CN105018669B - 一种核电用工业纯铁的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电用工业纯铁的生产方法，其将高炉铁水通过预处理脱硫后，再经AOD转炉进行铁水初脱Mn、P，得到低P、S的半钢铁水；所述半钢铁水经BOF转炉冶炼、LF炉精炼，然后钢水经RH炉进行真空脱碳、脱氧处理，即可得到所述的工业纯铁钢水。本方法无需增加设备和投资，充分利用现有设备进行工艺组合，根据冶金理论，采用AOD炉、LF‑RH炉合理控制冶金进程，实现了使用普通矿石原料生产高级工业纯铁的目的，也满足了核电工业用户用于熔融铸造的需求。本发明在钢铁形势日益严峻情况下，既降低了工业纯铁成本满足用户需要，也为企业提升战略地位，不断占据高端客户提供了保证。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶炼生产技术领域，尤其是一种核电用工业纯铁的生产方法。
背景技术
工业纯铁是核电工业熔铸锻件的重要材料，具备低碳、低磷、低硫、低铝的特点，在核电用钢冶炼中作为熔剂使用，其还可以作为低碳不锈钢、粉末冶金、非晶态合金等特种金属材料的基础材料。
工业纯铁由于其碳含量极低，因此转炉采用未脱氧出钢，同时脱磷、脱硫的热力学条件不同，也需要不同工艺实现。现有的冶炼方法采用初炼炉（转炉或电弧炉）+ 真空炉的工艺路线，由于出钢温度较高，钢水易回磷、硫。而且此工艺对于原料条件要求较高，需要采用低锰原料生产；同时由于钢中若采用方坯连铸机生产，浇铸絮流情况难以避免。
近几年国际钢材市场恶化，如何采用普通原料生产工业纯铁，如何使用方坯连铸生产半沸腾钢，降低了原料成本以及生产成本，支撑工业纯铁的生产，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低成本的核电用工业纯铁的生产方法，以得到高纯净度、低杂质的工业纯铁。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其将高炉铁水通过预处理脱硫后，再经AOD转炉进行铁水初脱Mn、P，得到低P、S的半钢铁水；所述半钢铁水经BOF转炉冶炼、LF炉精炼，然后钢水经RH炉进行真空脱碳、脱氧处理，即可得到所述的工业纯铁钢水。
进一步的，本发明所述方法步骤为：（1）高炉铁水经喷吹镁处理进行脱硫，使铁水中S≤0.006wt%；
（2）脱硫后的铁水利用AOD炉进行初步脱Mn、P操作；
（3）所述半钢铁水兑入BOF转炉后进行冶炼，出钢钢水中成分重量百分比为：C≤0.04%，P≤0.007%，S≤0.006%；转炉终渣二元碱度为3～4；出钢时向钢包内加入石灰顶渣2～3kg/T，氩气强搅拌；
（4）BOF转炉的出钢钢水进LF炉精炼，加脱硫石灰2～4kg/T并升温，升温至1640～1660℃，氩气强搅拌；加热完毕进行定氧操作，关闭钢包底吹气，向渣面上加入精炼钢包渣改质剂，并加铝粒进行脱氧；精炼钢包渣改质剂加入后进行加热1～2分钟，炉渣终渣碱度控制10～15；
（5）LF炉的出钢钢水运至RH炉进行脱碳操作，进站后环流3分钟定氧；采用OB工艺进行脱碳，OB开始后采用全泵抽真空处理，最低真空度控制120pa以下；OB结束后，从RH炉合金料斗加入小颗粒石灰石进行脱碳处理，控制脱碳环流时间≥8分钟，脱碳结束定氧；
（6）脱碳结束后，采用铝粒脱氧；
（7）钢水处理脱氧处理后，上连铸机浇铸，钢水成分质量百分比：C≤0.0030%，S、P≤0.006%，Al≤0.0050%，其余为Fe 与不可避免的杂质。
更进一步的，本发明所述步骤（2）中，脱Mn、P后所得半钢铁水中的的成分包括：C3.0～3.5wt%，Mn＜0.10wt%，S≤0.006wt%，P≤0.040wt%，Si≤0.01wt%。
