CN101705332A - 使用高磷镍铬生铁制造不锈钢的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使用高磷镍铬生铁制造不锈钢的工艺，其包括装料、通电、吹氧、流渣以及精炼等步骤。本发明提供的工艺，在电炉中对高磷镍铬生铁进行脱磷，并冶炼生产不锈钢，采用低价的高磷镍铬生铁作为原料，能够使每吨不锈钢的制造成本下降200美元左右，而且还可以进一步拓展不锈钢原料的使用领域，使高磷含量的镍铬生铁能够大规模地应用于不锈钢的冶炼生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种以高磷镍铬生铁为原料，利用脱磷技术降低磷含量，制造不锈钢的工艺方法。
背景技术
传统的不锈钢制造工艺是电炉利用不锈钢废钢、Ni合金、Cr合金等熔解成钢水在精炼炉去除杂质、调整成分，或者利用高炉铁水加合金的原料模式进行冶炼。
但是随着Ni价格的不断上扬，中国市场出现了新的冶炼原料镍铬生铁，可以部分取代纯镍、镍铁或者废不锈钢作为含镍不锈钢的镍来源，以降低制造不锈钢的原料成本。但是由于未经脱磷的镍铬生铁含磷量较高，直接用于不锈钢冶炼时，使用量受限于磷的上限要求，无法大规模应用于不锈钢的冶炼。
传统的镍铬生铁脱磷主要通过氧化性炉和还原性炉来进行，首先在氧化性炉里脱磷、脱硅后流渣使氧化的磷除干净，然后在还原性炉里进行脱硫。这样使得高磷镍铬生铁的价格较低磷镍铬生铁的成本低很多(200-400RMB/％Ni)。目前也公开了其他一些采用高磷镍铬生铁冶炼钢铁的技术方案，例如中国专利申请200810054730.4中公开了一种低镍铬铁液或生铁的脱磷方法，其是采用不同的脱磷剂组合来进行脱磷。该专利申请公开的技术方案需要加入较多的脱磷剂，会在一定程度上增加利用高磷镍铬生铁进行冶炼的成本。
寻找对高磷镍铬生铁进行脱磷，并用于冶炼制造不锈钢的工艺技术，以节约Ni资源，降低不锈钢的成本是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可在电炉中直接使用高磷镍铬生铁进行脱磷并冶炼不锈钢的工艺，该工艺具有综合制造成本低的特点。
本发明提供了一种使用高磷镍铬生铁制造不锈钢的工艺，其包括以下步骤：
第1次向电炉中加入包括高磷镍铬生铁、碳钢和石灰等的炉料，炉料的第1次装入量为炉容量的50-60％，其中，高磷镍铬生铁和碳钢的重量比为(18-22)∶(1-4)，石灰装入量占高磷镍铬生铁和碳钢装入量之和的6-15％；在炉料中，高磷镍铬生铁和碳钢为主原料；
进行第1次持续通电，并在持续通电过程中第1次向电炉中吹入氧气，氧气的第1次吹入总量为10-20Nm3/吨钢水；
当通电量达到180-230KWh/吨钢水时，停止持续通电，此时60-80％的炉料已经熔化，有利于第2次装料；
第1次持续通电结束之后，使用炉壁烧嘴向电炉内吹入氧气对炉料(此时的炉料基本已经熔化成为钢水)进行搅拌，在搅拌的同时进行通电和第1次流渣作业，其中，炉壁烧嘴吹氧和通电为间断作业，此时的通电可以称为第1次间断通电；
