CN101457272A

CN101457272A - 二步法不锈钢冶炼方法

Info

Publication number: CN101457272A
Application number: CNA2009100137446A
Authority: CN
Inventors: 高振民; 陈培敦; 吕圣会; 黄延飞; 杨东; 王明军; 乔春刚; 亓传军; 赵刚
Original assignee: Shandong Taishan Steel Group
Current assignee: Shandong Taishan Steel Group
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2029-01-08
Also published as: CN101457272B

Abstract

本发明涉及一种二步法不锈钢冶炼方法，包括以下步骤：1)脱磷铁水的冶炼；2)半钢冶炼；3)半钢吊到扒渣站进行扒渣处理；4)半钢兑入GOR精炼炉内吹炼；5)精炼；6)连铸；7)精整修磨后进行轧制。本发明与目前冶炼生产不锈钢的方法相比，具有原料适用范围广、能源资源消耗低、品种开发能力强、铬镍金属回收率高、生产效率高等优点，由于钢中的硫化物、氧化物、硅酸盐、点状非金属夹杂物级别低，并采用顶底复吹转炉提供脱磷铁水，EAF+GOR精炼炉二步法冶炼，故生产成本较低廉，具有较大的成本优势，轧制出的成品性能符合用户质量标准。

Description

二步法不锈钢冶炼方法

技术领域

本发明涉及一种不锈钢冶炼方法，具体地说是一种采用脱磷铁水和高碳合金，通过电炉熔化半钢，GOR转炉脱碳调整成分的二步法不锈钢冶炼方法。

背景技术

不锈钢是常见的合金钢，一般可分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和双相不锈钢。

目前不锈钢冶炼工艺方法可分为一步法、二步法和三步法。

1、一步法

一步法是指在电炉内完成废钢熔化、脱碳、还原和精炼等工序，将炉料一步冶炼成不锈钢。随着炉外精炼工艺的不断发展，一步法冶炼生产工艺由于冶炼周期长，作业率低，生产成本高，被逐步淘汰。

2、二步法

二步法主要是以电炉为初炼炉熔化废钢及合金料，生产不锈钢初炼钢水，然后在不同的精炼炉(如AOD，CLU、K-OBM、KC B、MRP、GOR，VOD等)中进行精炼成合格的不锈钢钢水。初炼炉可以是电炉或转炉。二步法中精炼炉又可分为在常压和真空状态下的精炼，从而形成EAF-转炉(AOD，CLU，K-OBM，KCB，MRP，GOR)二步法工艺和EAF-真空吹氧(RH-OB，RH-KTB，VOD)二步法工艺。

3、三步法

三步法的基本工艺流程是初炼炉-AOD炉-真空吹氧精炼炉。初炼炉只起熔化初炼作用，初炼炉可以是电炉或转炉，负责向AOD等精炼炉提供初炼钢水。AOD炉的功能主要是快速脱碳，并避免铬的氧化，与AOD炉具有同样功能的冶炼设备常用的还有K-OBM-S，K-TBOP，MRP，CLU，KCB-S等。最后由真空吹氧精炼炉(VOD，RH-OB，RH-KTB等)完成最终成分的微调、纯净度的控制。该法可用来生产超低碳、超低氮的不锈钢。

以上冶炼工艺普遍存在冶炼成本较高，冶炼周期长等不足。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种降低不锈钢的生产成本，提高不锈钢加工性能，降低钢中硫化物、氧化物、硅酸盐、点状非金属夹杂物级别，以脱磷铁水为原料的二步法不锈钢冶炼方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种二步法不锈钢冶炼方法，包括以下步骤：

1)脱磷铁水的冶炼；

2)半钢冶炼：电炉中加入石灰、高碳合金及返回料，送电冶炼，当炉料通电熔化达到总体积的85％后兑入步骤1)的脱磷铁水，温度及成分符合要求后，出钢；

3)半钢吊到扒渣站进行扒渣处理，时间≤20分钟，扒渣率≥95％，取半钢样做全分析，半钢成分化验结果反馈给GOR精炼炉主控室主控手，扒渣后半钢温度要求大于1550℃；