更进一步的，本发明所述步骤（4）中，精炼钢包渣改质剂的成分重量含量为：CaO20～28%，Al2O3 23～30%，SiO2 2～8%，S 0～0.15%，P 0～0.05%，Al 37～43%；精炼钢包渣改质剂的加入量为3kg/T。
所述步骤（4）中，按照钢水定氧值450pppm为基准，加铝量为：[65+([O]-450)/6]kg；每增减60ppm氧含量，铝粒加入量增减10kg。
所述步骤（4）中，氩气强搅拌采用的底吹流量为100L/min～150L/min。
更进一步的，本发明所述步骤（5）中，进站后的定氧量为200～400ppm。
所述步骤（5）中：从合金料斗加入2～5kg/T的石灰石。
更进一步的，本发明所述步骤（6）中：铝粒脱氧后的离站氧含量控制在20～35ppm；按10kg铝粒脱氧70ppm计算铝粒用量。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明冶炼方法利用AOD-BOF-LF-RH-CCM的工艺路线可生产出纯净度高、低杂质的纯铁钢种；利用各种现有的冶金设备依照脱硫、脱磷、脱锰、脱碳理论进行设计，从而达到利用低价原料生产高档工业纯铁的目的。
本发明无需增加设备和投资，充分利用现有设备进行工艺组合，根据冶金理论，采用AOD炉、LF-RH炉合理控制冶金进程，实现了使用普通矿石原料生产高级工业纯铁的目的，也满足了核电工业用户用于熔融铸造的需求。本发明在钢铁形势日益严峻情况下，既降低了工业纯铁成本满足用户需要，也为企业提升战略地位，不断占据高端客户提供了保证。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
本核电用工业纯铁的生产方法的工艺步骤如下所述：
（1）高炉铁水利用镁喷吹处理脱硫站进行脱硫操作，使铁水S≤0.006wt%，然后铁水进入混铁炉。
（2）混铁炉出铁后，利用AOD炉耐材末期进行初步脱Mn、P操作，此时AOD炉由于是非不锈钢生产周期，但耐材还可以用于碳钢生产，因此属于利用废旧耐材，生产成本低。得到的半钢铁水中成分：C 3.0～3.5wt%，Mn＜0.10wt%，S≤0.006wt%，P≤0.040wt%，Si≤0.01wt%。
（3）AOD炉的半钢铁水兑入BOF转炉后进行冶炼，出钢钢水中成分的重量百分比：C≤0.04%，P≤0.007%，S≤0.006%；转炉终渣二元碱度为3～4；出钢时向钢包内加入石灰顶渣2～3kg/T，氩气强搅拌。
（4）LF到站加脱硫石灰2～4kg/T并升温，升温至1640～1660℃；氩气强搅拌（底吹流量为100L/min～150L/min）。加热完毕进行定氧操作，根据定氧值向渣面上分批均匀撒入精炼钢包渣改质剂；加入精炼钢包渣改质剂之前，关闭钢包底吹气。精炼钢包渣改质剂中成分的重量含量为：CaO 20～28%，Al2O3 23～30%，SiO2 2～8%，S 0～0.15%，P 0～0.05%，Al37～43%。精炼钢包渣改质剂的加入量为3kg/T，同时按照钢水定氧值450pppm为基准加入铝粒进行脱氧，加铝量为：[65+([O]-450)/6]kg，每增减60ppm氧含量，铝粒加入量增减10kg；精炼钢包渣改质剂加入后进行加热1～2分钟，炉渣终渣碱度控制10～15。
（5）将钢水运至RH炉进行脱碳操作，进站后环流3分钟定氧（进站控制200～400ppm）；视进站氧程度确定OB工艺（吹氧强制脱碳）吹氧量，OB开始后采用全泵抽真空处理，最低真空度控制120pa以下；OB结束后，从RH合金料斗加入小颗粒石灰石2～5kg/T，控制脱碳环流时间≥8分钟，脱碳结束定氧。
（6）脱碳结束后，采用铝粒脱氧，离站氧含量控制在20～35ppm，按10kg铝粒脱氧70ppm计算铝粒用量。
（7）钢水处理脱氧处理后，上连铸机浇铸，钢水中成分的质量百分比：C≤0.003%，S、P≤0.006%，Al≤0.005%，其余为Fe与不可避免的杂质。
