CN113373277A - 一种在aod炉吹氢冶炼不锈钢的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在AOD炉吹氢冶炼不锈钢的方法，属于钢铁冶金领域。采用AOD冶炼不锈钢时，在脱碳期采用顶枪吹氧+侧枪吹氢或顶枪吹氢+侧枪吹氧的方法为炉内铁水输送热量，使炉内铁水温度快速达到预设温度以上，减少铬的氧化；同时，脱碳期氢气能够还原炉渣，降低还原合金成本；还原期采用氢气替代氩气，降低氩气吹炼成本；且氢气能够还原炉渣，降低还原合金成本；同时提高终点出钢温度。本发明采用吹氢冶炼不锈钢，能够降低冶炼合金成本，同时氢反应产物为水，对缓解温室效应有积极作用。

Description

一种在AOD炉吹氢冶炼不锈钢的方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种钢的冶炼方法，具体为一种在AOD炉吹氢冶炼不锈钢的方法。
背景技术
氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，由于具有来源多样、清洁低碳、灵活高效、应用场景丰富等众多优点，被多国列入国家能源战略部署中。
不锈钢是现代工业生产中广泛应用的重要材料之一，被广泛应用于超低温储运、汽车、铁路、建筑材料、矿山耐磨件、大型磨机衬板和冶金等行业。但不锈钢在冶炼过程中，由于钢中合金元素易氧化，且冶炼过程各类合金原料加入量较大，导致冶炼过程铁水温降较大，进而导致冶炼过程合金元素大量氧化，生产成本较高。
专利文献CN103468874A公开了一种采用氢氧炉冶炼不锈钢的方法，该方法在冶炼后期采用电解锰或金属锰进行锰的合金化，无法将渣中锰还原，合金化成本高。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的是提供一种在AOD炉吹氢冶炼不锈钢的方法，实现低成本冶炼不锈钢。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种在AOD炉吹氢冶炼不锈钢的方法，其特征在于，在AOD冶炼不锈钢过程中，通过顶枪或侧枪向熔池中吹入氢气，利用氢气与氧反应放出热量，提高熔池温度，促进脱碳保铬；同时，利用吹入氢气，搅拌钢液，改善熔池内动力学条件，进一步促进脱碳保铬；氢气与氧反应，生成水蒸气，可避免不锈钢冶炼过程因温度不够，加入硅或铝质提温剂造成的钢液污染和炉渣性状改变；同时可提高AOD不锈钢冶炼过程中不锈钢废钢回炉料及合金冷料的加入量。对于少量溶解于钢液的氢，可通过后期真空精炼轻易去除，不影响冶炼钢水最终质量。
进一步地，具体方法1：AOD炉兑入铁水后，采用顶枪吹入氢气，流量控制在0.5-5.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，侧枪吹入氧气，流量控制在0.5-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa；熔池温度提高到1400-1550℃以上后，顶枪改为吹氧，流量控制在0.5-5.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，侧枪继续氧气；钢液中碳含量降低到0.5-1.0wt％后，顶枪改为吹氢，流量控制在0.1-3.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，侧枪继续吹氧；钢液中碳含量进一步降低到0.3-0.5wt％后，顶枪继续吹氢，侧枪采用氧氩混合吹炼，流量控制在0.1-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa；脱碳结束后，加入脱氧剂脱氧，采用侧枪向熔池中吹入氢气进行搅拌，流量控制在0.1-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa；或采用顶枪与侧枪同时吹氢，侧枪流量控制在0.1-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，顶枪流量控制在0.1-3.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa。
