CN1134984A - 生产合金钢的方法 - Google Patents

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Abstract

一种生产合金钢的方法，其中铁载体通过氧气而大量脱碳、脱磷，在去除由此生成的炉渣后，熔融钢水在下一工步中借助氧和惰性气体，在添加合金载体下调正到所要的合金与碳的含量、特别是为了经济地生产不锈钢而且具有高的生产率，根据本发明装料有大量固体物质。
生产过程第一步是向电炉(1)供电；和下一步是向很大程度上不生成含磷炉渣的电炉(16)供电。

Description

生产合金钢的方法
本发明与生产合金钢的方法有关，特别是不锈钢用于制造不锈钢的预制钢料，其中在第一工步中铁的载体借助氧气对铁载体在很大程度上脱碳脱磷，在去熔渣后，在下一个工步，借助氧和惰性气体加入合金载体中并以使合金和碳的成分调整至所需要的含量，本发明还与用本发明方法生产的装置有关。
这种形式的生产方法可从欧洲专利EP-A2-0229586中获知。此外，在一个或相同的纯氧顶吹转炉内可进行上述二个工步。用此方法，装料中用于熔化的固体物质量非常有限，采用纯氧顶吹转炉，能装入炉内的固体生铁、合金元素以及废铁的最大装量为装置毛重的20％，当想装入更多量的固体就要强制添加昂贵能放出热量的化学加热剂，这就涉及到产生较大量钢渣的缺陷(SiO2，Al2O3等)，这些大量钢渣就要求添加石灰，结果招致铁、铬、锰的主要产量的损耗。
根据EP-A2-0229586，纯氧顶吹转炉设有一底吹装置，为了在熔融钢水中产生一扰动或涡流。在纯氧顶吹转炉中，这导致相当多的铬氧化成渣这样就破坏了公知方法的经济性，从经济上可行的角度，对铬损耗成渣仍可接受含碳量最低下限为0.2％C。
况且，最低的碳含量(例如小于1％碳)不能进行调整。
直到现在当在电炉内生产高合金钢时遇有困难，特别是铬合金不锈钢，因为当电炉内有效脱碳时发生很高的铬渣化现象，为了避免铬损耗成渣，建议在钢水熔化脱碳时把温度调高到超过1700℃，由于大家努力的结果，全世界大约占80％的不锈钢产量是用转炉法制造的。
考虑到能经济地使用装料，如果想要与随后的真空处理相结合，采用在电炉内的加工方法的可能性是很有限的，例如，磷的炉料必须限制在小于0.03％，碳的炉料限制在例如小于1％，因为由于铬参予和氧化铬还原的情况下，脱磷几乎不可能，至今在电炉内广泛的去碳未获成功由于冶炼时间长而且生成大量铬渣。尽管引入了低碳含量，当熔化低磷不锈钢合金碎块以取代大量高碳的铬铁时，尽管引入的碳含量很低，通常在电炉内的予熔化物不得不在碳含量为0.5％至1.2％下流出，因此必需经受延长的真空处理为了调整到所需的低碳含量，延长的真空处理之成本是高的且不能进行顺序浇铸。
本发明旨在避免这些缺点和困难，本发明的目的在于提供一种初始限定形式的方法，以及实施该方法的工厂。使成本低地制造合金钢，特别是不锈钢成为可行并能达到高的生产率，尤其是使用低成本，高能耗且含磷超过0.03％的固体或/和熔化生铁是可行的，根据本发明，装料有大量固体生铁，甚至达到100％固体生铁也是可行的。
按照本发明，该目的是通过下述步骤达到：
精炼加工的第一步是向电炉内输电；
再一加工的步骤是向很大程度上不会生成含磷炉渣的电炉内输电。
本发明方法用来调整中低碳含量而毋须随后的真空处理成为可行，如果要进行真空处理，甚至是在最低碳含量下进行，该真空处理限制在非常短的时间内。
为了在脱硅、脱碳，分解高碳铬铁时达到快反应速度，最好在下一工步中通过把气体输入熔融钢水使熔液搅动，例如现场每次以最小量30升/分输入惰性气体，以300升/分流量输入含氧或含氧混合气体。