实施例1：本核电用工业纯铁的生产方法采用下述具体工艺。
（1）脱硫站脱硫后铁水S 0.006%，进入AOD炉脱锰操作，半钢的成分重量百分比为：C 3.5%，S 0.006%，Si 0.01%，Mn 0.07%，P 0.02%。
（2）转炉采用一罐AOD半钢兑一罐脱硫铁水工艺，转炉入炉铁水成分：C 4.038%，S0.006%，Si 0.318%，Mn 0.187%，P 0.086%。出钢温度1598℃，采用档渣锥档渣，转炉终渣碱度3.0，钢水量80.9吨。出钢后钢水成分重量百分比：C 0.0253%，P 0.0044%，S 0.0060%，Mn0.05%，其余为铁和不可避免的杂质。
（3）转炉出钢后，钢包内加入石灰顶渣2.8kg/T，接底吹氩，吊运至LF钢包精炼炉；LF精炼过程中加入石灰3.2kg/T，氩气搅拌100NL/min，加热温度达到1640℃。加热完毕，定氧510ppm，向渣面上分批均匀撒入精炼钢包渣改质剂240kg，根据定氧值加入铝粒75kg。炉渣终渣二元碱度达到15.0。取样，钢水的成分重量百分比为：C 0.033%，Mn 0.06%，P0.009%，S 0.006%，其余为铁和不可避免的杂质。
（4）将钢包吊到 RH精炼炉，到站定氧测温：温度1632℃，定氧200ppm，将浸渍管浸入到钢水中，启动真空泵全泵处理。OB氧量116NM3，OB后加入小颗粒石灰石5kg/T，脱碳时间8分钟，真空度最低到0.120Kpa。脱碳后定氧410ppm，加入铝粒60kg，循环3min破真空取样分析，离站溶解氧为35ppm。钢水的成分重量百分比为：C 0.0015%，Mn 0.04%，P 0.006%，S0.0058%，其余为铁和不可避免的杂质。
（5）钢水离站后，吊至大方坯连铸机浇铸，浇铸顺行，钢坯规格325mm×280mm。钢水的成分重量百分比为：C 0.0030%，Mn 0.04%，P 0.006%，S 0.006%，Al≤0.0050%，其余为铁和不可避免的杂质。
实施例2：本核电用工业纯铁的生产方法采用下述具体工艺。
（1）脱硫站脱硫后铁水S：0.004%，进入AOD炉脱锰操作，半钢的成分重量百分比为：C:3.99%，S:0.004%，Si：0.01%，Mn:0.08%，P:0.051%。
（2）转炉采用一罐AOD半钢兑一罐脱硫铁水工艺，转炉入炉铁水成分：C:4.486%，S:0.004%，Si：0.337%，Mn:0.161%，P:0.094%。出钢温度1616℃，采用档渣锥档渣，转炉终渣碱度3.7，钢水量82.3吨。出钢后钢水成分重量百分比：C：0.0216%，P：0.0070%，S：0.0057% ，Mn：0.06%，其余为铁和不可避免的杂质。
（3）转炉出钢后，钢包内加入石灰顶渣2.0kg/T，接底吹氩，吊运至LF钢包精炼炉；LF精炼过程中加入石灰4.0kg/T，氩气强搅拌125NL/min，加热温度达到1641℃。加热完毕，定氧495ppm，向渣面上分批均匀撒入精炼钢包渣改质剂240kg，根据定氧值加入铝粒72kg。炉渣终渣二元碱度达到10。取样，钢水的成分重量百分比为：C：0.032%，Mn：0.06%，P：0.008%，S：0.006%，其余为铁和不可避免的杂质。
（4）将钢包吊到 RH精炼炉，到站定氧测温：温度1630℃，定氧209ppm，将浸渍管浸入到钢水中，启动真空泵全泵处理。OB氧量95NM3，OB后加入小颗粒石灰石2kg/T，脱碳时间8分钟，真空度最低到0.09Kpa。脱碳后定氧373ppm，加入铝粒55kg，循环3min破真空取样分析，离站溶解氧20ppm。钢水的成分重量百分比为：C：0.0021%，Mn：0.05%，P：0.006%，S：0.0046%，其余为铁和不可避免的杂质。
