CN110819880A - 一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺及应用 - Google Patents
一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的目的在于提供一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺及应用，其中工艺包括以下步骤：将含铬低镍铁水兑入顶底复吹初炼炉中，在初炼炉中顶枪吹氧、底枪不吹氧的情况下进行吹炼；待初炼炉内熔池中的碳降低至0.60%‑1.50%、硅降低至0.10%以下、终点温度控制在1620℃‑1680℃时，初炼炉的顶枪停止吹氧，之后向初炼炉内投加固态的高碳铬铁和熔融态的高碳铬铁水；再通过初炼炉的底枪向熔池内吹氮气或惰性气体，底枪的吹气强度控制在0.18‑0.30Nm3/t.min进行搅拌，并挡渣出钢，炉渣碱度控制在1.3‑1.6，得到200系不锈钢生产用粗炼铁水。本发明能够减少对初炼炉的炉底耐材的损耗，提高初炼炉的炉龄，降低设备成本。
Description
技术领域
本发明属于不锈钢制造工艺领域，尤其是一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺及应用。
背景技术
现有生产200系不锈钢的技术主要有以下几种：
1）电炉+AOD炉冶炼不锈钢法：该技术采用电炉熔化废钢及合金生产不锈钢粗炼钢水，再兑入AOD炉进行精炼生产不锈钢的方法；
2）电炉+VOD冶炼不锈钢法：该方法采用电炉熔化废钢及合金生产不锈钢粗炼钢水后，再兑入VOD冶炼生产不锈钢；
3）AOD炉（或GOR炉）直接冶炼法：将脱磷后的高炉铁水或低镍铁水直接兑入AOD炉（或GOR炉）进行不锈钢冶炼。
授权公告号 CN 101445845 B的中国专利公布了一种利用红土镍矿直接生产201不锈钢的生产工艺，该工艺公布了：将60吨的含铬低镍高炉铁水兑入GOR初炼炉内，利用GOR炉顶吹氧气、底吹氧氮氩混合气体对含铬低镍高炉铁水进行预处理脱碳、脱硅，并在预处理过程中分批向GOR初炼炉内加入10吨高碳铬铁块，并在GOR初炼炉内钢水中碳为2%、温度在1600℃时，再加入中频炉熔化的10吨高碳铬铁水，炼得粗炼铁水；最后，再将粗炼铁水兑入GOR精炼炉或AOD精炼炉进行精炼生产200系不锈钢。虽然，这种201不锈钢的生产工艺采用廉价的高碳铬铁来作为铬源，大大降低了原料的成本；并且，在初炼炉内先行对原料进行脱磷、脱碳，减轻了精炼炉的冶炼负担。但是，其存在的最大缺陷是：由于GOR初炼炉中底吹氧氮氩混合气体，氧气通过底吹进入熔池，使氧气和C的反应产生的热量集中在炉底耐材附近，导致侵蚀加剧，从实践看：采用GOR炉作为初炼炉的炉龄普遍在250-350炉之间，炉龄低，增加了设备成本，同时更换初炼炉，也影响了生产效率。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺，该工艺采用含镍低的含铬低镍铁水和廉价的高碳铬铁，原料成本低；同时，能够减少对初炼炉的炉底耐材的损耗，提高初炼炉的炉龄，降低了设备成本。
为达到以上目的，本发明的技术方案如下：
一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺，包括以下步骤：
（1）将含铬低镍铁水兑入顶底复吹初炼炉中，在初炼炉中顶枪吹氧、底枪不吹氧的情况下进行吹炼，其中含铬低镍铁水的主要化学成分质量百分比如下：
C：≥3.5%；Si：≤2.0%；Cr：1~6%；Ni：≤2.0%；P：≤0.06%；S: ≤0.10%；