4)半钢兑入GOR精炼炉内，通过配气去碳保铬，调整成分及温度，达到出钢要求；

5)LF炉精炼：按先化渣、升温、保温的程序细化电压参数，按照萤石--石灰--硅铁粉的加入顺序进行调渣，造白渣；测定钢水的游离氧含量小于20×10^-6，若氧含量偏高，通过喂硅钙线调整；LF炉精炼完成后，软吹氩时间≥8min；

6)连铸：拉速控制在0.70～1.2m/min，采用液面自动微调、动态轻压下、电磁搅拌和自动配水工艺；前述工艺技术是现有技术，在此不再赘述；

7)精整修磨后进行轧制。

步骤1)中：铁水要求S≤0.030％，温度≥1250℃，渣层厚度<50mm；脱磷铁水采用顶底复吹转炉进行吹炼，脱磷处理时，全程进行底吹氮；在1.5MPa工作压力下，底吹供气强度达到0.12～0.2Nm³/t.min，下氧枪吹炼，吹炼3～10分钟，倒掉前期渣，继续下氧枪吹炼，吹炼终点，碳含量控制在1.0％以下，P≤0.010％，渣量<0.3吨，要求脱磷转炉出钢温度1580--1640℃；然后将在转炉吹炼完的脱磷铁水通过钢包兑入电炉内。

步骤2)中：电炉在装料时，先加到炉底1.0～2.0吨石灰，后装入高碳铁合金及返回料，严格按照配送电制度操作，起弧期功率采用四～七档，电抗1～2档，主熔化期选择功率三-五档，电抗1档，功率曲线选择1～2，当炉料通电熔化达到总体积的85％以上后兑入步骤1)的脱磷铁水，中途严禁用集束氧枪吹氧：兑铁水后立即取样、测温，当温度≥1570℃，可吹氧升温，中途取电炉熔化期第一个钢水样进行全分析，当温度≥1640℃，炉料熔化彻底后进入还原期，按吨钢加入硅铁2～6Kg和喷吹碳化硅粉3～8Kg，边加料边搅拌；根据渣况，加入萤石1～4kg/t调节炉渣流动性，关闭炉门5～10分钟，充分还原；当成分达到工艺要求后出钢；取还原期炉渣样，观测断面无铬渣纹，质地酥脆，温度达到1600～1670℃，成分达到工艺要求后出钢；出钢采用出钢槽式出钢(这种出钢方式是现有技术，在此不再赘述)，出钢时要求先渣后钢或钢渣同出，以期在钢包中激烈混冲，进一步还原渣中铬、洗涤夹杂，钢渣同出可减少钢液二次氧化以及散热降温。

步骤4)中：电炉所出半钢要求含碳质量分数为1.0％～2.5％、硅含量质量分数为小于0.5％，视不锈钢种的不同，铬、镍的成分控制范围不同，铬要求质量分数控制在内控成分的中上限，镍控制在下限，如SUS410S不锈钢中铬标准成分为11.5％-13.5％，内控目标为13.2％；温度1550～1600℃；半钢兑入GOR精炼炉后，进行精炼；

其中GOR精炼炉的冶炼分三个阶段进行：

第一阶段需18～20分钟，在这一阶段底吹气体主要是氧气和保护底吹喷嘴的天然气；第一阶段内管氧气流量为60～100m³/min，外管天然气流量6～10m³/min；吹炼过程中，向GOR精炼炉分批加入不少于2500kg的石灰；石灰的加入时间，以及加入总量取决于半钢的初始温度、化学成分、冷金属料的重量和成分；停吹倾炉时供氮气，内管流量25～35m³/min；外管3～7m³/min；进入下一阶段时钢中碳含量质量分数为0.15％～0.25％、温度为1650～1760℃；

