CN100535152C

CN100535152C - 一种氩氧炉冶炼不锈钢氧化渣的化渣方法

Info

Publication number: CN100535152C
Application number: CNB2006101186253A
Authority: CN
Inventors: 郑宏光; 陆斌; 左开山; 常锷; 杨华
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: BAOSTEEL DESHENG STAINLESS STEEL Co Ltd
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2026-11-22
Also published as: CN101191170A

Abstract

一种氩氧炉冶炼不锈钢氧化渣的化渣方法，包括如下步骤：1)不锈钢母液的化学成分质量百分比为：C 1.5-3.5、Si 0-0.40、Mn 0-0.40、Cr8.0-30.0、Ni 0-20.0、S≤0.03、P≤0.04、余量为Fe和不可避免杂质；2)氧化期、3)还原期、4)精炼期。2)氧化期，氩氧炉兑入不锈钢母液前加入石灰，提高初期渣的碱度，随着吹炼进行，钢液温度逐渐提高，分批加入石灰以及贫锰矿，形成全液态炉渣；3)还原期：加入硅铁对钢液和炉渣进行还原，期间只用氩气进行吹炼；4)精炼期：成份调整到目标成份，期间用氩气或氮气吹炼。本发明氩氧炉氧化期化渣良好，提高了脱碳速度，缩短冶炼时间，从而提高生产效率，延长炉衬寿命，降低消耗和成本。

Description

一种氩氧炉冶炼不锈钢氧化渣的化渣方法

技术领域

本发明属于不锈钢冶炼领域，特别涉及氩氧炉(AOD炉)冶炼不锈钢工艺及其氧化渣的化渣方法。

背景技术

氩氧炉(AOD炉)转炉是冶炼不锈钢的主要设备，据不完全统计，目前全世界经由AOD转炉冶炼的不锈钢占不锈钢总产量的70％左右。采用AOD转炉冶炼不锈钢全过程大致可分为氧化期、还原期和精炼期。其中氧化期所用时间约占一炉钢冶炼周期的60-70％。

氧化期的目的是在大气条件下实现对钢液“脱碳保铬”，即在保证钢液中[Cr]尽量少氧化的前提下，氧化去除钢液中的[C]，并最终达到目标值的要求。采取的主要方法是根据钢液中的[C]含量确定吹炼气体的体积比，在氧化期不同的阶段改变吹炼气体的体积比(例如：O₂∶Ar＝3∶1，1∶1，1∶2，1∶3等)，从而实现“脱碳保铬”的目的。

氧化期主要进行钢液脱碳，通常依据钢液中碳含量将脱碳过程大致分为四个阶段，在每个不同的阶段采用不同的氩氧体积比进行吹炼。应当指出，不锈钢中的部分钢种也采用氮气和氩气配比进行吹炼。典型的氧化期吹炼模式见表1。

表1

吹炼阶段	碳含量范围	氩氧体积比	氧气流量	氩气流量	备注
吹炼阶段	碳含量范围	氩氧体积比	氧气流量	氩气流量	备注	第1阶段	＞0.6％	O<sub>2</sub>∶Ar＝3∶1	120m<sup>3</sup>	40m<sup>3</sup>	采用顶枪
第2阶段	0.3-0.6％	O<sub>2</sub>∶Ar＝1∶1	80m<sup>3</sup>	80m<sup>3</sup>	-	第1阶段	＞0.6％	O<sub>2</sub>∶Ar＝3∶1	120m<sup>3</sup>	40m<sup>3</sup>	采用顶枪
第2阶段	0.3-0.6％	O<sub>2</sub>∶Ar＝1∶1	80m<sup>3</sup>	80m<sup>3</sup>	-	第3阶段	0.1-0.3％	O<sub>2</sub>∶Ar＝1∶2	50m<sup>3</sup>	110m<sup>3</sup>	-
第4阶段	0.005-0.1％	O<sub>2</sub>∶Ar＝1∶3	40m<sup>3</sup>	120m<sup>3</sup>	-	第3阶段	0.1-0.3％	O<sub>2</sub>∶Ar＝1∶2	50m<sup>3</sup>	110m<sup>3</sup>	-

