CN111763802B - 一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法 - Google Patents

一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法，该方法包括主脱碳阶段、锰一次合金化阶段、动态脱碳阶段、锰二次合金化阶段、还原阶段和铝合金化阶段；通过对各个阶段物料的添加量的控制以及合理的O2和Ar吹入比例实现了AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢；本发明利用AOD顶侧复吹的高效脱碳和侧吹强搅拌动力学条件，缩短冶炼周期，提高金属锰和铝的收得率，有效降低生产成本。

Description

一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法
技术领域
本发明属于高锰无磁钢冶炼领域，具体涉及一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法。
背景技术
高锰无磁钢一般指含锰大于17%，碳含量小于1.0%的奥氏体碳钢，常规生产工艺一般采用碳钢转炉或电炉配合LF炉精炼。但现有技术因受熔池反应动力学条件或脱碳效率限制，往往易造成锰的严重氧化和冶炼周期延长，严重时甚至可能造成液态金属喷溅等安全事故。
而AOD转炉为不锈钢的主流冶炼设备，它利用侧吹风枪向熔池内喷入不同O2：Ar比例混合气体的方式降低CO分压，实现高效脱碳。同时良好的侧吹动力学条件可获得较高的金属收得率。因此，利用AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢可有效弥补原有工艺脱碳效率低、冶炼周期长、金属收得率低的问题，但现有技术中并没有基于AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的合理方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法，利用AOD转炉顶侧复吹的高效脱碳和侧吹强搅拌动力学条件，缩短冶炼周期，提高金属锰和铝的收得率，有效降低生产成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
1. 一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
S1、主脱碳阶段：
经脱磷预处理的高炉铁水兑入AOD转炉，在AOD转炉主脱碳阶段加入焦炭和石灰，焦炭加入量为8-12kg/t，石灰加入量为25-30kg/t，加入后进行顶侧复吹供氧，终点碳含量控制在0.80~0.90%；
S2、锰一次合金化阶段：
主脱碳阶段结束后加入高碳锰铁和石灰，高碳锰铁加入量为50~100kg/t，石灰加入量为20-25kg/t，取消顶吹供氧，采用侧吹供氧，终点碳含量控制在0.30~0.45%；
S3、动态脱碳阶段：
锰一次合金化阶段结束后降低侧吹供氧混合气体的O2比例，使终点碳含量控制在0.10~0.15%；动态脱碳阶段的石灰加入量为5-10kg/t；该阶段结束后进行测温取样，用以确定钢中碳含量是否达到目标值；
S4、锰二次合金化阶段：
动态脱碳阶段结束后加入电解锰和石灰，电解锰加入量为170~200kg/t，且分3~4批加入，首批配加4~6kg/t硅铁，后续每批配加2~4kg/t铝粒，石灰加入量为25~30kg/t；此阶段中提升侧吹供氧混合气体的O2比例；该阶段炉渣四元碱度按3.0~3.5控制；
S5、还原阶段：
锰二次合金化阶段结束后加入8-12kg/t铝粒和4-6kg/t萤石进行化渣脱氧，还原结束后倒渣40~50%，并测温取样，根据化验结果进行成分微调；该阶段炉渣四元碱度控制在2.1~2.3；
S6、铝合金化阶段：
还原阶段成分微调的同时加入15-25kg/t铝粒进行铝合金化，经搅拌均匀后出钢。