根据一最佳实施例，至少在下一工步的局部步骤时，脱碳是用氧气或含氧混合气潜入钢水中吹气进行的，从而即使在快的脱碳速度下能使铬渣的量特别少。
也能在下一步的工步中用氧气或含氧混合气向铁水进行顶吹。
最好，在潜吹时，惰性气体分别与氧气或含氧气体相混而吹入，其中惰性气体所含的百分比随潜吹的进展而增加。
一最佳实施例，其特征在于第一工步是在第一电炉内进行，下一工步是在不同于第一电炉的下一个电炉内进行。尽管在第一电炉内脱渣时铁水仍然会附着在炉衬上，把装料输入第二电炉内以进行下一工步而易于使钢水不会产生含磷渣，由于这种方法会导致铁水几乎完全脱磷，所以下一工步也就是合金调整或进一步脱碳就可在无磷下进行。
为了调整化学成分，脱氧及脱硫和为了应用一吹氮脱气处理，最好在下一工步之前紧接一带有真空处理钢水的附加工步。
最好，至少在下一工步的局部步骤时，用惰性气体或惰性气体和氢气的混合气灌注钢水是有效的，例如借助位于靠近铁水正常液面上方电炉壁上的炉风咀就能做到，而每当炉身倾斜时(例如倾倒铁水)，该炉风咀就会位于钢水面的下方，所以在炉风咀不用时就位于钢水面(和渣面)的上方从而延长它们的使用寿命。
最好下一工步是在几乎完全排除空气下生效，那么金属产量将增加而还原剂的耗量则减少。特别是在炉渣还原和/或钢水脱氧时例如借助陶瓷纤维封住渣门，炉壁和炉盖的间隔可以经济地避免引入二次空气。
本发明的方法如果在由废钢构成的装料中铁载体超过20％的总重，最好超过40％的总重下特别有利。
在保留下一工步之前的工步中得到的部分熔渣情况下执行下一工步是合适的。
源自于在第二电炉由以前的热量及来自铬铁和添加的石灰中的硅局部氧化生成的含Cr2O3的熔渣，在第二电炉中显著地被铬铁中的硅和碳所还原，而且在电炉脱碳前已可在高的铬产量和最小还原剂诸如FeSi耗量下除渣。
最好在下一工步中在添加还原剂，石灰和造渣剂下灌充惰性气体而还原炉渣，而钢水则脱氧与脱硫，结果在下一工步中就可达到钢质量所要求的最后碳含量，其余的化学成分以及所希望的熔化温度。
在下文的从属权利要求中可见到其它的最佳实施例。
同样，根据本发明的目的，在第一工步中的固体物质例如电炉或转炉的粉尘，用于发泡炉渣的煤，炉渣成形剂，矿石，精合金涂料，需处理的物质诸如排污淤泥，粒状碎块，磨粉、铁屑等以及在下一工步中的固体物质，最好是细粒矿石，例如铬矿石，作为铬和氧载体(用来使硅氧化)混有或不混有某些还原剂(例如FeSi，煤)和/或煤或氧化镍，(这些固体物质)穿过电炉的空心电极吹向电弧直到钢水顶部。
实施该方法的工厂，其特征在于它包括至少一个电炉它带有安置在正常熔化金属液面上方且穿过炉壁的吹气管以及带有设在炉膛下部的浸没在液面下的喷咀。
这里的浸没喷咀做成管套式喷咀，通过管套输入烃类和/或烃和惰性气体的混合物和/或二氧化碳和/或水蒸气是可行的。
根据一最佳实施例，设在正常熔化金属液面上方的吹气管做成装在炉侧壁上的精炼喷枪方式使喷枪呈旋转且可沿长度方向移动。
如果设有下一工步的下一电炉则非常有利。
下文中，借助附图中所示的一实施例来详细叙述本发明，图1和图2各示出一示意本发明电炉的剖视图。
根据图1，设在第一工步的电炉1装有在炉膛下部3的耐火砖衬2内的三个浸没喷咀4，浸没喷咀4是由二个或三个同轴心管以管套方式构成的喷咀，其中工艺流程气流位于最里层的中心管内而喷咀气流的保护(隔离)气体则位于管间呈环状的吹气断面中，最好保护气体用烃类(碳氢化合物)诸如丙烷、丁烷或烃和惰性气体的混合物，通过试验，水蒸气、CO2、轻质燃油，CO、惰性气体或其混合物都可成功地用作保护介质。环形间隙的喷咀具有包裹耐火材料的中心管，工艺流程气流穿过一间断的环形间隙输入中心管，该环形间隙喷咀同样地成功地用于浸没喷咀4中。