（2）待初炼炉内熔池中的碳降低至0.60%-1.50%、硅降低至0.10%以下、终点温度控制在1620℃-1680℃时，初炼炉的顶枪停止吹氧，之后按照所冶炼200系不锈钢成品所要求Cr含量向初炼炉内投加高碳铬铁，高碳铬铁的主要化学成分质量百分比为：C:5-6.8%;Si:3-4.0%;Cr：50-60%，所述高碳铬铁由固态的高碳铬铁和熔融态的高碳铬铁水两种组成，固态的高碳铬铁的用量以确保初炼炉熔池中的热量足够熔化固态的高碳铬铁为限；
（3）再通过初炼炉的底枪向熔池内吹氮气或惰性气体，底枪的吹气强度控制在0.18-0.30Nm3/t.min进行搅拌，熔池内物料充分均匀后挡渣出钢，炉渣碱度控制在1.3-1.6，得到200系不锈钢生产用粗炼铁水。
本发明采用顶枪吹氧、底枪不吹氧的顶底复吹的初炼炉对含铬低镍铁水和高碳铬铁进行预处理，由于底枪不吹氧，使得初炼炉的炉底热量变弱，炉底耐材侵蚀减弱，初炼炉的炉龄平均达到600-800炉，远远高于现有技术的250-350炉。与此同时，由于本申请的顶枪吹氧、底枪不吹氧的初炼炉不存在原有的GOR初炼炉底吹的氧氩氮混合气体能够降低熔池中的CO分压从而减少Cr的氧化的好处，理论上来说，本申请的初炼炉中Cr更容易被氧化，因此，如何避免本申请的初炼炉内Cr的氧化，提高Cr的还原回收率是本发明所要解决的一大难题。本发明主要从以下几点入手进行保铬，具体为：
1）本发明在熔池中的碳降低至0.60%-1.50%、硅降低至0.10%以下、终点温度控制在1620℃-1680℃时，顶枪停止吹氧后才投加高碳铬铁，对碳控制主要考虑本发明所制得的粗炼铁水后续还要经精炼炉才能炼得200系不锈钢，0.60%≤碳含量≤1.50%，且硅降低至0.10%以下，既能够避免碳、硅含量过高，精炼炉的冶炼负荷依然较大，增加精炼炉的脱碳效率，同时，保持一定的碳含量，碳能够与铬竞争与氧结合，从而避免含铬低镍铁水中铬的氧化，从炉渣中取样分析Cr2O3的含量可知：当碳含量＜0.60%时，还原后炉渣中的Cr2O3的含量超过2%，并且初炼炉除碳过度，也不利于生产成本的降低；温度控制主要考虑温度过低也会增加熔池中铬的氧化的同时，还会影响后续投加固态高碳铬铁的快速熔化，温度过高则不利于后续精炼炉的精炼处理和增加耐材侵蚀；
2）本发明在初炼炉停止吹氧后才投入高碳铬铁，与原有的在初炼炉供氧过程中投加高碳铬铁相比，避免了高碳铬铁中Cr与氧气直接接触，降低Cr的氧化率；
3）通过控制固态的高碳铬铁和熔融态的高碳铬铁水的比例以确保初炼炉熔池中的热量足够熔化固态的高碳铬铁，避免熔池内温度过低影响快速脱碳和增加Cr的氧化损失；
4）本发明通过将步骤（3）中吹气强度限定在0.18-0.30Nm3/t.min，从而控制搅拌强度以提高金属熔池和炉渣的混合度，提高Si和炉渣中的Cr2O3的接触，达到还原金属Cr的目的，同时，避免搅拌强度过高，钢渣喷溅严重；
5）本发明的炉渣碱度控制在1.3-1.6，低于GOR炉的一般炉渣碱度（3-4），确保炉渣保持较低熔点，让炉渣处于液态便于炉渣中固态Cr2O3与钢水中Si的接触反应，达到还原金属Cr的目的，同时，又避免炉渣碱度过低导致初炼炉耐材侵蚀增加，不利于炉龄提高。综上所述，本发明通过对原料配比、停氧时成分和温度控制、高碳铬铁的添加时机、搅拌强度以及炉渣碱度等方面进行综合控制，最终得以实现既提高了初炼炉的炉龄，同时也实现了脱碳脱硅降低精炼炉冶炼负担以及保铬的目的，为后序精炼炉精练200系不锈钢提供了符合Cr含量要求（＞13%）的200系不锈钢粗炼铁水。
优选的，步骤（1）中顶枪的吹氧强度控制在3.0-4.5Nm3/t.min，避免供氧强度过高导致熔池喷溅严重，增加金属损失和炉衬侵蚀，最终预处理成本增加，同时，也避免供氧过低，降低脱碳效率。
优选的，含铬低镍铁水：熔融态的高碳铬铁水：固态的高碳铬铁的比例控制在80-85：5-11：5-10，此时能够确保初炼炉熔池中的热量足够熔化固态的高碳铬铁。