进一步，所述S1中，经脱磷预处理的高炉铁水应满足如下要求：
含磷量在0.012%以下、碳含量在2.8~3.5%，初始温度在1350~1400℃之间。
进一步，所述S1中，顶侧复吹供氧采用O2：Ar=（7~8）:1比例吹入，供氧强度2.20~2.30N m3/t·min。
进一步，所述S1中，焦炭应满足如下要求：
固定碳含量≥83%、磷含量≤0.03%。
进一步，所述S2中，高碳锰铁应满足如下要求：
碳含量为6~8%、硅含量小于3%、磷含量小于0.2%、锰含量大于60%。
进一步，所述S2中，侧吹供氧采用O2：Ar=（2~3）:1比例混合吹入，供氧强度0.80~0.90N m3/t•min。
进一步，所述S3中，侧吹供氧采用O2：Ar=1:（1~2）比例混合吹入，供氧强度0.45~0.60N m3/t•min。
进一步，所述S4中，侧吹供氧采用O2：Ar=（2~3）:1比例混合吹入，供氧强度0.80~0.90N m3/t•min。
本发明的有益效果是：
本发明使用AOD转炉精炼工艺生产20Mn23AlV无磁钢，由于AOD转炉具有顶侧复吹功能，供氧强度高，加之侧吹风枪可吹入不同比例的氧氩混合气体，通过提高混合气中的氩气比例可有效降低CO分压，促进碳氧反应向正方向进行，极大地提高了脱碳效率，缩短了冶炼周期。AOD转炉的另一重要特点，是在氧化脱碳结束后可加入还原剂（硅铁、铝等），并利用侧吹风枪良好的动力学搅拌条件，对氧化性炉渣进行还原，从而达到回收渣中金属，提高金属收得率的效果。本发明结合AOD转炉的上述特点实现了20Mn23AlV无磁钢的生产，20Mn23AlV无磁钢锰的收得率可稳定达到96%以上，铝的收得率可达到80%以上，本发明金属收得率高、脱碳效率高、冶炼周期缩短、冶炼成本显著降低。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
以下结合附图1对本发明优选实施例进行说明：
实施例1
一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法，工艺步骤如下：
S1、主脱碳阶段：
经脱磷预处理的高炉铁水兑入AOD转炉，经脱磷预处理的高炉铁水含磷量在0.008%以下、碳含量在2.89%，初始温度为1393℃，兑入铁水80.1kg/t；铁水初始温度控制在1350℃~1400℃之间，可使高碳锰铁合金加入时铁水温度达到碳锰转化温度以上，以最大限度实现“脱碳保锰”目的；主脱碳阶段加入10kg/t焦炭，焦炭粒度10~70mm，焦炭的固定碳含量85.4%、磷含量0.03%；同时加入石灰30kg/t进行造渣，石灰CaO含量90%，活性度350mL；加入焦炭和石灰后采用O2:Ar=7:1顶侧复吹供氧，供氧强度2.20Nm3/t•min，终点碳含量控制在0.85%。该阶段总吹氧量为2300Nm3，冶炼时间约为13min。
S2、锰一次合金化阶段：
主脱碳阶段结束后加入经济性更好的高碳锰铁，高碳锰铁加入量为63.6kg/t，高碳锰铁碳含量为6.7%、硅含量0.08%、磷含量0.182%、锰含量65.5%；同时加入石灰20kg/t保持炉渣碱度平衡；取消顶侧复吹供氧，侧吹混合气体比例为O2:Ar=3:1，供氧强度0.90N m3/t•min，终点碳含量控制在0.35%。该阶段总吹氧量为900Nm3，冶炼时间约为12min。
S3、动态脱碳阶段：锰一次合金化阶段结束后进入动态脱碳阶段，加入石灰10kg/t保持炉渣碱度平衡；侧吹风枪O2:Ar比例按1:1吹入300Nm3氧气，再将O2:Ar比例调整为1:2后吹入100Nm3氧气，通过增加混合气中惰性气体比例以降低CO分压的方式进行深脱碳，终点碳含量控制在0.14%。该阶段结束后需进行测温取样，以确定钢中碳含量是否达到目标值（＜0.15%），钢水温度是否具备锰二次合金化条件（＞1720℃）。该阶段总吹氧量为400Nm3，冶炼时间加等样时间约为17min。