在炉膛3的下部的底区5内设置三个充灌件6，各充灌件有二个管组成，内管用耐火材料封闭，环形间隙也采取分段形式，上述充灌件也可由多孔的耐火材料制成，它用金属包复或设有薄管。
在正常熔化金属液面7或渣面上方，静止的精炼喷枪9安置在炉侧壁8内，这些精炼喷枪9由二个或三个同心管或由一水冷却管构成，箭头10的方向指示精炼喷枪9倾斜往下吹，吹的方向沿假想圆柱的切线方向并且在离液面11比较短的距离内，精炼喷枪9还安置在铜制的水冷的冷却箱12内，三个电极13中的一个为空心电极。三个后燃或燃烧炉喷枪14安置在炉侧壁8的上部，一开孔15用来引入成渣剂和合金添加剂。
图2说明一个本发明的第二电炉16的示意图，作为一个具体的特点，与图1所示的电炉1相反，该第二电炉有一可替换的底部17，在该底部17内设有三个灌充件6。
电极13是一个做成衬有陶瓷管的空心电极。合金添加剂借助一金属废料装料箱(未示出)通过在炉顶18的开孔15投料到炉内(第二电炉)。炉侧壁8和炉顶18隔开处的密封19和炉渣门20与炉侧壁8之间的密封以及炉顶18上开孔15处的密封都可由陶瓷纤维制成，至少炉顶18暂时借助一夹紧装置压向炉侧壁8。
下文将详细讨论本发明的方法：
一个具有70兆瓦额定功率的1000吨电炉(第一电炉)每吨熔化钢AISI304所投入的固体料和液体料为：
含有43％碳，0.8％硅和0.1％磷的400公斤熔融生铁，110公斤非合金废钢，20公斤石灰，15公斤过滤煤粉(通过空心电极吹入)和180公斤FeNi。
每吨熔融钢的耗气计算如下：
15米3O2/吨进入冶炼喷枪9，8米3O2/吨与1.1米3CH4/吨进入浸没喷咀4，1.2米3N2加0.3米3CH4/吨通过灌充件6吹入以改进熔融金属的扰动和产量。电炉1的耗电量为每吨熔融钢水的最后产品(从第二电炉得到)耗电130度，50公斤炉渣排出。含有0.2％C，0.02％P并具有1590℃的予熔钢水送到第二电炉16，流出钢水的时间间隔为57分钟。
每吨熔融钢水(AISI304)中来自以前装料的60公斤炉渣进行重复循环，680公斤的予熔钢水，350公斤HCFeCr，FeMn，FeSi和45公斤石灰以及10公斤白云石都投入到第二电炉16内(100吨电炉，功率为70兆伏安)，30公斤铬矿石通过空心电极13吹入以节省FeCr和用于硅的氧化。
每吨熔融钢(AISI304)中，通过冶炼喷枪9把20米3O2吹入熔融钢水，5米3O2通过自耗管吹入熔融钢水而8米3O2＋2米3Ar＋1米3CH4通过浸没喷咀4吹入，大致上防止二次空气进入第二电炉16(通过夹紧炉顶18使其压向炉侧壁8)，借助来自HCFeCr中的碳和硅基本上还原125公斤炉渣和除渣。在使用7米3O2/噸和0.3米3Ar/噸的真空处理厂内，经55分钟的处理和最终精炼48分钟，脱氧，加合金添料，脱硫和灌充气体后100吨含有0.3％C，18.1％Cr，0.022％P和8.5％Ni的熔融钢水从第二电炉16内流出。这些装料则依次倒入。
采用其它装料—以相似的耗量—在第二电炉内借助浸没喷咀4通过吹入O2＋Ar/CH4＋Ar气体，熔融钢水冶炼到0.04％C含量，在吹入惰性气体和添加FeSi和石灰的同时，炉渣还原且在中间除渣和重新投加石灰后，熔融钢水脱硫、激发、添加合金成分，灌充和倒出，第二电炉16的处理时间为约70分钟。
铁载体生铁和废钢，循环物质，FeNi等的脱硫在第一电炉1内进行。
含氧化磷(P2O5)的炉渣在装置内去除，也就是从电炉1中去除，在这之前，基本上脱碳的予熔钢水投入到第二电炉16内，添加合金料、脱硅及脱碳，在一真空氧脱碳(VOD-Vacuum Oxygen De-carburization)装置内可进行一短的脱碳处理、脱氧、脱硫以及再次灌充气体。