钢液中碳含量达到目标要求后，即转入还原期。还原期的主要是加入还原剂(硅铁和/或金属铝等)对钢液进行脱氧，并还原炉渣中的(Cr₂O₃)。

具体的化学反应式如下：

钢液脱氧 [Si]+2[O]＝SiO₂ (1)

还原炉渣中Cr₂O₃ 3[Si]+2(Cr₂O₃)＝4[Cr]+3SiO₂ (2)

“炼钢就是炼渣”，炉渣在冶炼过程中起着十分重要的作用。氧化期炉渣中的(FeO)、(Cr₂O₃)与钢中[C]发生氧化反应，可以去除钢液中所含的碳。化学反应式如下：

[C]+(FeO)＝[Fe]+CO (3)

3[C]+(Cr₂O₃)＝2[Cr]+3CO (4)

此外，氧化期炉渣中需要储存大量的石灰，为形成还原性良好的还原期炉渣做好准备。

还原期通常采用硅铁合金(Si含量约在65-75％)对钢液和炉渣进行还原，反应后会形成大量SiO₂进入炉渣，见反应式(1)。按照化学反应式，1kg纯硅将会氧化生成2.14kg的SiO₂进入炉渣。

为了保证钢液和炉渣还原良好，需要将还原期炉渣碱度(CaO/SiO₂)控制在≥1.5的水平。由于还原期时间较短(5-15min)，加入硅铁的同时加入石灰，石灰不能迅速渣化，形成碱度符合要求的炉渣。因此就要求加入硅铁前，即在氧化期炉渣中贮备足够的石灰(含CaO约90％)以便在还原期迅速平衡硅铁脱氧后生成的SiO₂，形成还原性良好的炉渣，所以氧化期必须在炉渣中加入过量的石灰。

氧化期炉渣中存在过量的石灰时，石灰就不能够渣化，石灰呈块状存在于炉渣中，这种情况下，氧化渣看起来呈块状堆积，即部分已熔化的炉渣粘附在未熔的石灰颗粒外表面。由于石灰的比重较小，氧化期吹炼过程中炉渣就会浮在钢液表面，这样的炉渣不利于钢、渣之间充分接触和反应。不利于钢、渣之间脱碳反应得充分进行，导致脱碳速度偏低、冶炼时间过长、消耗和成本较高。

由于不锈钢母液中[Cr]含量较高(通常＞10％)，因此在AOD转炉氧化期冶炼的过程中，不宜采用以下常见的方法化渣(熔化石灰)。

1)采用火砖块(SiO₂含量约60-70％)化渣。火砖块中的SiO₂会与石灰中的CaO发生如下反应：

nCaO+SiO₂＝nCaO·SiO₂ (5)

生成CaO ·SiO₂(熔点1550℃)、2CaO·SiO₂(熔点2130℃)、3CaO·SiO₂(熔点1480℃)等矿物，从而将石灰熔化。但是这种方法不能用于AOD炉的氧化期，原因是采用SiO₂化渣将大幅度降低氧化期炉渣的碱度(CaO/SiO₂)，通常碱度会降至约3.0以下，也就是说，氧化渣中没有足够的CaO可用于平衡硅铁还原钢液生成的SiO₂，导致还原期炉渣碱度降低至1.0以下，无法实现对钢液和炉渣的还原，实现预定的冶炼目标。

2)采用氧化铁皮(FeO(Fe₂O₃)约占85-95％)化渣。FeO(Fe₂O₃)会与CaO形成低熔点的CaO·Fe₂O₃(熔点1220℃)、2CaO·Fe₂O₃(熔点1420℃)，从而较好的熔化石灰，形成液态炉渣。反应式如下：

nCaO+Fe₂O₃＝nCaO·Fe₂O₃ (6)

但是，由于兑入AOD转炉的不锈钢母液中[Cr]含量较高(通常≥10％)，炉渣中FeO(Fe₂O₃)较高时，会使钢液中[Cr]大量氧化，化学反应式如下：

3(FeO)+2[Cr]＝3[Fe]+(Cr₂O₃) (7)