（5）钢水离站后，吊至大方坯连铸机浇铸，浇铸顺行，钢坯规格325mm×280mm。钢水的成分重量百分比为：C：0.0024%，Mn：0.05%，P：0.006%，S：0.006%，Al≤0.0017%，其余为铁和不可避免的杂质。
实施例3：本核电用工业纯铁的生产方法采用下述具体工艺。
（1）脱硫站脱硫后铁水S：0.004%，进入AOD炉脱锰操作，半钢的成分重量百分比为：C:3.0%，S:0.003%，Si：0.01%，Mn:0.10%，P:0.040%。
（2）转炉采用一罐AOD半钢兑一罐脱硫铁水工艺，转炉入炉铁水成分：C:4.512%，S:0.004%，Si：0.433%，Mn:0.268%，P:0.095%。出钢温度1629℃，采用档渣锥档渣，转炉终渣碱度4.0，钢水量80.2吨。出钢后钢水成分重量百分比：C：0.0291%，P：0.0041%，S：0.0060% ，Mn：0.04%，其余为铁和不可避免的杂质。
（3）转炉出钢后，钢包内加入石灰顶渣3.0kg/T，接底吹氩，吊运至LF钢包精炼炉；LF精炼过程中加入石灰3.0kg/T，氩气强搅拌150NL/min，加热温度达到1660℃。加热完毕，定氧450ppm，向渣面上分批均匀撒入精炼钢包渣改质剂240kg，根据定氧值加入铝粒65kg。炉渣终渣二元碱度达到13.6。取样，钢水的成分重量百分比为：C：0.028%，Mn：0.06%，P：0.007%，S：0.006%，其余为铁和不可避免的杂质。
（4）将钢包吊到 RH精炼炉，到站定氧测温：温度1654℃，定氧400ppm，将浸渍管浸入到钢水中，启动真空泵全泵处理。OB氧量53NM3，OB后加入小颗粒石灰石3kg/T，脱碳时间8分钟，真空度最低到0.09Kpa。脱碳后定氧528ppm，加入铝粒75kg，循环3min破真空取样分析，离站溶解氧31ppm。钢水的成分重量百分比为：C：0.0018%，Mn：0.04%，P：0.0056%，S：0.0052%，其余为铁和不可避免的杂质。
（5）钢水离站后，吊至大方坯连铸机浇铸，浇铸顺行，钢坯规格325mm×280mm。钢水的成分重量百分比为：C：0.0021%，Mn：0.04%，P：0.0050%，S：0.0050%，Al≤0.0017%，其余为铁和不可避免的杂质。
实施例4：本核电用工业纯铁的生产方法采用下述具体工艺。
（1）脱硫站脱硫后铁水S：0.003%，进入AOD炉脱锰操作，半钢的成分重量百分比为：C:3.0%，S:0.003%，Si：0.01%，Mn:0.10%，P:0.040%。
（2）转炉采用一罐AOD半钢兑一罐脱硫铁水工艺，转炉入炉铁水成分：C:4.037%，S:0.003%，Si：0.416%，Mn:0.359%，P:0.091%。出钢温度1639℃，采用档渣锥档渣，转炉终渣碱度3.5，钢水量78.1吨。出钢后钢水成分重量百分比：C：0.0361%，P：0.0049%，S：0.0060% ，Mn：0.06%，其余为铁和不可避免的杂质。
（3）转炉出钢后，钢包内加入石灰顶渣2.0kg/T，接底吹氩，吊运至LF钢包精炼炉；LF精炼过程中加入石灰4.0kg/T，氩气强搅拌130NL/min，加热温度达到1655℃。加热完毕，定氧420ppm，向渣面上分批均匀撒入精炼钢包渣改质剂240kg，根据定氧值加入铝粒70kg。炉渣终渣二元碱度达到11.8。取样，钢水的成分重量百分比为：C：0.041%，Mn：0.05%，P：0.004%，S：0.006%，其余为铁和不可避免的杂质。
（4）将钢包吊到 RH精炼炉，到站定氧测温：温度1630℃，定氧336ppm，将浸渍管浸入到钢水中，启动真空泵全泵处理。OB氧量84NM3，OB后加入小颗粒石灰石4kg/T，脱碳时间8分钟，真空度最低到0.101Kpa。脱碳后定氧409ppm，加入铝粒60kg，循环3min破真空取样分析，离站溶解氧28ppm。钢水的成分重量百分比为：C：0.0016%，Mn：0.04%，P：0.0051%，S：0.0056%，其余为铁和不可避免的杂质。