第二阶段约需13～18分钟，第二阶段内管混合气体的流量30～50m³/min，外管第二阶段开始时供天然气3～8m³/min；第3—4分钟，C≤1.5％时，置换氩气4～10m³/min，冶炼含氮钢时置换成氮气吹炼；在第二阶段加入造渣剂调节温度，加入量为10kg/t以下；第二阶段结束时，炉渣碱度2.8-4.0，碳降到质量分数为0.03％～0.015％。

第三阶段为3-5分钟，进入还原操作；还原阶段吹氩气，炼含氮钢时置换成氮气吹炼；内管为30～40m³/min，外管5～10m³/min；还原3min后开始加入硅铁20Kg—35Kg/t钢还原氧化的铬；加入硅铁4～8min后停吹，倾炉，进行测温、取钢水样进行全分析；为保证化渣良好，萤石的加入量为石灰加入质量分数的15--20％，调整化学成分后吹氩气，冶炼含氮钢时吹氮气2～5min出钢；

GOR精炼炉加铁合金的次序：铬铁和镍在倒入半钢前，喷吹第一、第二阶段加入；还原阶段调整铬、镍成分，还原2-10min，加入金属锰、金属钼、钒铁、铌铁、硅铁，调整化学成分后吹氩，冶炼含氮钢时吹氮气2～10min，炉内钢水温度在1600℃～1650℃时出钢；出钢时，向包中加入硅钙1～4Kg/吨钢，出钢过程中钢包软吹氩。

步骤5)中，连铸拉速控制在0.70-1.2m/min，浸入式水口角度根据钢种选用，马氏体钢种为+15°，中包下水口使用抽风炉烘烤，保证温度≥1000℃；钢水到站，中包吹氩≥1min，驱除包内空气；开浇10分钟，取连铸钢水样，分析试样中的氧、氮含量；正常浇注时中包液面保证在≥900mm；浇注过程中结晶器液面波动不得超过±6mm，最佳方案采用液面自动控制***；保护渣要黑渣操作，液渣层厚度必须控制在10-20mm，及时观察液面变化情况，渣条形成后要及时挑出保证润滑良好；电磁搅拌参数，电流：250～400A，频率：2～6.2HZ，液压振动选用不锈钢正弦振动模式。

采用本发明技术生产出的马氏体不锈钢，以06Cr13(SUS410S)为例，经检测，其工艺技术指标为：C≤0.05％，Si0.30％-0.60％，Mn≤0.50％，P≤0.035％，S≤0.008％，Cr13.0—13.5％，Ni≤0.20％，Cu0.08—0.1％，硫化物≤1级，氧化物≤1级，点状非金属夹杂物≤1级，与现有冶炼法生产的不锈钢相比，S低10％，含氧量低20％，点状非金属夹杂物低0.5--1级。

本发明的有益效果在于：采用本发明的电炉+GOR精炼炉两步法冶炼，电炉所用脱磷铁水采用顶底复吹转炉冶炼，提高了脱磷率，减少了渣量，降低了铁损等；GOR精炼炉原料可采用半钢或脱磷铁水加部分高碳合金直接冶炼，冶炼成本大大降低，过程自动精确控制钢水温度和成分，冶炼周期控制在60-70分钟。与传统工艺相比具有原料适用范围广、能源资源消耗低、品种开发能力强、铬镍金属回收率高、生产效率高等优点，由于钢中的硫化物、氧化物、硅酸盐、点状非金属夹杂物级别低，轧制出的成品性能符合用户质量标准。能够冶炼马氏体、奥氏体、铁素体等5大类120多个规格品种的不锈钢。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例

在本公司的不锈钢厂实施本方案，以生产06Cr13(SUS410S)牌号的马氏体不锈钢(C≤0.05％，Si0.30-0.60％，Mn≤0.50％，P≤0.035％，S≤0.008％，Cr13.0—13.5％，Ni≤0.20％，Cu0.08—0.1％)为例，工艺流程为脱磷铁水→电炉→扒渣站→GOR→LF→连铸→精整→检验合格→轧制。包括以下步骤：