进一步地，具体方法2：AOD炉兑入铁水后，采用顶枪吹入氧气，流量控制在0.5-5.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，侧枪吹入氢气，流量控制在0.5-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa；熔池温度提高到1400-1550℃以上后，侧枪改为吹氧，流量控制在0.5-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，顶枪继续氧气；钢液中碳含量降低到0.5-1.0wt％后，顶枪改为吹氢，流量控制在0.1-3.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，侧枪继续吹氧；钢液中碳含量进一步降低到0.3-0.5wt％后，顶枪继续吹氢，侧枪采用氧氩混合吹炼，流量控制在0.1-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa；脱碳结束后，加入脱氧剂脱氧，采用侧枪向熔池中吹入氢气进行搅拌，流量控制在0.1-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa；或采用顶枪与侧枪同时吹氢，侧枪流量控制在0.1-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，顶枪流量控制在0.1-3.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa。
进一步地，在AOD冶炼不锈钢过程中向熔池中吹入氢气，氢气将和熔池中氧和炉渣中氧发生氧化还原反应并放热，放出的热量可减少AOD冶炼过程中铝或硅发热剂的用量，每立方米氢气可替代0.2-0.3千克铝或0.2-0.3千克硅。
进一步地，在AOD冶炼不锈钢过程中向熔池中吹入氢气，每立方米氢气可增加3-7千克不锈钢废钢及返回料。
进一步地，在AOD冶炼不锈钢过程中向熔池中吹入氢气，可控制钢液和炉渣中氧含量，抑制铬的氧化，促进脱碳保铬效果，降低脱碳终点脱氧剂与还原剂用量，采用铝作为脱氧剂与还原剂用量，每吨钢可降低0.3-2.9公斤铝用量；采用硅作为脱氧剂与还原剂用量，每吨钢可降低0.3-2.9公斤硅铁用量；
进一步地，在AOD冶炼不锈钢过程中向熔池中吹入氢气，可促进脱碳保铬效果，提高铬收得率1-3％。
进一步地，在AOD冶炼不锈钢过程中向熔池中吹入氢气，可提升冶炼前期保铬效果，可降低不锈钢冶炼过程中扒渣时渣中氧化铬含量0.5-2％，降低渣的毒性。
进一步地，在AOD冶炼不锈钢还原期采用侧枪向熔池中吹入氢气搅拌钢液，可减少氩气用量；采用顶枪与侧枪同时吹氢，则可缩短还原期时间1-3分钟。
与现有技术相比，本发明在AOD冶炼不锈钢过程中向熔池中吹入氢气，具有以下优点：可控制钢液和炉渣中氧含量，抑制铬的氧化，促进脱碳保铬效果，提高铬收得率1-3％；降低脱碳终点脱氧剂与还原剂用量，如采用铝作为脱氧剂，每吨钢可降低0.3-2.9公斤铝用量；如采用硅作为脱氧剂与还原剂用量，每吨钢可降低0.3-2.9公斤硅用量；可降低不锈钢冶炼过程中扒渣时渣中氧化铬含量0.5-2％，降低渣的毒性；在AOD冶炼不锈钢还原期采用侧枪向熔池中吹入氢气搅拌钢液，可减少氩气用量；如采用顶枪与侧枪同时吹氢，则可缩短还原期时间1-3分钟。
具体实施方式
原工艺：
80吨AOD炉中兑入铁水51吨，铁水温度为1314℃，铁水碳含量为4.51％，镍含量为5.64％，铬含量为2.73％；采用顶枪吹氧，流量为4700Nm3/h，侧枪吹氧，流量为4600Nm3/h，加入高碳铬铁27.1吨，镍铁13.8吨，加入硅铁0.3吨升温，吹炼31分钟，扒渣，铁水温度达到1533℃，碳含量为2.75％，镍含量为7.36％，铬含量为18.01％。顶枪侧枪同时吹氧脱碳，顶枪4500Nm3/h，侧枪4700Nm3/h，继续吹炼20分钟；顶枪停止吹氧，侧枪吹入O2+Ar进行混合吹炼，氧气流量由4000Nm3/h逐渐降至1500Nm3/h，氩气流量由1000Nm3/h逐渐升至4500Nm3/h，吹炼30分钟；此时钢水温度为1663℃，碳含量为0.046％，镍含量为7.95％，铬含量为17.93％；加入硅铁还原，硅铁加入量为1.6吨，停止顶枪供气，侧枪吹入氩气10分钟后出钢；该AOD炉次出钢温度为1620℃，碳含量为0.039％，镍含量为8.05％，铬含量为18.19％。保铬率为91.5％，吨钢用硅铁25.3公斤。
