CN113373277B - 一种在aod炉吹氢冶炼不锈钢的方法 - Google Patents

一种在aod炉吹氢冶炼不锈钢的方法 Download PDF

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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 (7)

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,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;
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,包括两种并列的具体方法;
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;
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。
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,氢气将和熔池中氧和炉渣中氧发生氧化还原反应并放热,放出的热量减少AOD冶炼过程中铝或硅发热剂的用量,每立方米氢气替代0.2-0.3千克铝或0.2-0.3千克硅。
3.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,每立方米氢气增加3-7千克不锈钢废钢及返回料。
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,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,每吨钢降低0.3-2.9公斤硅铁用量。
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,促进脱碳保铬效果,提高铬收得率1-3%。
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,提升冶炼前期保铬效果,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。
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冶炼不锈钢还原期采用侧枪向熔池中吹入氢气搅拌钢液,减少氩气用量;采用顶枪与侧枪同时吹氢,则缩短还原期时间1-3分钟。
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