第2次向电炉中装入包括高磷镍铬生铁、碳钢和石灰等的炉料，炉料的第2次装入量为炉容量的40-50％，其中，高磷镍铬生铁和碳钢的重量比为(30-55)∶1，石灰的第1次装入量和第2次装入量之和为100kg-200kg/吨钢水；
进行第2次持续通电，可以在起弧后先以中档位通电，同时第2次向炉内吹入氧气，并控制第1次和第2次吹入的氧气总量为45Nm3-75Nm3/吨钢水；
当通电量达到50-120KWh/吨钢水之后停止通电，然后用低档位通电，使用炉壁烧嘴向电炉内吹入氧气对炉料(此时的炉料基本已经熔化成为钢水)进行搅拌，在搅拌的同时进行通电和流渣作业，其中，炉壁吹氧和通电均为间断作业，此时的通电也可以称为第2次间断通电；
当电炉中钢水的P含量小于等于400ppm之后，将钢水扒渣，进行精炼生产不锈钢。
根据本发明的具体技术方案，本发明所采用的碳钢可以是回收的废钢，加入一定量的碳钢有利于炉门氧枪吹氧，并且碳钢在电炉中可以起到导电的作用。
石灰的加入量根据主原料装入量及成份而定，大概是主原料(即高磷镍铬生铁和碳钢)一次装入量的6-15％左右，这主要是为了提前造渣，同时保护炉体，有利于冶炼工艺的进行。
根据本发明的具体技术方案，第1次吹氧可以在通电量达到90-130KWh/吨钢水的范围内时开始进行，并且，吹氧时间可以控制为约6-12分钟，第1次吹氧一直持续到第1次流渣作业结束，吹氧操作可以采用炉门吹氧的方式进行。
根据本发明的具体技术方案，在第1次通电过程中，第1次持续通电结束之后，开始使用炉壁烧嘴吹氧，氧气吹入量不超过2Nm3/吨钢水，该氧气吹入量计算在上述氧气第1次吹入总量10-20Nm3/吨钢水之内。在利用炉壁烧嘴吹氧的同时，进行通电，并保证第1次通电的总电量为190-240KWh/吨钢水，该总电量包括第1次持续通电的通电量和第1次间断通电的通电量。
根据本发明的具体技术方案，第2次通电可以在起弧后以中档位通电3-10分钟，通电量达到50-120KWh/吨钢水后停止，然后根据炉内状态用低档位通电，同时开始搅拌作业，第2次通电的总通电量控制在120-180KWh/吨钢水，包括第2次持续通电的通电量和第2次间断通电的通电量。
根据本发明的具体技术方案，第2次吹氧在第2次通电开始时同时进行，第2次炉门氧枪吹氧的氧气吹入总量可以控制在30-40Nm3/吨钢水左右，确保第1次吹氧和第2次吹氧的总的吹氧量为45Nm3-75Nm3/吨钢水；并且，在第2次通电过程中，炉壁烧嘴的搅拌和吹氧作业同时进行，炉壁烧嘴的总吹氧量最好不要超过8Nm3/吨钢水，吹入过多的氧气对炉体耐材侵蚀过大。
完成上述步骤之后，可以向炉内取样，分析其磷含量，当磷含量小于或等于400ppm时，确认脱磷成功，就可以将钢水出汤。
在本发明提供的工艺的具体操作过程中，在进行流渣作业时，应尽量使渣流尽，其中，在进行第1次流渣作业时，流渣量大约为主原料第1次装入量的5-20％，第2次流渣作业时，流渣量大约为主原料第1次装入量的25-50％。
同时，根据炉内钢渣状态，如果需要可以通过投入萤石来化渣，以提高渣的流动性，利于使渣流干净.炉内状态主要是指：观察炉内钢渣的流动状态，如遇到流动性较差或无法流渣时投入，萤石的投入量根据流动性判断，一般地，萤石两次的投入总量可以控制为2.0吨/炉以下；进一步地，可以将每次流渣作业时的萤石加入量控制为1.0吨/炉以下.
