CN109897938A - 生产Cr13系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种生产Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法，其特征在于，所述控制方法的工艺流程为：原料准备→电炉槽式出钢→VOD吹炼工序→精炼炉工序→模铸工序。本发明的有益之处在于，本发明提供的一种生产Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法具有以下优势：制备得到Cr13系列不锈钢的Cr元素金属收得率≥95％，而且冶炼时间比现有技术缩短了30min以上；Cr₁₃系列不锈钢冶炼成本大幅下降，避免了钢液中铝铬尖晶石类夹杂物的生成，对钢液纯净度有明显改善作用，可以满足钢企下游行业对不锈钢产品越来越高的质量要求。

Description

生产Cr13系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种生产Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法。

背景技术

钢铁冶炼技术的不断发展，使得成本问题成为了本领域的研究热点和难点，这也就使得降本增效成为了钢铁冶炼技术发展的永恒主题。Cr₁₃系列不锈钢作为钢铁领域的一个重要产品类型，其牌号主要为20Cr₁₃，30Cr₁₃，40Cr₁₃等，属于马氏体不锈钢。由于其具有高强度和耐蚀的特性，所以应用领域非常广泛，12Cr₁₃可以用来制造机器零件，如蒸汽涡轮叶片；20Cr₁₃可以用来制造蒸汽装备的轴和拉杆；40Cr₁₃可以用来制造在腐蚀介质中工作的零件，如活门、螺栓等；较高碳含量的40Cr₁₃还可适用于制造医疗器械、餐刀、测量用具、弹簧等。

在Cr₁₃系列不锈钢生产工艺方面，现有技术主要采用EAF→VOD→LF→IC的工艺，采用此方法冶炼Cr₁₃系列不锈钢的回收率平均为80％；在精炼工序中还需要进行二次换渣工艺，存在渣料用量大、生产节奏慢的缺点；在VOD工序中损失的Cr也无法回收，最终造成Cr元素金属收得率较低。此外，在精炼过程中为了脱除钢液中的氧，还需要加入了大量的铝锭，如果控制不当，钢材B类夹杂物超标问题经常发生，进而造成制造成本大幅增加。因此，需要统筹电炉冶炼与精炼炉冶炼两个过程，对冶炼工艺进行优化和控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法，可以杜绝钢液中铝铬尖晶石类夹杂物，进而大幅降低冶炼成本，并对钢液纯净度有明显的改善作用。

一种生产Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法的主要工艺流程为，原料准备→电炉槽式出钢→VOD吹炼工序→精炼炉工序→模铸工序，具体过程为：

(1)原料准备：原料包括炉料、炉料配碳、电炉炉底垫石灰三部分；其中所述炉料由Cr₁₃系列钢种或类似Cr₁₃系列钢种的返回钢或碳素返回钢及高碳铬铁组成，所述炉料配碳的含量为1.0-1.6％，所述电炉炉底垫石灰的量为500kg；

(2)电炉槽式出钢：包括熔化期、氧化期、还原期3个工序，所述3个工序的具体工艺过程为：

①熔化期：给电炉送电80min后，开始使用氧枪吹氧助熔，全熔后制得钢液1，之后测温取样；熔化初期，所述氧枪以切割所述炉料的料块为主；熔化后期，氧枪以在所述炉料的渣钢界面处吹氧为主；

②氧化期：当步骤①中所述钢液1，测温取样的温度＞1580℃时，开始使用氧枪吹氧脱碳，氧枪以深吹脱碳为主，完全脱碳后制得钢液2，之后测温取样，且按照Cr₁₃系列不锈钢成分要求在所述钢液2中补加高碳铬铁，至主要成分合格，即为钢液3；

③还原期：在步骤②制备的所述钢液3中加入石灰、硅铁与碳化硅，制得钢液4和炉渣4，控制所述炉渣4的碱度为1.0-1.2，钢液4的硅含量为0.2-0.3％，保持10-15min，之后在温度＞1650℃时出钢，制钢液5和炉渣5；

(3)VOD吹炼工序：拔除制钢液5和炉渣5的中的氧化渣后，进入VOD工位，测温取样，按照所述钢液5中C、Si含量确定吹炼模式，当真空度≤20kpa时，所述吹炼模式为吹氧20min破真空，制得钢液6和炉渣6；之后向所述钢液6中加入硅铁、硅锰合金，制得钢液7，控制所述钢液7的硅含量为0.45-0.50％；之后使用碳化硅进行扩散脱氧，并使用氩气充分搅拌15min，制得钢液8和炉渣8，进入精炼炉；