优选的，步骤（3）中出钢温度控制在1480℃-1530℃，尽量减少精炼炉的冶炼负担的同时，又避免出钢温度过高，不利于精炼炉精练处理和增加精炼炉的耐材侵蚀。
优选的，步骤（3）中出钢时碳控制在1.8%-3.5%，硅控制在0.20%-0.60%，以降低精炼炉的冶炼负荷。
本发明的目的之二在于提供上述一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺的应用方法，其应用步骤为：先根据上述种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺制得200系不锈钢的粗炼铁水，再将该粗炼铁水兑入精炼炉中，按照现有的精炼炉操作工艺进行精练，制得200系不锈钢。
具体实施方式
具体说明本发明的实施方式：
实施例1
一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺，包括以下步骤：
(1)将含铬低镍铁水兑入顶底复吹初炼炉中，在初炼炉中顶枪吹氧、底枪不吹 氧的情
况下进行吹炼，其中含铬低镍铁水的温度和主要化学成分质量百分比如 下：
| 温度 | C | Si | Mn | Cr | Ni | P | S |
| 1310℃ | 4.6％ | 1.15％ | 1.26％ | 4.5％ | 1.47％ | 0.036％ | 0.060％ |
(2)待初炼炉内熔池中的碳降低至1.50％、硅降低至0.10％、终点温度控制在 1680℃时，初炼炉的顶枪停止吹氧，之后向初炼炉内投加高碳铬铁，高碳铬铁的 主要化学成分质量百分比为：C:5-6.8％；Si:3-4.0％；Cr：50-60％；其中，含铬低镍 铁水、熔融态的高碳铬铁水、固态的高碳铬铁的投入量分别为：85吨、5吨、10 吨；
(3)再通过初炼炉的底枪向熔池内吹氮气或惰性气体，吹气强度控制在 0.18-0.30Nm3/t.min进行搅拌，熔池内物料充分均匀后挡渣出钢，出钢温度控制 在1510℃，炉渣碱度控制在1.6，得到200系不锈钢的粗炼铁水；
其中，步骤(1)中顶枪的吹氧强度在3.0-4.5Nm3/t.min波动。
实施例1所制得的粗炼铁水的主要成分组成（%）为：
| C | Si | Mn | P | Cr | Ni |
| 2.757 | 0.31 | 0.81 | 0.052 | 14.06 | 1.43 |
炉渣中Cr2O3的含量为0.5%，炉渣中Cr2O3的含量越高，Cr的氧化程度越高，Cr的回收率越低。
实施例1所制得的粗炼钢水兑入精炼炉（GOR炉）中，重量：90.3t，按照现有的精炼
炉操作工艺进行精练，制得200系不锈钢，其主要成分组成（%）为：
| C | Si | Mn | P | Cr | Ni |
| 0.075 | 0.43 | 10.76 | 0.041 | 13.41 | 1.27 |
实施例2
实施例2与实施例1不同的是：
a、含铬低镍铁水的温度和主要化学成分质量百分比如下：
| 温度 | C | Si | Mn | Cr | Ni | P | S |
| 1300℃ | 4.3% | 0.90% | 1.25% | 4.6% | 1.45% | 0.037% | 0.066% |
b、待初炼炉内熔池中的碳降低至1.00%、终点温度控制在1650℃时，初炼炉的顶枪停止吹氧；
c、含铬低镍铁水、熔融态的高碳铬铁、固态的高碳铬铁的投入量分别为：83吨、11吨、6吨；
d、出钢温度控制在1530℃，炉渣碱度控制在1.45。
实施例2所制得的粗炼铁水的主要成分组成（%）为：
| C | Si | Mn | P | Cr | Ni |