通过吹氧或吹含氧混合气的静止的浸没喷咀4和/或6来降低CO的局部压力以及部分地通过静止和/或移动的顶吹喷咀9或顶吹喷枪就能脱碳到中等或非常低的碳含量而同时使铬渣保持在最小量。
上述的加工步骤(工步)如下文所述：
关于使用低价装料量(含磷生铁，HCFeCr等)以保证最大的灵活性；
一电炉1用来熔化，超热含磷物质例如生铁以及对予熔钢水脱硅、脱碳以及脱磷；
第二电炉16用来迅速熔化HCFeCr，脱硅、还原渣，脱碳等；
通过应用强烈的炉底灌充并结合静止的精炼喷枪9(通过底吹氧化气体达到少量的铬的氧化)达到脱硅、脱碳、脱磷，HCFeCr分解的高反应速度。
每顺序铸造工步的短操作时间；
保证操作装置的最小消耗，用本方法的一实施例，在熔融钢水流出后，含氧化铬(Cr2O3)的炉渣未从第二电炉16去除，氧化铬炉渣分别与HCFeCr中的硅或碳一起还原并随后除渣，由于在真空装置中短期的脱碳，氩(在此提取仅是为举例说明)的耗量也降低了。
根据本发明目的，上述的特点可随意结果且适合于永久或暂时的操作条件(例如二个电炉中之一的炉衬或真空氧脱碳处理装置修理)以及适于存在在不同钢厂内的装置。

Claims (30)

1.一种生产合金钢的方法，特别是不锈钢或不锈钢的钢予制原料，其中在第一工步中，铁载体大量由氧气脱碳、脱磷，在去除由此生成的炉渣，熔融钢水在下一工步中借肋氧和惰性气体，在添加合金载体下调整到所要的合金与碳的成份，其特征在于：
第一工步是在电炉(1)内且在输入电能下进行且
下一工步是在没有大量含磷炉渣的电炉(16)内且在输入电能下进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在下一工步时把气体送入熔融钢水中先激起钢水的扰动，如果送入惰性气体则最好现场最小输入量为30升/分，如果送入氧气或含氧混合气体则最小输入量为300升/分。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：至少在下一工步的局部步骤中通过用氧气或含氧混合气体的潜吹(在钢水下吹入)来进行脱碳。
4.根据权利要求1至3中一个或几个所述的方法，其特征在于：在下一工步中通过顶吹氧气或含氧混合气到熔融钢水中进行脱碳。
5.根据权利要求1至4中一个或几个所述的方法，其特征在于：在潜吹时，惰性气体分别与含氧气体或含氧混合气体相混合，其混合的百分比随着潜吹的进展而增加。
6.根据权利要求1至5中一个或几个所述的方法，其特征在于：第一工步是在第一电炉(1)内进行而下一工步是在不同于第一电炉(1)的下一个电炉(16)内进行。
7.根据权利要求1至6中一个或几个所述的方法，其特征在于：在紧接下一工步的附加工步中，熔融钢水要进行真空处理。
8.根据权利要求1至7中一个或几个所述的方法，其特征在于：在下一工步中至少一个局部步骤中要用惰性气体或惰性气体与碳氢化合物的混合物对熔融钢水进行灌充。
9.根据权利要求1至8中一个或几个所述的方法，其特征在于：下一工步是在几乎完全除去空气的条件下进行。
10.根据权利要求1至9中一个或几个所述的方法，其特征在于：在装料中超过20％总重，最好超过40％总重的铁载体是由废钢组成。
11.根据权利要求1至10中一个或几个所述的方法，其特征在于：在保留下一工步之前的工步中得到的部分溶渣情况下执行下一工步。
12.根据权利要求1至11中一个或几个所述的方法，其特征在于：在下一工步中，在添加还原剂，石灰或造渣剂下用惰性气体灌充使炉渣还原，这样熔融钢水就脱氧和脱硫。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：在炉渣还原时，通过输入不容易氧化气体或容易氧化气体(如果与空气比较)在完全避免吸入二次空气的同时对炉内气体进行调整。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：检查炉内气体中的化学成分并且连续地进行调整。