熔汤快速彻底扒渣后，可以兑入AOD精炼炉进行精炼过程。精炼炉进行常规的脱碳、脱硫作业并根据出钢目标成分投入各种合金铁，达到目标成分及温度要求后出钢。
在本发明提供的技术方案中，电炉通电是给电极一定的电压使电极和废钢之间通电流熔化废钢，本发明中根据所施加的不同电压分不同的档位，具体的高、中、低档位的范围如下：
低档位(7档以下)：650-755V，中档位(8-13档)：776-897V，高档位(14档以上)：925-1099V。
本发明中计算原料和氧气等的加入量时，作为计算基准所采用的钢水是指冶炼得到的钢水，其是以加入的高磷镍铬生铁和碳钢的重量之和乘以收率得到的。其中，采用本发明提供的工艺进行冶炼时，其收得率一般为80-95％。
本发明所提供的上述工艺适用于以任何高磷含量的镍铬生铁来冶炼不锈钢，尤其适用于具有以下组成的高磷镍铬生铁，以重量百分比计，其主要成分包括：Ni：3.0％-15.0％，C≤4.5％，S≤0.04％，P：0.03％-0.100％，Cu≤0.1％，Si≤4.0％，Mn≤0.5％，Cr：1.0-5.0％，余量Fe。
本发明提供的工艺，在电炉中对高磷镍铬生铁进行脱磷，并冶炼生产不锈钢，使用了低价高磷镍铬生铁作为原料，使每吨不锈钢的制造成本下降200美元左右，而且进一步拓展了不锈钢原料的使用领域，使高磷含量的镍铬生铁能够大规模地应用于不锈钢的冶炼生产。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明方案的实施和所具有的有益效果，但不能对本发明的可实施范围形成任何限定。
本发明的实施例中所采用的电炉的炉容为140吨，实施例中的电量数据均是从第1次通电开始计的累计数值。
实施例1、利用电炉对高磷镍铬生铁进行脱磷并冶炼不锈钢的生产工艺
1、装入电炉的高磷镍铬生铁的主要成分如表1所示。
表1：(重量百分比)
| 成分 | C | Si | Cr | Ni | S | P |
| 含量 | 3.22％ | 2.65％ | 2.85％ | 5.09％ | 0.082％ | 0.078％ |
2、电炉1次装料：高磷镍铬生铁60ton，一般碳钢9ton；同时分批次通过高位料仓往炉内投入7146Kg生石灰。
3、为了脱磷，电炉1次料通电从低档位7档开始起弧通电3987KWh，然后转换至高档位15档通电至7986KWh，再降回到7档通电至18677KWh，停止通电。
4、当通电量大概达到10650KWh时，开始利用炉门氧枪吹入1574Nm3。
5、通电量达到18677KWh以后，根据炉内渣子状态，投入萤石化渣，并使用炉壁烧嘴吹氧模式吹入氧气100Nm3对钢水进行搅拌，同时以7档通电2000KWh并进行流渣作业，流渣量为8.3Ton，流渣作业结束后，准备2次装料.
6、电炉2次装料：高磷镍铬生铁50ton，一般碳钢1ton，并开始分批往炉子内投入石灰5731kg。
7、同样以低档7档起弧通电至22973KWh，然后转至15档通电到25432KWh，继而使用7档通电到30387KWh，停止持续通电。
8、在步骤7开始通电的同时利用炉门氧枪往炉内吹入氧气3257Nm3(约51分钟)。
9、在步骤7停止持续通电之后，根据炉内渣子状态，投入萤石(步骤5和9中共投入1.8吨)增加钢渣的流动性；并在以3档间断通电的同时，使用炉壁烧嘴吹氧(步骤5和9两次炉壁烧嘴吹氧共吹入氧气751Nm3)对钢水进行搅拌，并进行流渣作业，流渣量为18Ton，作业结束后出汤；其中，工艺过程中的总电量为38617KWh。
10、出汤的钢水的主要成分如表2所示。
表2(重量百分比)
| 成分 | C | Si | Cr | Ni | S | P |
| 含量 | 0.41％ | 0.04％ | 3.56％ | 5.43％ | 0.123％ | 0.04％ |
对比表1和表2的数据，可以看出P含量减少了380ppm。
11、熔汤快速彻底扒渣后，兑入AOD精炼炉进行精炼过程。精炼炉进行脱碳、脱硫作业并根据出钢目标成分投入各种合金铁48852Kg，冶炼91min后出钢，最终获得的钢的成分中P含量为0.037％。
实施例2、利用电炉对高磷镍铬生铁进行脱磷并冶炼不锈钢的生产工艺
1、装入电炉的高磷镍铬生铁的主要成分如表3所示。
表3：(重量百分比)
| 成分 | C | Si | Cr | Ni | S | P |
| 含量 | 3.15％ | 2.32％ | 2.22％ | 7.55％ | 0.172％ | 0.062％ |
2、电炉1次装料：高磷镍铬生铁60ton，一般碳钢8.5ton，同时分批次通过高位料仓往炉内投入5533Kg生石灰。
3、为了脱磷，电炉1次料通电从低档位7档开始起弧通电5463KWh，然后转换至高档位15档通电至18930KWh，再降回到7档通电至18554KWh，停止通电。
4、当通电量大概达到10500KWh时，开始利用炉门氧枪吹入1385Nm3。
5、通电量达到18554KWh以后，根据炉内渣子状态，投入萤石化渣，并使用炉壁烧嘴吹氧模式吹入氧气200Nm3对钢水进行搅拌，同时以7档通电1800KWh，并进行流渣作业，流渣量为9Ton，流渣作业结束后，准备2次装料。
6、电炉2次装料：高磷镍铬生铁50ton，一般碳钢1ton，并开始分批往炉子内投入石灰5471kg。
7、同样以低档7档起弧通电至23425KWh，然后转至11档通电到31477KWh，停止通电.