实例1：
80吨AOD炉中兑入铁水51吨，铁水温度为1320℃，铁水碳含量为4.06％，镍含量为6.628％，铬含量为2.267％；采用顶枪吹氧，流量为4500Nm3/h，侧枪吹氢，流量为4000Nm3/h，加入高碳铬铁26.5吨，镍铁11.8吨，吹炼40分钟，铁水温度达到1543℃，碳含量为2.45％，镍含量为7.9％，铬含量为18.01％。改为顶枪侧枪同时吹氧脱碳，顶枪4500Nm3/h，侧枪4000Nm3/h，继续吹炼20分钟；顶枪改为吹氢，侧枪吹入O2+Ar进行混合吹炼，氧气流量由4000Nm3/h逐渐降至1500Nm3/h，氩气流量由1000Nm3/h逐渐升至4500Nm3/h，吹炼30分钟；此时钢水温度为1703℃，碳含量为0.043％，镍含量为8.0％，铬含量为17.83％；加入硅铁还原，硅铁加入量为1.4吨，停止顶枪供气，侧枪吹入氢气10分钟后出钢；该AOD炉次出钢温度为1630℃，碳含量为0.041％，镍含量为8.0％，铬含量为18.29％。保铬率为93.2％，吨钢用硅铁19.2公斤。
实例2：
80吨AOD炉中兑入铁水51吨，铁水温度为1313℃，铁水碳含量为4.29％，镍含量为5.138％，铬含量为2.729％；采用顶枪吹氢，流量为4000Nm3/h，侧枪吹氧，流量为4500Nm3/h，加入高碳铬铁26.05吨，镍铁10.3吨，吹炼38分钟，铁水温度达到1531℃，碳含量为2.82％，镍含量为8.21％，铬含量为18.22％。改为顶枪侧枪同时吹氧脱碳，顶枪4500Nm3/h，侧枪4000Nm3/h，继续吹炼20分钟；顶枪改为吹氢，侧枪吹入O2+Ar进行混合吹炼，氧气流量由4000Nm3/h逐渐降至1500Nm3/h，氩气流量由1000Nm3/h逐渐升至4500Nm3/h，吹炼33分钟；此时钢水温度为1688℃，碳含量为0.036％，镍含量为8.45％，铬含量为18.13％；加入硅铁还原，硅铁加入量为1.35吨，顶枪、侧枪吹入氢气8分钟后出钢；该AOD炉次出钢温度为1635℃，碳含量为0.046％，镍含量为8.0％，铬含量为18.33％。保铬率为95.8％，吨钢用硅铁18.75公斤。
实例3：
80吨AOD炉中兑入铁水46吨，铁水温度为1336℃，铁水碳含量为4.52％，镍含量为5.65％，铬含量为2.847％，加入废钢5吨；采用顶枪吹氢，流量为6000Nm3/h，侧枪吹氧，流量为4500Nm3/h，加入高碳铬铁27.02吨，镍铁14.6吨，吹炼52分钟，铁水温度达到1537℃，未取得碳样。改为顶枪侧枪同时吹氧脱碳，顶枪4500Nm3/h，侧枪4000Nm3/h，继续吹炼23分钟；顶枪改为吹氢，侧枪吹入O2+Ar进行混合吹炼，氧气流量由4000Nm3/h逐渐降至1500Nm3/h，氩气流量由1000Nm3/h逐渐升至4500Nm3/h，吹炼31分钟；此时钢水温度为1692℃，碳含量为0.056％，镍含量为8.305％，铬含量为17.73％；加入硅铁还原，硅铁加入量为1.5吨，顶枪停止供气，侧枪吹入氢气10分钟后出钢；该AOD炉次出钢温度为1645℃，碳含量为0.032％，镍含量为7.957％，铬含量为18.43％。保铬率为93.2％，吨钢用硅铁19.8公斤。

Claims (9)

1.一种在AOD炉吹氢冶炼不锈钢的方法，其特征在于，在AOD冶炼不锈钢过程中，通过顶枪或侧枪向熔池中吹入氢气，利用氢气与氧反应放出热量，提高熔池温度，促进脱碳保铬；同时，利用吹入氢气，搅拌钢液，改善熔池内动力学条件，进一步促进脱碳保铬；氢气与氧反应，生成水蒸气，可避免不锈钢冶炼过程因温度不够，加入硅或铝质提温剂造成的钢液污染和炉渣性状改变；同时可提高AOD不锈钢冶炼过程中不锈钢废钢回炉料及合金冷料的加入量。