钢液中[Cr]大量氧化与冶炼不锈钢“脱碳保铬”的目标正好相反。因此，不能够采用加入氧化铁皮化渣。

3)采用萤石(CaF₂约占75-85％)化渣。CaF₂会与CaO形成低熔点相CaO·CaF₂(熔点1400℃)，能够很快将石灰熔化，但是，在AOD氧化期采用CaF₂化渣的存在的主要问题是，炉渣中的CaF₂低于10％时化渣效果不明显，炉渣中CaF₂含量较高时对AOD转炉炉衬的侵蚀十分严重，将导致炉衬寿命缩短，而且CaF₂化渣效果保持时间较短。原因是炉渣中存在下列反应：

(SiO₂)+2(CaF₂)＝2(CaO)+SiF_4(g) (8)

一般炉渣中CaF₂含量不高(＜10％)时并不影响炉渣的碱度，随着反应的进行，CaF₂会消耗掉，生成的SiF₄呈气态挥发，炉渣的碱度和粘度将会逐渐增加。

4)采用铝渣(Al₂O₃约占70-80％)化渣。铝渣中的Al₂O₃能与CaO反应生成低熔点的铝酸钙，反应式如下：

nCaO+Al₂O₃＝nCaO·Al₂O₃ (9)

但是，由于冶炼不锈钢的AOD转炉通常均采用镁白云石炉衬，炉渣中的Al₂O₃也会与炉衬中的CaO发生反应，因而对炉衬的侵蚀作用十分严重，所以不能采用铝渣(Al₂O₃)化渣。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氩氧炉冶炼不锈钢氧化渣的化渣方法，采用这种方法熔化石灰，形成良好的液态炉渣，从而促进钢、渣之间充分接触和反应，提高脱碳速度，缩短冶炼时间，降低消耗和成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种氩氧炉冶炼不锈钢氧化渣的化渣方法，其包括如下步骤：

1)不锈钢母液的化学成分质量百分比为：C 1.5-3.5、Si 0-0.40、Mn0-0.40、Cr 8.0-30.0、Ni 0-20.0、S≤0.03、P≤0.04、余量为Fe和不可避免杂质；

2)氧化期

2.1氩氧炉兑入不锈钢母液前，在氩氧炉内加入石灰4-25kg/吨钢，然后将母液兑入，母液温度在1450-1550℃，含C量在1.5-3.5wt％；

2.2通过风口吹入吹炼气体，配比O₂∶Ar或O₂∶N₂体积比为(3-10)∶1，当母液温度在1530-1720℃后，陆续加入石灰4-17kg/吨钢，并加入贫锰矿0.4-21Kg/吨钢(占加入石灰总量的5-50％，下同)；

2.3当母液0.3％＜[C]＜0.6％，吹炼气体配比O₂∶Ar或O₂∶N₂体积比为(0.5-3)∶1，母液温度在1530-1720℃，再加入石灰4-8kg/吨钢、贫锰矿0.2-4Kg/吨钢；

2.4当母液0.1％＜[C]＜0.3％，吹炼气体配比O₂∶Ar或O₂∶N₂为1∶(1-3)，母液温度在1530-1720℃，再次加入石灰4-8kg/吨钢、贫锰矿0.2-4Kg/吨钢；

2.5母液[C]含量从0.1％直至目标碳含量，吹炼气体配比O₂∶Ar或O₂∶N₂为1∶(3-10)，一般不再加入渣料；

3)还原期：加入硅铁8-30kg/吨钢对钢液和炉渣进行还原，并加入石灰0-17kg/吨钢、萤石8-17kg/吨钢，期间只用Ar气进行吹炼。

4)精炼期：将钢液成份调整到目标成份要求的范围内，精炼期用氩气(或氮气)进行吹炼。

进一步，所述的贫锰矿的化学成分质量百分比为：SiO₂ 22-32、MnO41-49、Al₂O₃ 4-5、TFe 11-18、余量为不可避免的杂质。

兑入不锈钢母液前，加入石灰(步骤2.1)的主要作用是提高初期渣的碱度，减轻初期渣对炉衬的侵蚀作用。随着吹炼过程的进行，钢液温度逐渐提高，陆续分批加入渣料(步骤2.2、2.3、2.4)，其主要作用是为还原期储备足够的石灰，同时，按照相应的比例加入贫锰矿，这样就可以促进炉内石灰的渣化，很快形成全液态炉渣。