8、在步骤7开始通电的同时，利用炉门氧枪往炉内吹入氧气3858Nm3(约45分钟)。
9、在步骤7停止通电之后，根据炉内渣子状态，投入萤石(步骤5和9中共投入0.8吨)增加钢渣的流动性；并在以7档间断通电的同时，使用炉壁烧嘴吹氧(步骤5和9两次炉壁烧嘴吹氧共吹入氧气677Nm3)对钢水进行搅拌，并进行流渣作业，流渣量为15Ton，作业结束后出汤；其中，工艺过程中的总电量为35866KWh。
10、出汤的钢水的主要成分如表4所示。
表4：(重量百分比)
| 成分 | C | Si | Cr | Ni | S | P |
| 含量 | 0.04％ | 0.02％ | 0.71％ | 7.72％ | 0.11％ | 0.014％ |
对比表3和表4的数据可以看出，P含量减少了480ppm。
11、熔汤快速彻底扒渣后，兑入AOD精炼炉进行精炼过程。精炼炉进行脱碳、脱硫作业并根据出钢目标成分投入各种合金铁62794Kg，冶炼82min后出钢，最终获得的钢的成分中P含量为0.016％。
实施例3、利用电炉对高磷镍铬生铁进行脱磷并冶炼不锈钢的生产工艺
1、装入电炉的高磷镍铬生铁的主要成分如表5所示。
表5：(重量百分比)
| 成分 | C | Si | Cr | Ni | S | P |
| 含量 | 2.62％ | 2.93％ | 2.11％ | 8.84％ | 0.103％ | 0.057％ |
2、电炉1次装料：高磷镍铬生铁60ton，一般碳钢8ton。
3、为了脱磷，电炉1次料通电从低档位7档开始起弧通电5802KWh，然后转换至高档位15档通电至17943KWh，再降回到7档通电至18019KWh停止通电。
4、当通电量大概达到11000KWh时开始利用炉门氧枪吹入1354Nm3。
5、起弧通电的同时分批次通过高位料仓往炉内投入5568Kg生石灰；通电量大概达到18019KWh以后，根据炉内渣子状态，投入萤石化渣，并使用炉壁烧嘴吹氧模式吹入氧气197Nm3对钢水进行搅拌，同时以7档通电2000KWh并进行流渣作业，流渣量为11Ton，流渣作业结束后，准备2次装料。
6、电炉2次装料：高磷镍铬生铁50ton，一般碳钢1.6ton，并开始分批往炉子内投入石灰7426kg。
7、同样以低档7档起弧通电至21887KWh，然后转至15档通电到25055KWh，继而使用3档通电到27638KWh停止通电。
8、在步骤7开始通电的同时利用炉门氧枪往炉内吹入氧气3859Nm3。
9、在步骤7停止通电之后，根据炉内渣子状态，投入萤石(步骤5和9中共投入0.8吨)增加钢渣的流动性，并在以7档间断通电的同时，使用炉壁烧嘴吹氧(步骤5和9两次炉壁烧嘴吹氧共吹入氧气463Nm3)对钢水进行搅拌，并进行流渣作业，流渣量为20Ton，作业结束后出汤；其中，工艺过程中的总电量为34111KWh。
10、出汤的钢水的主要成分如表6所示。
表6：(重量百分比)
| 成分 | C | Si | Cr | Ni | S | P |
| 含量 | 0.07％ | 0.01％ | 1.05％ | 9.68％ | 0.1％ | 0.014％ |
对比表5和表6的数据可以看出，P含量减少了430ppm。
11、熔汤快速彻底扒渣后，兑入AOD精炼炉进行精炼过程。精炼炉进行脱碳、脱硫作业并根据出钢目标成分投入各种合金铁48789Kg，冶炼86min后出钢，最终获得的钢的成分中P含量为0.021％。