| 2.0 | 0.13 | 0.51 | 0.046 | 13.59 | 1.39 |
炉渣中Cr2O3的含量为0.61%。
实施例2所制得的粗炼钢水兑入精炼炉（GOR炉或AOD炉等）中，重量：90.3t，按照现
有的精炼炉操作工艺进行精练，制得200系不锈钢，其主要成分组成（%）为：
| C | Si | Mn | P | Cr | Ni |
| 0.114 | 0.60 | 9.8 | 0.042 | 13.44 | 1.38 |
实施例3
实施例3与实施例1不同的是：
a、含铬低镍铁水的温度和主要化学成分质量百分比如下：
| 温度 | C | Si | Mn | Cr | Ni | P | S |
| 1310℃ | 4.8% | 1.10% | 1.26% | 4.5% | 1.48% | 0.036% | 0.060% |
b、待初炼炉内熔池中的碳降低至0.6%、终点温度控制在1620℃时，初炼炉的顶枪停止吹氧；
c、含铬低镍铁水、熔融态的高碳铬铁、固态的高碳铬铁的投入量分别为：80吨、10吨、5吨；
d、出钢温度控制在1480℃，炉渣碱度控制在1.3。
实施例3所制得的粗炼铁水的主要成分组成（%）为：
| C | Si | Mn | P | Cr | Ni |
| 3.50 | 0.20 | 0.9 | 0.048 | 13.56 | 1.38 |
炉渣中Cr2O3的含量为0.63%。
实施例3所制得的粗炼钢水兑入精炼炉（GOR炉或AOD炉等）中，重量：90.3t，按照现
有的精炼炉操作工艺进行精练，制得200系不锈钢，其主要成分组成（%）为：
| C | Si | Mn | P | Cr | Ni |
| 0.075 | 0.43 | 10.76 | 0.041 | 13.41 | 1.27 |
因此，本发明的实施例1~实施例3制得的粗炼铁水中Cr含量均在13.5%以上，经精炼炉冶炼后能够制得符合宝钢德盛不锈钢有限公司要求的200系不锈钢中Cr含量≥13%的企业标准的200系不锈钢。并且，实施例1~实施例3中的顶底复吹初炼炉的炉龄平均达到600-800炉，远远高于现有技术的250-350炉。
对比例
对比例与实施例1不同的是：
a、含铬低镍铁水的温度和主要化学成分质量百分比如下：
| 温度 | C | Si | Mn | Cr | Ni | P | S |
| 1310℃ | 4.6% | 1.05% | 1.26% | 4.5% | 1.47% | 0.036% | 0.060% |
b、待初炼炉内熔池中的碳降低至2%、终点温度控制在1600℃时，初炼炉的顶枪停止吹氧；
c、含铬低镍铁水、熔融态的高碳铬铁、固态的高碳铬铁的投入量分别为：80吨、10吨、5吨；
d、出钢温度控制在1500℃，炉渣碱度控制在1.3。
对比例所制得的粗炼铁水的主要成分组成（%）为：
| C | Si | Mn | P | Cr | Ni |
| 2.75 | 0.20 | 0.74 | 0.047 | 13.06 | 1.40 |
炉渣中Cr2O3的含量为0.82%。
对比例所制得的粗炼钢水兑入精炼炉（GOR炉或AOD炉等）中，重量：90.3t，按照现
有的精炼炉操作工艺进行精练，制得200系不锈钢，其主要成分组成（%）为：
| C | Si | Mn | P | Cr | Ni |
| 0.151 | 0.45 | 10.44 | 0.041 | 12.93 | 1.31 |
因此，当在初炼炉内熔池中的碳降低至2%、终点温度控制在1600℃时，初炼炉的顶枪停止吹氧并投入高碳铬铁，既使其他步骤和参数均符合本专利的技术方案，其得到的炉渣中Cr2O3的含量高达0.82%，铬的回收率低，无法制得符合企业标准的200系不锈钢粗炼铁水。
