成板坯，热轧2.5～3.5mm厚，经1115℃固溶处理，然后酸洗成白皮。
上述方法生产的利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢的化学成分：实例1-3及比对例4，如表1。
本实施例1-3 和比对例4进行热轧、酸洗试验后，发现：
1）实例1 热轧板的边部有裂纹出现，某些部位开裂较严重；而采用同样热轧工艺的比对例4 的热轧板未发现裂纹，说明添加了硼元素后钢的热塑性得到了明显提高。
2）实例2 热轧板固溶退火后，抗拉强度明显高于比对例4，可见当Md30>130以后，即使加入硼元素后钢的热塑性仍然较差，不易达到热加工要求。
3）实例3的钢坯边部和热轧板的边部出现了裂纹，说明当硼和Md30均满足要求时，钢的热塑性仍有一定不足，必须保证Creq/Nieq当量比，保证凝固组织避开马氏体相析出区间，保证钢坯的抗裂纹敏感性及热加工塑性要求。
4）比对例4的钢坯边部和热轧板的边部较好，未出现裂纹及边部脱皮情况。
表1：实例1-3及比对例4主要元素成分及指标
节镍型奥氏体不锈钢，通过提高Mn和N的含量达到代替Ni元素的目的，相对于其它的奥氏体不锈钢钢种具有极大的成本优势，且经过成分设计，其铬含量约为13.5％，镍含量仅约为1.0％，成分设计上Creq/Nieq比及Md30均往提高其热塑性的方向进行设计，配合连铸二冷弱冷和热轧控温工艺，使其尽量接近304，除有较好的耐蚀性能外，在热、冷加工中具有良好的加工性能，目前热轧板一级品率可稳定在95％以上，具体如图3所示。
正如上述所提到的，该生产工艺从还原炉冶炼出含铬镍铁水直接送至AOD精炼炉精炼，生产过程中通过铬镍原料的预处理，适当的配比，高炉渣系选择和P的控制，AOD精炼炉成分的控制，炼钢制程的管控，铜含量的不断调整保证利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢良好的加工性能。该工艺的开发具有显著的优势：热装热送，节能环保；解决了生产高镍铁水给还原炉的困难；减少了废钢炼钢工艺过程中有害元素和夹杂物对不锈钢质量的影响；节省了镍资源，规避了镍资源短缺带来的风险；丰富了产品结构，提升了企业的竞争力。所以研发生产利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢具有良好的社会效益和经济效益。
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，在本申请公开、附图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 (9)

1.一种利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢，其特征在于：所述的节镍奥氏体不锈钢包括以质量百分比计的C：0.05～0.15％，Si：0.30～0.80％，Mn：8.0～12.0％，Cr：13.00～16.00％，Ni：0.80～2.00％，N：0.12～0.20％，Cu：0.50～2.00％，B：0.0015～0.0030％， P：0～0.055％，S：0～0.015％，Ti：0～0.010％，Al：0～0.02％，Mo：0～0.5％，V：0～0.20％，Co：0～0.30％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢，其特征在于：所述的节镍奥氏体不锈钢的Creq/Nieq值大于1.10，Md30值小于130；所述的Creq/Nieq值通过下式得出：
所述Md30值通过下式得出：
。
3.一种利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍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A、根据AOD冶炼需求，搭配不同品味红土镍矿及富精矿，在搭配的过程中尽量降低P及微量杂质元素含量，经制块后放入还原炉熔炼为成分、温度合适的镍铁水；
步骤B、将镍铁水红送至AOD炉，并预先在AOD炉中铺好炉底石灰、白云石，且高位料仓加入高铬合金，再兑入连铸钢包留渣；然后通过AOD炉进行脱碳保铬的精炼操作，使出钢温度、成分、渣碱度达到目标要求，然后出钢；
步骤C、将经AOD炉精炼后产物送至LF炉，在LF炉中进行成分、温度微调后，加硼铁，保证合适的Creq/Nieq值与Md30值，并保证软吹、镇静时间，然后出钢；
步骤D、将出钢后的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板坯，然后热轧经加热炉、精轧进行合理控温，再进行固溶退火、酸洗成白皮钢卷，从而完成节镍奥氏体不锈钢的生产。
4.根据权利要求3所述的利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤Ａ中，红土镍矿及富精矿中的P＜0.020％，碱度为1.7～2.0，所述镍铁水的出铁温度为1450～1550℃。
5.根据权利要求3或4所述的利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢的生产工艺，其特征在于：所述的步骤B中，红送镍铁水的用量为步骤A中得到镍铁水总质量的55％～65％，高铬合金的加入量为镍铁水总质量的20％～30％，石灰与白云石的加入量为镍铁水总质量的6％～8％。
6.根据权利要求3所述的利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤B中，AOD炉精炼后产物的出钢温度为1600～1650℃；渣碱度（CaO/SiO2）为1.9～2.2之间。
7.根据权利要求3所述的利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤C中的软吹时间大于12min，镇静时间大于15min，加入的硼铁为20kg，并将Creq/Nieq值调整至大于1.10，将Md30值调整至小于130。
8.根据权利要求3所述的利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤D中的中间包温度为1460～1480℃，恒拉速为1.30～1.45m/min。
9.根据权利要求3所述的利用还原炉与AOD炉联合冶炼的节镍奥氏体不锈钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤D中加热炉的出炉温度1215～1235℃，固溶退火的温度为1100～1120℃。
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