S4、锰二次合金化阶段：动态脱碳阶段结束后加入纯度更高的电解锰，这样可最大化的减少熔化合金造成的热量损失，电解锰加入量为195.1kg/t，电解锰按4批加入，首批配加5kg/t硅铁和5kg/t石灰进行氧化升温，后续每批配加3kg/t铝粒和5kg/t石灰进行氧化升温，控制侧吹混合气体O2：Ar=3:1，供氧强度0.90N m3/t•min；该阶段炉渣四元碱度按3.0控制。该阶段总吹氧量为900Nm3，冶炼时间约为12min。
S5、还原阶段：锰二次合金化阶段结束后加入10kg/t铝粒配加5kg/t萤石进行化渣；还原结束后倒渣40%~50%，并测温取样，根据化验结果进行成分微调；该阶段炉渣四元碱度按2.1~2.3控制。该阶段侧吹吹入氩气400Nm3进行搅拌，吹气强度1.0N m3/t•min，冶炼时间加等样时间约为14min。
S6、铝合金化阶段：还原阶段成分微调的同时加入20kg/t铝粒进行铝合金化，经搅拌均匀后出钢。该阶段冶炼时间约为10min。
按上述步骤制得20Mn23AlV无磁钢，其化学成分如下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
本实例中锰的收得率达到了96.83%，铝的收得率达到了83.44%，冶炼周期可控制在90min以内，总脱碳效率CRE达到88%，说明采用AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的工艺技术具有可行性，并能显著提高锰和铝的收得率，提高脱碳效率，缩短冶炼周期，降低生产成本。
实施例2
一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法，工艺步骤如下：
S1、主脱碳阶段：
经脱磷预处理的高炉铁水兑入AOD转炉，经脱磷预处理的高炉铁水含磷量在0.008%以下、碳含量在3.21%，初始温度为1349℃，铁水兑入80.9kg/t；主脱碳阶段加入10kg/t焦炭，焦炭粒度10-70mm，焦炭的固定碳含量85.4%、磷含量0.03%；同时加入石灰30kg/t进行造渣，石灰CaO含量90%，活性度350mL；加入焦炭和石灰后采用O2:Ar=7:1顶侧复吹供氧，供氧强度2.20N m3/t•min，终点碳含量控制在0.82%。该阶段总吹氧量为2600Nm3，冶炼时间约为15min。
S2、锰一次合金化阶段：
主脱碳阶段结束后加入经济性更好的高碳锰铁，高碳锰铁加入量为74.4kg/t，高碳锰铁碳含量为6.7%、硅含量0.08%、磷含量0.182%、锰含量65.5%；同时加入石灰20kg/t保持炉渣碱度平衡；取消顶侧复吹供氧，侧吹混合气体比例为O2:Ar=3:1，供氧强度0.90N m3/t•min，终点碳含量控制在0.31%。该阶段总吹氧量为855Nm3，冶炼时间约为12min。
S3、动态脱碳阶段：锰一次合金化阶段结束后进入动态脱碳阶段，加入石灰10kg/t保持炉渣碱度平衡；侧吹风枪O2:Ar比例按1:1吹入400Nm3氧气，再将O2:Ar比例调整为1:2后吹入100Nm3氧气，通过增加混合气中惰性气体比例以降低CO分压的方式进行深脱碳，终点碳含量控制在0.11%。该阶段结束后需进行测温取样，以确定钢中碳含量是否达到目标值（＜0.15%），钢水温度是否具备锰二次合金化条件（＞1720℃）。该阶段总吹氧量为500Nm3，冶炼时间加等样时间约为19min。
S4、锰二次合金化阶段：动态脱碳阶段结束后加入纯度更高的电解锰，这样可最大化的减少熔化合金造成的热量损失，电解锰加入量为189.3kg/t，电解锰按4批加入，首批配加5kg/t硅铁和5kg/t石灰氧化升温，后续每批配加3kg/t铝粒和5kg/t石灰氧化升温，控制侧吹混合气体O2：Ar=3:1，供氧强度0.90N m3/t•min；该阶段炉渣四元碱度按3.0控制。该阶段总吹氧量为800Nm3，冶炼时间约为11min。