1、脱磷铁水冶炼：脱磷铁水采用顶底复吹转炉进行吹炼，脱磷处理时，顶吹工作氧压(0.70～0.85)MPa，基本枪位1000mm，根据炉型及装入量，适当调整，全程进行底吹氮，在1.5MPa工作压力下，底吹供气强度将达到0.12-0.2Nm³/t·min，石灰按(60～70)kg/t，开吹后一次加入总量的1/2～2/3，其余分小批加入，在吹炼开始后6-9min前加完。终渣R控制在2.5-3.2。萤石根据化渣情况加入，但总量不大于3-5kg/t。白云石随头批料一次性加入，MgO含量控制在8％-12％(根据炉况情况适当调整)。下氧枪吹炼，吹炼5—10分钟，倒掉前期渣，继续下氧枪吹炼，吹炼终点，碳含量控制在1.0％以下，P≤0.010％，渣量<0.3吨，要求脱磷转炉出钢温度1580--1640℃。脱磷转炉冶炼完毕，对脱磷铁水中碳不做任何调整，严禁加增碳剂增碳，出钢过程中严禁下渣。

2、电炉在装料时，先加到炉底1.0～2.0吨石灰，后装入高碳铬铁，严格按照配送电制度操作，起弧期四～七档，电抗1～2档，主熔化期选择三～五档，电抗1档，功率曲线选择1～2，当炉料通电熔化达到总体积的85％以上后兑入步骤1)的脱磷铁水，中途严禁用集束氧枪吹氧；兑铁水后立即取样、测温，当温度≥1570℃，可吹氧升温，中途取电炉熔化期第—个钢水样进行全分析，当温度≥1640℃，炉料熔化彻底后进入还原期，按吨钢加入硅铁2～6Kg和喷吹碳化硅粉3～8Kg，边加料边搅拌；根据渣况，加入萤石1～4kg/t调节炉渣流动性，关闭炉门5～10分钟，充分还原；当成分达到工艺要求后出钢；取还原期炉渣样，观测断面无铬渣纹，质地酥脆，炉内半钢温度达到1600～1670℃，成分达到工艺要求后出钢；出钢采用出钢槽式出钢，出钢时要求先渣后钢或钢渣同出，以期在钢包中激烈混冲，进一步还原渣中铬、洗涤夹杂，钢渣同出可减少钢液二次氧化以及散热降温。

3、半钢吊到扒渣站进行扒渣处理，时间≤20分钟，扒渣率≥95％，取半钢样做全分析，半钢成分化验结果反馈给GOR精炼炉主控室主控手，扒渣后半钢温度要求大于1550℃；

4、电炉所出半钢要求含碳质量分数为1.0％～2.5％、硅含量质量分数为小于0.5％，铬控制在13.0—13.5％，温度1550～1600℃。半钢兑入GOR精炼炉后，进行精炼。GOR精炼炉的冶炼分三个阶段进行：

第一阶段需18～20分钟，在这一阶段底吹气体主要是氧气和保护底吹喷嘴的天然气；第一阶段内管氧气流量为60～100m³/min，外管天然气流量5～10m³/min；吹炼过程中，向GOR精炼炉分批加入不少于2500kg的石灰；石灰的加入时间，以及加入总量取决于半钢的初始温度、化学成分、冷金属料的重量和成分；停吹倾炉时供氮气，内管流量20～35m³/min；外管5～10m³/min；进入下一阶段时钢中碳含量质量分数为0.15％～0.25％、温度为1700～1760℃；

第二阶段约需13～18分钟，第二阶段内管混合气体的流量30～50m³/min，外管第二阶段开始时供天然气3～5m³/min；开始第3—4分钟，C≤1.5％时，置换氩气4～10m³/min；在第二阶段加入造渣剂调节温度，加入量为10kg/t以下；第二阶段结束时，炉渣碱度2.8-4.0，碳降到0.03％以下。

第三阶段为3-5分钟，进入还原操作；还原阶段吹氩气；内管为30～40m³/min，外管5～10m³/min；还原3min后开始加入硅铁20Kg—35Kg/t钢还原氧化的铬；加入硅铁4～8min后停吹，倾炉，进行测温、取钢水样进行全分析；为保证化渣良好，萤石的加入量为石灰加入质量分数的15--20％，调整化学成分后吹氩气2～5min出钢；