(4)精炼炉工序：在精炼炉中加入石灰、萤石渣料，制得钢液9和炉渣9，并控制精炼炉炉渣9碱度为2.0左右；之后利用硅铁、硅锰、高碳铬铁合金调整钢液9和炉渣9的成分，并加入C粉调碳，制得钢液10和炉渣10，取样检测；当所述钢液10的符合标准后，测温吊包，进入模铸工序；

(5)模铸工序：将所述钢液10进行模铸，制得Cr₁₃系列不锈钢；所述模铸工序需要控制镇静时间＞15min，过热度范围40-50℃，并按照模铸锭型控制浇铸时间，且在所述浇铸过程中使用模铸保护渣，浇铸完毕后加入发热剂、碳化稻壳，以保证钢锭冒口端保温。

作为一种优选的方案，步骤(2)中所述熔化期使用氧枪吹氧助熔过程控制吹氧压力为0.4-0.5Mpa。

更为优选的是，步骤(2)中所述氧化期使用氧枪吹氧脱碳过程控制吹氧压力为0.7-0.8Mpa。

更为优选的是，步骤(2)中所述还原期加入的石灰量为300-500kg。

更为优选的是，步骤(4)中硅铁、硅锰、高碳铬铁合金不包括铝锭或铝线。

更为优选的是，采用所述生产Cr13系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法制备得到Cr₁₃系列不锈钢中无铝铬尖晶石类夹杂物，具有良好的内部质量，且Cr元素金属收得率≥95％。

本发明的有益之处在于，本发明提供的一种生产Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法具有以下优势：

①本发明中控制炉料配碳的含量为1.0-1.6％，保证了良好氧化沸腾效果，进而降低了VOD吹炼工序中氧枪的控制难度及发生喷溅事故的概率。

②本发明中控制炉渣4的碱度为1.0-1.2，为氧化期生成的Cr₂O₃进行初步还原提供了基础。

③本发明中没有在电炉熔化期和氧化期加入硅铁，减轻了电炉衬的侵蚀压力，避免了炉渣碱度大幅降低，进而降低了还原难度。

④采用本发明的控制方法，随着氧化期的结束，钢液中Si、Cr元素被进一步氧化，炉渣碱度进一步降低，Cr₂O₃含量进一步增加，在还原期补加石灰控制炉渣碱度在1.0-1.2，最终为硅铁还原Cr₂O₃提供了充足的动力学条件。

⑤采用本发明的控制方法，将钢液4的硅含量控制在0.2-0.3％，使得在VOD吹炼工序时，钢液的温度不会过高，之后保持10-15min，当温度＞1650℃，采用槽式出钢使得渣、钢混冲，进而增加钢、渣接触界面，使还原反应充分进行。

⑥采用本发明的控制方法，步骤(3)中加入硅铁，是为了还原氧化生成的Cr₂O₃，但是石灰、萤石渣料会与Cr₂O₃生成铬酸钙难溶物，不利于Cr₂O₃的还原，因此在加入硅铁后，采用氩气充分搅拌15min，再加入石灰、萤石渣料，进而保证还原效果，而且也为后续精炼工序硅脱氧、脱硫以及一次成渣提供了基础。

⑦本发明的控制方法采用硅脱氧，取得了良好的效果。铝是炼钢过程常用的强脱氧剂，硅比起铝的脱氧能力就要弱的多，但在不锈钢的冶炼过程中，若用铝来脱氧，其脱氧产物Al₂O₃极易与Cr₂O₃结合生成“铬刚玉”，使渣中的Cr很难再被还原，反而限制了脱氧以及后续的脱硫过程；而使用硅脱氧，其脱氧产物SiO₂与Cr₂O₃不会发生反应，可以为后续脱氧及脱硫创造良好的条件。

⑧采用本发明的控制方法，制备得到Cr13系列不锈钢的Cr元素金属收得率≥95％，而且冶炼时间比现有技术缩短了30min以上。

⑨采用本发明的控制方法，Cr₁₃系列不锈钢冶炼成本大幅下降，避免了钢液中铝铬尖晶石类夹杂物的生成，对钢液纯净度有明显改善作用，可以满足钢企下游行业对不锈钢产品越来越高的质量要求。

附图说明

图1是一种生产Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法的冶炼各阶段渣样形貌照片；

图2是电炉及精炼炉冶炼过程中渣碱度与炉渣中Cr₂O₃含量变化曲线。

图中附图标记的含义：1-炉渣5，2-炉渣6，3-炉渣7，4-炉渣8，5-炉渣9，6-炉渣10。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种生产Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法的主要工艺流程为，原料准备→电炉槽式出钢→VOD吹炼工序→精炼炉工序→模铸工序，以20Cr₁₃的电炉及精炼炉冶炼控制方法为例，其具体过程为：