2.根据权利要求1所述的冶炼不锈钢的方法，其特征在于，在AOD冶炼不锈钢过程中向熔池中吹入氢气通过顶枪或侧枪吹入；具体方法1：AOD炉兑入铁水后，采用顶枪吹入氢气，流量控制在0.5-5.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，侧枪吹入氧气，流量控制在0.5-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa；熔池温度提高到1400-1550℃以上后，顶枪改为吹氧，流量控制在0.5-5.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，侧枪继续氧气；钢液中碳含量降低到0.5-1.0wt％后，顶枪改为吹氢，流量控制在0.1-3.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，侧枪继续吹氧；钢液中碳含量进一步降低到0.3-0.5wt％后，顶枪继续吹氢，侧枪采用氧氩混合吹炼，流量控制在0.1-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa；脱碳结束后，加入脱氧剂脱氧，采用侧枪向熔池中吹入氢气进行搅拌，流量控制在0.1-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa；或采用顶枪与侧枪同时吹氢，侧枪流量控制在0.1-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，顶枪流量控制在0.1-3.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa。
3.根据权利要求1所述的冶炼不锈钢的方法，其特征在于，具体方法2：AOD炉兑入铁水后，采用顶枪吹入氧气，流量控制在0.5-5.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，侧枪吹入氢气，流量控制在0.5-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa；熔池温度提高到1400-1550℃以上后，侧枪改为吹氧，流量控制在0.5-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，顶枪继续氧气；钢液中碳含量降低到0.5-1.0wt％后，顶枪改为吹氢，流量控制在0.1-3.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，侧枪继续吹氧；钢液中碳含量进一步降低到0.3-0.5wt％后，顶枪继续吹氢，侧枪采用氧氩混合吹炼，流量控制在0.1-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa；脱碳结束后，加入脱氧剂脱氧，采用侧枪向熔池中吹入氢气进行搅拌，流量控制在0.1-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa；或采用顶枪与侧枪同时吹氢，侧枪流量控制在0.1-2.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa，顶枪流量控制在0.1-3.0Nm3/(min·t)，供气压力为0.2-2.0Mpa。
4.根据权利要求1所述的冶炼不锈钢的方法，其特征在于，在AOD冶炼不锈钢过程中向熔池中吹入氢气，氢气将和熔池中氧和炉渣中氧发生氧化还原反应并放热，放出的热量可减少AOD冶炼过程中铝或硅发热剂的用量，每立方米氢气可替代0.2-0.3千克铝或0.2-0.3千克硅。
5.根据权利要求1所述的冶炼不锈钢的方法，其特征在于，在AOD冶炼不锈钢过程中向熔池中吹入氢气，每立方米氢气可增加3-7千克不锈钢废钢及返回料。
6.根据权利要求1所述的冶炼不锈钢的方法，其特征在于，在AOD冶炼不锈钢过程中向熔池中吹入氢气，可控制钢液和炉渣中氧含量，抑制铬的氧化，促进脱碳保铬效果，降低脱碳终点脱氧剂与还原剂用量，采用铝作为脱氧剂与还原剂用量，每吨钢可降低0.3-2.9公斤铝用量；采用硅作为脱氧剂与还原剂用量，每吨钢可降低0.3-2.9公斤硅铁用量。
7.根据权利要求1所述的冶炼不锈钢的方法，其特征在于，在AOD冶炼不锈钢过程中向熔池中吹入氢气，可促进脱碳保铬效果，提高铬收得率1-3％。
8.根据权利要求1所述的冶炼不锈钢的方法，其特征在于，在AOD冶炼不锈钢过程中向熔池中吹入氢气，可提升冶炼前期保铬效果，可降低不锈钢冶炼过程中扒渣时渣中氧化铬含量0.5-2％，降低渣的毒性。
9.根据权利要求1所述的冶炼不锈钢的方法，其特征在于，在AOD冶炼不锈钢还原期采用侧枪向熔池中吹入氢气搅拌钢液，可减少氩气用量；采用顶枪与侧枪同时吹氢，则可缩短还原期时间1-3分钟。
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