这样的炉渣能够大大增加炉渣与钢液的接触面积，加速钢、渣之间的脱碳反应，从而可以缩短冶炼周期，延长炉衬寿命，降低成本和消耗。

分批陆续加入石灰的目的，一方面是避免渣料大批集中加入造成钢液温度迅速下降，从而降低脱碳速度；二是避免在钢液碳含量较高的情况下，渣量过大时会降低脱碳速度。

贫锰矿中含有SiO₂、FeO(Fe₂O₃)、MnO等组分，这些组分在一定程度上都可以起到熔化石灰的作用。具体而言，SiO₂可与CaO形成CaO·SiO₂、2CaO·SiO₂等矿物，从而熔化石灰；

FeO可与CaO形成铁酸钙等熔点的矿物，从而熔解石灰，达到化渣的效果；

MnO可与FeO、MgO等形成低熔点的混合物。

此外，FeO、MnO等还可以促进2CaO·SiO₂等高熔点矿物的熔化。炉渣中形成的主要矿物为钙镁橄榄石m[(Fe·Mn·Mg·Ca)SiO₄]，它是由锰橄榄石(2MnO·SiO₂)、铁橄榄石(2FeO·SiO₂)和硅酸二钙(2CaO·SiO₂)的混合晶体。当(MnO)高时，钙镁橄榄石以2FeO·SiO₂和2MnO·SiO₂为主。

本发明的有益效果

本发明的氩氧炉氧化期化渣良好，可以提高脱碳速度0.002-0.05％/min，缩短冶炼时间5-8分钟，从而提高生产效率，延长炉衬寿命，降低消耗和成本。

具体实施方式

实施例参见表2。

由表2可知，

1)采用贫锰矿化渣时，石灰和轻烧白云石都可以用作造渣材料。

2)贫锰矿的用量占其他渣料总用量的5.0-50.0％(见实施例1、5)。

3)不锈钢母液温度应当控制在1530℃-1720℃。

需要指出的是，采用贫锰矿化渣时吹炼气体(Ar、O₂)用量与常规冶炼时相同。

表2贫锰矿化渣实施例和对比例的主要参数

由表2可见，与对比例1、2相比较，实施例在AOD转炉冶炼不锈钢的氧化期加入其他造渣材料(即石灰和白云石)总量5-50％的贫锰矿，能够在炉内钢液温度1530-1750℃的条件下促使石灰熔化，形成流动性良好的全液态炉渣。

与原有技术相比，溶化良好的炉渣能够与钢液充分反应，提高脱碳速度，缩短冶炼时间，延长炉衬寿命，降低消耗和成本。

Claims

1.一种氩氧炉冶炼不锈钢氧化渣的化渣方法，其包括如下步骤：

2)氧化期

2.2通过风口吹入吹炼气体，配比O₂∶Ar或O₂∶N₂体积比为(3-10)∶1，当母液温度在1530-1720℃后，陆续加入石灰4-17kg/吨钢，并加入贫锰矿0.4-21Kg/吨钢；

2.4当母液0.1％＜[C]＜0.3％，吹炼气体配比O₂∶Ar或O₂∶N₂体积比为1∶(1-3)，母液温度在1530-1720℃，再次加入石灰4-8kg/吨钢、贫锰矿0.2-4Kg/吨钢；

2.5母液[C]含量从0.1％直至目标碳含量，吹炼气体配比O₂∶Ar或O₂∶N₂体积比为1∶(3-10)，不再加入渣料；

3)还原期：加入硅铁8-30kg/吨钢对钢液和炉渣进行还原，并加入石灰0-17kg/吨钢、萤石8-17kg/吨钢，期间只用氩气进行吹炼。

4)精炼期：将钢液成份调整到目标成份要求的范围内，精炼期用氩气或氮气进行吹炼。

2.如权利要求1所述的氩氧炉冶炼不锈钢氧化渣的化渣方法，其特征是，所述的贫锰矿的化学成分质量百分比为：SiO₂ 22-32、MnO 41-49、Al₂O₃4-5、TFe 11-18、余量为不可避免的杂质。