(1)原料准备：40Cr₁₃废钢20t、高碳铬铁6t、电炉炉底垫石灰500kg，炉料配碳1.5％。

(2)电炉槽式出钢工序包括熔化期、氧化期、还原期3个工序，具体工艺过程为：

①熔化期：给电炉送电80min后，开始使用氧枪吹氧助熔，全熔后制得钢液1，之后测温取样；熔化初期，氧枪以切割炉料的料块为主；熔化后期，氧枪以在炉料的渣钢界面处吹氧为主；熔化期控制吹氧压力0.4-0.5Mpa，且不允许加入硅铁；

②氧化期：当步骤①中钢液1，测温取样的温度＞1580℃时，开始使用氧枪吹氧脱碳，氧枪以深吹脱碳为主，完全脱碳后制得钢液2，之后测温取样，且按照Cr₁₃系列不锈钢成分要求在钢液2中补加高碳铬铁，至主要成分合格，即为钢液3；氧化期控制吹氧压力为0.7-0.8Mpa，且不允许加入硅铁；

④还原期：在步骤②制备的钢液3中加入石灰、硅铁与碳化硅，制得钢液4和炉渣4，控制炉渣4的碱度为1.0-1.2，钢液4的硅含量为0.2-0.3％，保持10-15min，之后在温度＞1650℃时出钢，制钢液5和炉渣5；

(3)VOD吹炼工序：拔除制钢液5和炉渣5的中的氧化渣后，进入VOD工位，测温取样，按照钢液5中C、Si含量确定吹炼模式，当真空度≤20kpa时，吹炼模式为吹氧20min破真空，制得钢液6和炉渣6；之后向钢液6中加入硅铁、硅锰合金，制得钢液7，控制钢液7的硅含量为0.45-0.50％；之后使用碳化硅进行扩散脱氧，并使用氩气充分搅拌15min，制得钢液8和炉渣8，进入精炼炉；

(4)精炼炉工序：在精炼炉中加入石灰、萤石渣料，制得钢液9和炉渣9，并控制精炼炉炉渣9碱度为2.0左右；之后利用硅铁、硅锰、高碳铬铁合金调整钢液9和炉渣9的成分，并加入C粉调碳，制得钢液10和炉渣10，取样检测；当钢液10的符合标准后，测温吊包，进入模铸工序；

(5)模铸工序：将钢液10进行模铸，制得Cr₁₃系列不锈钢；模铸工序需要控制镇静时间＞15min，过热度范围40-50℃，并按照模铸锭型控制浇铸时间，且在浇铸过程中使用模铸保护渣，浇铸完毕后加入发热剂、碳化稻壳，以保证钢锭冒口端保温。

采用前述控制方法生产Cr₁₃系列不锈钢过程中对中间体形貌进行观察，并对过程参数检测结果见图1和图2；最终对制备得到的20Cr₁₃进行化学成分检测，结果见表1；对关键工艺节点的钢液中S含量、炉渣碱度和炉渣中FeO、Cr₂O₃的变化进行检测，结果见表2。

表120Cr₁₃化学成分检测数据

化学成分	C	Si	Mn	Cr	S	P	Cu	Mo	Ni	Fe	其它
												GB/T1220-07	0.16-0.25	≤1.00	≤1.00	12.00-14.00	＜0.030	≤0.040	-	-	≤0.60	-	-
质量百分比(％)	0.20	0.37	0.54	12.22	0.002	0.03	0.05	0.11	0.2	86.27	0.08

表1为采用生产Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法制备得到的20Cr₁₃的化学成分表，从表中数据可以说明能够完全满足GB/T1220-07的标准要求。

表2各阶段钢液中S含量与炉渣碱度和炉渣中FeO与Cr₂O₃的变化

冶炼阶段	S	Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	FeO	R
					电炉熔化末期	0.014	20.67	1.21	1.01
电炉氧化期	0.015	15.29	2.50	1.36
					电炉终点	0.015	1.84	1.53	1.5
VOD后	0.014	0.79	1.35	1.93
					精炼初期	0.014	1.84	1.22	1.8
精炼中期	0.01	0.92	1.18	1.92
					精炼末期	0.006	0.85	1.21	1.91
吊包前	0.002	0.79	0.92	1.85