在上述实施例中，使用了低价高磷镍铬生铁作为原料，根据计算，可以使每吨钢水的制造成本下降200美元左右。
Claims (9)
1.一种使用高磷镍铬生铁制造不锈钢的工艺，其包括以下步骤：
第1次向电炉中加入包括高磷镍铬生铁、碳钢和石灰的炉料，炉料的第1次装入量为炉容量的50-60％，其中，高磷镍铬生铁和碳钢的重量比为(18-22)∶(1-4)，石灰的第1次装入量占高磷镍铬生铁和碳钢装入量之和的6-15％；
进行第1次持续通电，并在持续通电过程中第1次向电炉中吹入氧气，氧气的第1次吹入总量为10-20Nm3/吨钢水；当通电量达到180-230KWh/吨钢水时，停止持续通电，使用炉壁烧嘴向电炉内吹入氧气对炉料进行搅拌，在搅拌的同时进行通电和第1次流渣作业，其中，炉壁烧嘴吹氧和通电为间断作业，第1次通电的总通电量(包括第1次持续通电的通电量和间断通电的通电量)为190-240KWh/吨钢水；
第2次向电炉中装入包括高磷镍铬生铁、碳钢和石灰的炉料，炉料的第2次装入量为炉容量的40-50％，其中，高磷镍铬生铁和碳钢的重量比为(30-55)∶1，石灰的第1次装入量和第2次装入量之和为100kg-200kg/吨钢水；
进行第2次持续通电，同时第2次向炉内吹入氧气，第1次和第2次吹入的氧气总量为45Nm3-75Nm3/吨钢水；当通电量达到50-120KWh/吨钢水时，停止持续通电，使用炉壁烧嘴向电炉内吹入氧气对炉料进行搅拌，在搅拌的同时进行通电和第2次流渣作业，其中，炉壁烧嘴吹氧和通电均为间断作业，第2次通电的总通电量为120-180KWh/吨钢水，包括第2次持续通电的通电量和间断通电的通电量；
当电炉中钢水的P含量小于等于400ppm之后，将钢水扒渣，进行精炼生产不锈钢。
2.如权利要求1所述的工艺，其中，第1次向电炉中吹入氧气在第1次持续通电的通电量达到90-130KWh/吨钢水的范围时开始进行。
3.如权利要求1所述的工艺，其中，第1次向电炉中吹入氧气时的吹氧时间为6-12分钟。
4.如权利要求1所述的工艺，其中，第1次通电过程中使用炉壁烧嘴吹氧时的氧气吹入量不超过2Nm3/吨钢水，该氧气吹入量不计算在所述氧气第1次吹入总量10-20Nm3/吨钢水之内。
5.如权利要求1所述的工艺，其中，第2次通电过程中使用炉壁烧嘴吹氧时的氧气吹入量不超过8Nm3/吨钢水，该氧气吹入量不计算在所述氧气第2次吹入总量之内。
6.如权利要求1所述的工艺，其中，第1次通电的总通电量为190-240KWh/吨钢水，第2次通电的总通电量为120-180KWh/吨钢水，所述总通电量包括持续通电的通电量和间断通电的通电量。
7.如权利要求1所述的工艺，其中，第1次流渣时的流渣量为高磷镍铬生铁和碳钢的第1次装入量的5-20％，第2次流渣时的流渣量为高磷镍铬生铁和碳钢的第2次装入量的25-50％。
8.如权利要求1所述的工艺，其中，在第1次和第2次流渣过程中，分别投入萤石化渣，萤石两次的投入总量为2.0吨/炉以下。
9.如权利要求1所述的工艺，其中，所述高磷镍铬生铁的主要成分含量如下，以重量百分比计：C≤4.5％，Cr：1.0-5.0％，Si≤4.0％，S≤0.04％，P：0.03％-0.100％，Cu≤0.1％，Mn≤0.5％，Ni：3.0％-15.0％，余量Fe。
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