另外，本申请人在试验中还发现：当在初炼炉内熔池中的碳降低至0.4%、终点温度控制在1600℃时，初炼炉的顶枪停止吹氧，既使其他步骤和参数均符合本专利的技术方案，其得到的炉渣中Cr2O3的含量高达2%，铬的回收率更低，也无法制得符合企业标准的200系不锈钢粗炼铁水。
需要说明的是，本发明的含铬低镍铁水、熔融态的高碳铬铁、固态的高碳铬铁的并不限于实施例1~3中的具体比例，在实际生产过程中，含铬低镍铁水与高碳铬总投入量的比例按照所冶炼200系不锈钢成品所要求Cr含量计算而得；固态的高碳铬铁与熔融态的高碳铬铁之间的比例以确保初炼炉熔池中的热量足够熔化固态的高碳铬铁为限即可。
优选的，步骤（3）中出钢时碳控制在1.8%-3.5%，硅控制在0.20%-0.60%，以降低精炼炉的冶炼负荷。
另外，本申请的技术方案中还另外投加了不锈钢生产所需的副原料（例如石灰、石灰石、白云石等），生产中以炉渣碱性控制在1.3-1.6来调整这些副原料的投加量。
Claims (6)
1.一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将含铬低镍铁水兑入顶底复吹初炼炉中，在初炼炉中顶枪吹氧、底枪不吹氧的情况下进行吹炼，其中含铬低镍铁水的主要化学成分质量百分比如下：
C：≥3.5%；Si：≤2.0%；Cr：1~6%；Ni：≤2.0%；P：≤0.06%；S: ≤0.10%；
（2）待初炼炉内熔池中的碳降低至0.60%-1.50%、硅降低至0.10%以下、终点温度控制在1620℃-1680℃时，初炼炉的顶枪停止吹氧，之后按照所冶炼200系不锈钢成品所要求Cr含量向初炼炉内投加高碳铬铁，高碳铬铁的主要化学成分质量百分比为：C:5-6.8%;Si:3-4.0%;Cr：50-60%，所述高碳铬铁由固态的高碳铬铁和熔融态的高碳铬铁水两种组成，固态的高碳铬铁的用量以确保初炼炉熔池中的热量足够熔化固态的高碳铬铁为限；
（3）再通过初炼炉的底枪向熔池内吹氮气或惰性气体，底枪的吹气强度控制在0.18-0.30Nm3/t.min进行搅拌，熔池内物料充分均匀后挡渣出钢，炉渣碱度控制在1.3-1.6，得到200系不锈钢生产用粗炼铁水。
2.根据权利要求1所述的一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺，其特征在于：步骤（1）中顶枪的吹氧强度控制在3.0-4.5Nm3/t.min。
3.根据权利要求1所述的一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺，其特征在于，含铬低镍铁水：熔融态的高碳铬铁水：固态的高碳铬铁的比例控制在80-85：5-11：5-10。
4.根据权利要求1所述的一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺，其特征在于：步骤（3）中出钢温度控制在1480℃-1530℃。
5.根据权利要求1所述的一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺，其特征在于：步骤（3）中出钢时碳控制在1.8%-3.5%，硅控制在0.20%-0.60%。
6.一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺的应用方法，其应用步骤为：先根据权利要求1~5中任一项所述的一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺制得200系不锈钢的粗炼铁水，再将该粗炼铁水兑入精炼炉中，按照现有的精炼炉操作工艺进行精练，制得200系不锈钢。
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