S5、还原阶段：锰二次合金化阶段结束后加入12kg/t铝粒配加5kg/t萤石进行渣化；还原结束后倒渣40%~50%，并测温取样，根据化验结果进行成分微调；该阶段炉渣四元碱度按2.1~2.3控制。该阶段侧吹吹入氩气500Nm3进行搅拌，吹气强度1.0N m3/t•min，冶炼时间加等样时间约为15min。
S6、铝合金化阶段：还原阶段成分微调的同时加入20kg/t铝粒进行铝合金化，经搅拌均匀后出钢。该阶段冶炼时间约为10min。
按上述步骤制得满足要求的20Mn23AlV无磁钢，本实例中锰的收得率达到了96.43%，铝的收得率达到了80.05%，冶炼周期可控制在90min以内，总脱碳效率CRE达到89.3%，说明采用AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的工艺技术具有可行性，并能显著提高锰和铝的收得率，提高脱碳效率，缩短冶炼周期，降低生产成本。
实施例3
一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法，工艺步骤如下：
S1、主脱碳阶段：
经脱磷预处理的高炉铁水兑入AOD转炉，经脱磷预处理的高炉铁水含磷量在0.008%以下、碳含量在3.09%，初始温度为1337℃，铁水兑入81.4kg/t；主脱碳阶段加入10kg/t焦炭，焦炭粒度10-70mm，焦炭的固定碳含量85.4%、磷含量0.03%；同时加入石灰30kg/t进行造渣，石灰CaO含量90%，活性度350mL；加入焦炭和石灰后采用O2:Ar=7:1顶侧复吹供氧，供氧强度2.20N m3/t•min，终点碳含量控制在0.84%。该阶段总吹氧量为2500Nm3，冶炼时间约为15min。
S2、锰一次合金化阶段：
主脱碳阶段结束后加入经济性更好的高碳锰铁，高碳锰铁加入量为67.3/t，高碳锰铁碳含量为6.7%、硅含量0.08%、磷含量0.182%、锰含量65.5%；同时加入石灰20kg/t保持炉渣碱度平衡；取消顶侧复吹供氧，侧吹混合气体比例为O2:Ar=3:1，供氧强度0.90N m3/t•min，终点碳含量控制在0.34%。该阶段总吹氧量为900Nm3，冶炼时间约为12min。
S3、动态脱碳阶段：锰一次合金化阶段结束后进入动态脱碳阶段，加入石灰10kg/t保持炉渣碱度平衡；侧吹风枪O2:Ar比例按1:1吹入350Nm3氧气，再将O2:Ar比例调整为1:2后吹入100Nm3氧气，通过增加混合气中惰性气体比例以降低CO分压的方式进行深脱碳，终点碳含量控制在0.12%。该阶段结束后需进行测温取样，以确定钢中碳含量是否达到目标值（＜0.15%），钢水温度是否具备锰二次合金化条件（＞1720℃）。该阶段总吹氧量为450Nm3，冶炼时间加等样时间约为18min。
S4、锰二次合金化阶段：动态脱碳阶段结束后加入纯度更高的电解锰，这样可最大化的减少熔化合金造成的热量损失，电解锰加入量为191.2kg/t，电解锰按4批加入，首批配加5kg/t硅铁和5kg/t石灰氧化升温，后续每批配加3kg/t铝粒和5kg/t石灰氧化升温，控制侧吹混合气体O2：Ar=3:1，供氧强度0.90N m3/t•min；该阶段炉渣四元碱度按3.0控制。该阶段总吹氧量为800Nm3，冶炼时间约为11min。
S5、还原阶段：锰二次合金化阶段结束后加入10kg/t铝粒配加5kg/t萤石进行渣化；还原结束后倒渣40%~50%，并测温取样，根据化验结果进行成分微调；该阶段炉渣四元碱度按2.1~2.3控制。该阶段侧吹吹入氩气500Nm3进行搅拌，吹气强度1.0N m3/t•min，冶炼时间加等样时间约为15min。
S6、铝合金化阶段：还原阶段成分微调的同时加入20kg/t铝粒进行铝合金化，经搅拌均匀后出钢。该阶段冶炼时间约为10min。
按上述步骤制得满足要求的20Mn23AlV无磁钢，本实例中锰的收得率达到了96.45%，铝的收得率达到了83.71%，冶炼周期可控制在90min以内，总脱碳效率CRE达到87.9%，说明采用AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的工艺技术具有可行性，并能显著提高锰和铝的收得率，提高脱碳效率，缩短冶炼周期，降低生产成本。