GOR精炼炉调整成分的铬铁可在倒入半钢前。还原阶段可调整铬成分。调整化学成分后吹氩2～10min，温度1600～1650℃时就可以出钢。出钢时，向包中加入硅钙1—4Kg/吨钢，出钢过程中钢包软吹氩。用电解锰将钢中锰配至质量分数的0.3％～0.4％，用电解铜将铜配至质量分数的0.09％～1.0％，并采用在钢包内加入的方法加入。

5、精炼按先化渣、升温、保温的程序细化电压等参数，按照萤石--石灰--硅铁粉的加入顺序进行调渣，造白渣；微调成分，喂硅钙线按3m/t计，喂线时底吹流量设定100L/min。测定钢水的游离氧含量小于20×10^-6，氧含量偏高，通过喂硅钙线调整。LF炉精炼完成，软吹氩时间≥6min。

6、连铸过热度控制20～30℃，中包温度1525～1550℃，大包温度1580～1610℃，拉速控制在0.70-1.2m/min，浸入式水口角度+15°，中包下水口使用抽风炉烘烤，保证温度≥1000℃。钢水到站，中包吹氩≥1min，驱除包内空气。开浇10分钟，取连铸钢水样，分析试样中的氧氮含量。正常浇注时中包液面保证在≥900mm。浇注过程中结晶器液面波动不得超过±5mm，最佳方案采用液面自动控制***；保护渣要黑渣操作，液渣层厚度必须控制在10-15mm，及时观察液面变化情况，渣条形成后要及时挑出保证润滑良好。电磁搅拌参数，电流：250～400A，频率：2～6.2HZ，液压振动选用不锈钢正弦振动模式。结晶器水流量控制宽边180～250m³/h；窄边160mm厚：20～25m³/h；200mm厚度，25～30m³/h。进出水温差3-8℃。冷却制度采用410钢配水模型。

7、精整正常生产06Cr13(SUS410S)时，采用堆冷。设定自动修磨程序，先磨净黑皮，修磨道次≤30mm，检查铸坯表面缺陷，对头、尾段和局部缺陷多的部位要加重修磨。

该工艺方法生产出的马氏体不锈钢06Cr13(SUS410S)，经检测化学成分完全满足标准要求，性能符合用户质量标准，合格率100％。(见下表1，2)

表1 06Cr13(SUS410S)成分统计

表2 低倍样检验

Claims

1.一种二步法不锈钢冶炼方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)脱磷铁水的冶炼；

5)LF炉精炼：按先化渣、升温、保温的程序细化电压参数，按照萤石--石灰--硅铁粉的加入顺序进行调渣，造白渣；测定钢水的游离氧含量小于20×10^-6，若氧含量偏高，通过喂硅钙线调整；LF炉精炼完成后，软吹氩时间≥6min；

6)连铸：拉速控制在0.70～1.2m/min，采用液面自动微调、动态轻压下、电磁搅拌和自动配水工艺；

7)精整修磨后进行轧制。

2.根据权利要求1所述的二步法不锈钢冶炼方法，其特征在于，所述步骤1)中：脱磷转炉所炼铁水要求S≤0.030％，温度≥1250℃，渣层厚度<50mm；脱磷铁水采用顶底复吹转炉进行吹炼，脱磷处理时，全程进行底吹氮；在1.5MPa工作压力下，底吹供气强度达到0.12～0.2Nm³/t·min，下氧枪吹炼，吹炼3～10分钟，倒掉前期渣，继续下氧枪吹炼，吹炼终点，碳含量控制在1.0％以下，P≤0.010％，渣量<0.5吨，要求脱磷转炉出钢温度1580～1640℃；然后将在转炉吹炼完的脱磷铁水通过钢包兑入电炉内。