15.根据权利要求12至14中一个或几个方法，其特征在于：在第二工步中，在电炉(16)内至少在还原期时特别是在熔融钢水中低碳量时要调整成一负压。
16.根据权利要求1至15中一个或几个所述的方法，其特征在于：在下一工步中固体物质通过电炉(16)的空心电极(13)直接引入电弧。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：精铬矿石或部分予先还原的铬矿石以固态形式送入以作为一铬载体和氧载体。
18.根据权利要求2至17中一个或几个所述的方法，其特征在于：在第一工步和/或下一工步中通过把惰性气体输入钢水中激起钢水的扰动而且通过顶吹氧气或含氧混合气来氧化硅和碳。
19.根据权利要求1至5以及7至18中一个或几个所述的方法，其特征在于：下一工步是在电炉内进行，在电炉中第一工步已完成，在第一工步之后钢水流出并从电炉中完全除去含磷渣，该熔融钢水随后再投回至电炉。
20.根据权利要求1至19中一个或几个所述的方法，其特征在于：在第一工步和/或下一工步中，想要处置的固体物质例如来自钢厂的过滤尘，矿石，予还原矿石，碳化铁，合金添加剂，残余物质，尘粒屑、片、渣、颗粒状塑料和/或液体以及危险物质，单独地或混合地最好通过直接吹入和/或通过顶吹和/或经过空心电极(13)吹入而引入到过热的钢水中。
21.根据权利要求1至20中一个或几个所述的方法，其特征在于：来自下一工步所得的含Cr2O3的渣流出，随后在下一个反应容器内通过添加硅载体或其它还原剂来还原而回收铬，这样所回收的铬用于下一工步时作为合金成分。
22.根据权利要求1至21的一个或几个所述的方法，其特征在于：通过煤与焦碳和氧化气体诸如空气、富氧空气或含氧混合气作为运载气体一起直接吹入来减小电耗和稳定炉渣的泡沫。
23.根据实施权利要求1至22的一个或几个所述方法的装置，其特征在于：它包括至少一个电炉(1，16)且带有安置在正常熔融钢水液面(7)上并穿过炉侧壁(8)的喷枪(9)和设在炉底(3)上的浸没喷咀(4，6)。
24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于：浸没喷咀(4，6)做成套管式喷咀，把碳氢化合物(烃类)和/或碳氢化合物与惰性气体的混合物和/或CO2和/或水蒸气流过套管是可行的。
25.根据权利要求23或24所述的装置，其特征在于：设置在正常熔融钢水液面(7)上方的吹入喷枪做成精炼喷枪(9)，该精炼喷枪装到炉侧壁(8)上，可使它们旋转且沿长度方向移动。
26.根据权利要求23或24所述的装置，其特征在于：安置在正常熔融钢水面(7)上方的吹入喷枪(9)是由自耗管构成。
27.根据权利要求23至26中一个或几个所述的装置，其特征在于：设置下一电炉(16)用来进行下一工步。
28.根据权利要求27所述的装置，其特征在于：下一电炉(16)设有安置在正常熔融钢水液面(7)上方的精炼喷枪(9)以及位于电炉(16)炉膛(3)下部的浸没喷咀(4，6)。
29.根据权利要求27或28所述的装置，其特征在于：下一电炉做成使其几乎完全气密。
30.根据权利要求29所述的装置，其特征在于：炉顶(18)相对于炉侧壁(8)在嵌入密封垫下是夹紧的。
CN96100860A 1995-01-16 1996-01-15 生产合金钢的方法 Pending CN1134984A (zh)

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