Claims (8)

1.一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
S1、主脱碳阶段：
经脱磷预处理的高炉铁水兑入AOD转炉，在AOD转炉主脱碳阶段加入焦炭和石灰，焦炭加入量为8-12kg/t，石灰加入量为25-30kg/t，加入后进行顶侧复吹供氧，终点碳含量控制在0.80~0.90%；
S2、锰一次合金化阶段：
主脱碳阶段结束后加入高碳锰铁和石灰，高碳锰铁加入量为50~100kg/t，石灰加入量为20-25kg/t，取消顶吹供氧，采用侧吹供氧，终点碳含量控制在0.30~0.45%；
S3、动态脱碳阶段：
锰一次合金化阶段结束后降低侧吹供氧混合气体的O2比例，使终点碳含量控制在0.10~0.15%；动态脱碳阶段的石灰加入量为5-10kg/t；该阶段结束后进行测温取样，用以确定钢中碳含量是否达到目标值；
S4、锰二次合金化阶段：
动态脱碳阶段结束后加入电解锰和石灰，电解锰加入量为170~200kg/t，且分3~4批加入，首批配加4~6kg/t硅铁，后续每批配加2~4kg/t铝粒，石灰加入量为25~30kg/t；此阶段中提升侧吹供氧混合气体的O2比例；该阶段炉渣四元碱度按3.0~3.5控制；
S5、还原阶段：
锰二次合金化阶段结束后加入8-12kg/t铝粒和4-6kg/t萤石进行化渣脱氧，还原结束后倒渣40~50%，并测温取样，根据化验结果进行成分微调；该阶段炉渣四元碱度控制在2.1~2.3；
S6、铝合金化阶段：
还原阶段成分微调的同时加入15-25kg/t铝粒进行铝合金化，经搅拌均匀后出钢。
2.如权利要求1所述的一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法，其特征在于，所述S1中，经脱磷预处理的高炉铁水应满足如下要求：
含磷量在0.012%以下、碳含量在2.8~3.5%，初始温度在1350~1400℃之间。
3. 如权利要求1所述的一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法，其特征在于，所述S1中，顶侧复吹供氧采用O2：Ar=（7~8）:1比例吹入，供氧强度2.20~2.30N m3/t·min。
4.如权利要求1所述的一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法，其特征在于，所述S1中，焦炭应满足如下要求：
固定碳含量≥83%、磷含量≤0.03%。
5.如权利要求1所述的一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法，其特征在于，所述S2中，高碳锰铁应满足如下要求：
碳含量为6~8%、硅含量小于3%、磷含量小于0.2%、锰含量大于60%。
6. 如权利要求1所述的一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法，其特征在于，所述S2中，侧吹供氧采用O2：Ar=（2~3）:1比例混合吹入，供氧强度0.80~0.90N m3/t•min。
7. 如权利要求1所述的一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法，其特征在于，所述S3中，侧吹供氧采用O2：Ar=1:（1~2）比例混合吹入，供氧强度0.45~0.60N m3/t•min。
8. 如权利要求1所述的一种AOD转炉冶炼20Mn23AlV无磁钢的方法，其特征在于，所述S4中，侧吹供氧采用O2：Ar=（2~3）:1比例混合吹入，供氧强度0.80~0.90N m3/t•min。
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