3.根据权利要求1所述的二步法不锈钢冶炼方法，其特征在于，所述步骤2)中：电炉在装料时，先加到炉底1.0～2.0吨石灰，后装入高碳铁合金及返回料，严格按照配送电制度操作，起弧期功率采用四～七档，电抗1～2档，主熔化期选择功率三～五档，电抗1档，功率曲线选择1～2，当炉料通电熔化达到总体积的85％后兑入步骤1)的脱磷铁水，中途严禁用集束氧枪吹氧；兑铁水后立即取样、测温，当温度≥1550℃，可吹氧升温，中途取电炉熔化期第一个钢水样进行全分析，当温度≥1640℃，炉料熔化彻底后进入还原期，按吨钢加入硅铁2～6Kg和喷吹碳化硅粉3～8Kg，边加料边搅拌；加入萤石1～4kg/t调节炉渣流动性，关闭炉门5～10分钟，充分还原；当成分达到工艺要求后出钢；取还原期炉渣样，观测断面无铬渣纹，质地酥脆，温度达到1600～1670℃，成分达到工艺要求后出钢；出钢采用出钢槽式出钢，出钢时要求先渣后钢或钢渣同出，以期在钢包中激烈混冲，进一步还原渣中铬、洗涤夹杂；同时钢渣同出可减少钢液二次氧化以及散热降温。

4.根据权利要求1所述的二步法不锈钢冶炼方法，其特征在于，所述步骤4)中：电炉所出半钢要求含碳质量分数为1.0％～2.5％、硅含量质量分数小于0.5％，视不锈钢种的不同，铬、镍的成分控制范围不同，铬要求质量分数控制在内控成分的中上限，镍控制在下限；温度1550～1600℃；半钢兑入GOR精炼炉后，进行精炼；

其中GOR精炼炉的冶炼分三个阶段进行：

第二阶段约需13～18分钟，第二阶段内管混合气体的流量30～50m³/min，外管第二阶段开始时供天然气3～8m³/min；第3—4分钟，C≤1.5％时，置换氩气4～10m³/min，冶炼含氮钢时置换成氮气吹炼；在第二阶段加入造渣剂调节温度，加入量为10kg/t以下；第二阶段结束时，炉渣碱度2.8～4.0，碳降到质量分数为0.03％～0.015％。

第三阶段为3-5分钟，进入还原操作；还原阶段吹氩气，炼含氮钢时置换成氮气吹炼；内管为30～40m³/min，外管5～10m³/min；还原3min后开始加入硅铁20Kg～35Kg/t钢，还原氧化的铬；加入硅铁4～8min后停吹，倾炉，进行测温、取钢水样进行全分析；为保证化渣良好，萤石的加入量为石灰加入质量分数的15～20％，调整化学成分后吹氩气，冶炼含氮钢时吹氮气2～5min出钢；

GOR精炼炉加铁合金的次序：铬铁和镍在倒入半钢前，喷吹第一、第二阶段加入；还原阶段调整铬、镍成分，还原2～10分钟，加入金属锰、金属钼、钒铁、铌铁、硅铁，随后吹氩，冶炼含氮钢时吹氮气2～10min，炉内钢水温度在1600℃～1680℃时出钢；出钢时，向包中加入硅钙1～4Kg/吨钢，出钢过程中钢包软吹氩。

5.根据权利要求1所述的二步法不锈钢冶炼方法，其特征在于，所述步骤5)中，连铸拉速控制在0.70～1.2m/min，浸入式水口角度根据钢种选用，马氏体钢种为+15°，中包下水口使用抽风炉烘烤，保证温度≥1000℃；钢水到站，中包吹氩≥1min，驱除包内空气；开浇10分钟，取连铸钢水样，分析试样中的氧、氮含量；正常浇注时中包液面保证在≥900mm；浇注过程中结晶器液面波动为±6mm，最佳方案采用液面自动控制***；保护渣要黑渣操作，液渣层厚度必须控制在10～20mm，及时观察液面变化情况，渣条形成后要及时挑出保证润滑良好；电磁搅拌参数，电流：250～400A，频率：2～6.2HZ，液压振动选用不锈钢正弦振动模式。