表2为关键工艺节点的钢液中S含量、炉渣碱度和炉渣中FeO、Cr₂O₃变化的检测数据。从图中数据可以说明通过对炉渣碱度的控制，钢液中S含量完全满足GB/T1220-07的标准要求。炉渣中FeO、Cr₂O₃含量逐渐降低，最终含量均＜1％，达到了良好的还原效果。

图1为Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼各阶段渣样形貌照片，从图中可以看出随着冶炼过程的进行，最终炉渣物理形态呈现典型的低碱度渣形态。

图2为电炉及精炼炉冶炼过程中炉渣碱度与炉渣中Cr₂O₃含量变化曲线，从图中数据可以说明，在综合考虑炉渣流动性的前提下，炉渣碱度控制在1.0-2.0，能够充分的保证炉渣中FeO、Cr₂O₃被还原，提高Cr元素的回收率，保证脱硫效率。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种生产Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法，其特征在于，所述控制方法的工艺流程为：

(1)原料准备：原料包括炉料、炉料配碳、电炉炉底垫石灰三部分；其中所述炉料由Cr₁₃系列钢种或类似Cr₁₃系列钢种的返回钢或碳素返回钢及高碳铬铁组成，所述炉料配碳的含量为1.0-1.6％，所述电炉炉底垫石灰的量为500kg；

(2)电炉槽式出钢：包括熔化期、氧化期、还原期3个工序，所述3个工序的具体工艺过程为：

①熔化期：给电炉送电80min后，开始使用氧枪吹氧助熔，全熔后制得钢液1，之后测温取样；熔化初期，所述氧枪以切割所述炉料的料块为主；熔化后期，氧枪以在所述炉料的渣钢界面处吹氧为主；

②氧化期：当步骤①中所述钢液1，测温取样的温度＞1580℃时，开始使用氧枪吹氧脱碳，氧枪以深吹脱碳为主，完全脱碳后制得钢液2，之后测温取样，且按照Cr₁₃系列不锈钢成分要求在所述钢液2中补加高碳铬铁，至主要成分合格，即为钢液3；

③还原期：在步骤②制备的所述钢液3中加入石灰、硅铁与碳化硅，制得钢液4和炉渣4，控制所述炉渣4的碱度为1.0-1.2，钢液4的硅含量为0.2-0.3％，保持10-15min，之后在温度＞1650℃时出钢，制钢液5和炉渣5；

(3)VOD吹炼工序：拔除制钢液5和炉渣5的中的氧化渣后，进入VOD工位，测温取样，按照所述钢液5中C、Si含量确定吹炼模式，当真空度≤20kpa时，所述吹炼模式为吹氧20min破真空，制得钢液6和炉渣6；之后向所述钢液6中加入硅铁、硅锰合金，制得钢液7，控制所述钢液7的硅含量为0.45-0.50％；之后使用碳化硅进行扩散脱氧，并使用氩气充分搅拌15min，制得钢液8和炉渣8，进入精炼炉；

(4)精炼炉工序：在精炼炉中加入石灰、萤石渣料，制得钢液9和炉渣9，并控制精炼炉炉渣9碱度为2.0左右；之后利用硅铁、硅锰、高碳铬铁合金调整钢液9和炉渣9的成分，并加入C粉调碳，制得钢液10和炉渣10，取样检测；当所述钢液10的符合标准后，测温吊包，进入模铸工序；

(5)模铸工序：将所述吊包后的钢液10进行模铸，制得Cr₁₃系列不锈钢；所述模铸工序需要控制镇静时间＞15min，过热度范围40-50℃，并按照模铸锭型控制浇铸时间，且在所述浇铸过程中使用模铸保护渣，浇铸完毕后加入发热剂、碳化稻壳，以保证钢锭冒口端保温。

2.根据权利要求1所述的一种生产Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法，其特征在于，步骤(2)中所述熔化期使用氧枪吹氧助熔过程控制吹氧压力为0.4-0.5Mpa。

3.根据权利要求1所述的一种生产Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法，其特征在于，步骤(2)中所述氧化期使用氧枪吹氧脱碳过程控制吹氧压力为0.7-0.8Mpa。

4.根据权利要求1所述的一种生产Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法，其特征在于，步骤(2)中所述还原期加入的石灰量为300-500kg。

5.根据权利要求1所述的一种生产Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法，其特征在于，步骤(4)中硅铁、硅锰、高碳铬铁合金不包括铝锭或铝线。

6.根据权利要求1-5所述的一种生产Cr₁₃系列不锈钢的电炉及精炼炉冶炼控制方法，其特征在于，采用所述控制方法制备得到Cr₁₃系列不锈钢中无铝铬尖晶石类夹杂物，具有良好的内部质量，且Cr元素金属收得率≥95％。