（5）钢水离站后，吊至大方坯连铸机浇铸，浇铸顺行，钢坯规格325mm×280mm。钢水的成分重量百分比为：C：0.0030%，Mn：0.04%，P：0.0050%，S：0.0060%，Al≤0.0015%，其余为铁和不可避免的杂质。
实施例5：本核电用工业纯铁的生产方法采用下述具体工艺。
（1）脱硫站脱硫后铁水S：0.003%，进入AOD炉脱锰操作，半钢的成分重量百分比为：C:3.71%，S:0.005%，Si：0.01%，Mn:0.07%，P:0.040%。
（2）转炉采用一罐AOD半钢兑一罐脱硫铁水工艺，转炉入炉铁水成分：C:3.817%，S:0.003%，Si：0.342%，Mn:0.353%，P:0.095%。出钢温度1640℃，采用档渣锥档渣，转炉终渣碱度3.6，钢水量80.5吨。出钢后钢水成分重量百分比：C：0.0361%，P：0.0049%，S：0.0050% ，Mn：0.06%，其余为铁和不可避免的杂质。
（3）转炉出钢后，钢包内加入石灰顶渣2.5kg/T，接底吹氩，吊运至LF钢包精炼炉；LF精炼过程中加入石灰3.5kg/T，氩气强搅拌135NL/min，加热温度达到1651℃。加热完毕，定氧520ppm，向渣面上分批均匀撒入精炼钢包渣改质剂240kg，根据定氧值加入铝粒77kg。炉渣终渣二元碱度达到14.3。取样，钢水的成分重量百分比为：C：0.035%，Mn：0.08%，P：0.008%，S：0.005%，其余为铁和不可避免的杂质。
（4）将钢包吊到 RH精炼炉，到站定氧测温：温度1649℃，定氧306ppm，将浸渍管浸入到钢水中，启动真空泵全泵处理。OB氧量55NM3，OB后加入小颗粒石灰石4kg/T，脱碳时间8分钟，真空度最低到0.103Kpa。脱碳后定氧398ppm，加入铝粒57kg，循环3min破真空取样分析，离站溶解氧20ppm。钢水的成分重量百分比为：C：0.0025%，Mn：0.05%，P：0.0055%，S：0.0056%，其余为铁和不可避免的杂质。
（5）钢水离站后，吊至大方坯连铸机浇铸，浇铸顺行，钢坯规格325mm×280mm。钢水的成分重量百分比为：C：0.0030%，Mn：0.05%，P：0.006%，S：0.006%，Al≤0.0017%，其余为铁和不可避免的杂质。
Claims (7)
1.一种核电用工业纯铁的生产方法，其特征在于：其将高炉铁水通过预处理脱硫后，再经AOD转炉进行铁水初脱Mn、P，得到低P、S的半钢铁水；所述半钢铁水经BOF转炉冶炼、LF炉精炼，然后钢水经RH炉进行真空脱碳、脱氧处理，即可得到所述的工业纯铁钢水，具体步骤为：
（1）高炉铁水经喷吹镁处理进行脱硫，使铁水中S≤0.006wt%；
（2）脱硫后的铁水利用AOD炉进行初步脱Mn、P操作；脱Mn、P后所得半钢铁水中的成分包括：C 3.0～3.5wt%，Mn＜0.10wt%，S≤0.006wt%，P≤0.040wt%，Si≤0.01wt%；
（3）所述半钢铁水兑入BOF转炉后进行冶炼，出钢钢水中成分重量百分比为：C≤0.04%，P≤0.007%，S≤0.006%；转炉终渣二元碱度为3～4；出钢时向钢包内加入石灰顶渣2～3kg/T，氩气强搅拌；
（4）BOF转炉的出钢钢水进LF炉精炼，加脱硫石灰2～4kg/T并升温，升温至1640～1660℃，氩气强搅拌；加热完毕进行定氧操作，关闭钢包底吹气，向渣面上加入精炼钢包渣改质剂，并加铝粒进行脱氧；精炼钢包渣改质剂加入后进行加热1～2分钟，炉渣终渣碱度控制10～15；
（5）LF炉的出钢钢水运至RH炉进行脱碳操作，进站后环流3分钟定氧；采用OB工艺进行脱碳，OB开始后采用全泵抽真空处理，最低真空度控制120Pa以下；OB结束后，从RH炉的合金料斗加入小颗粒石灰石进行脱碳处理，控制脱碳环流时间≥8分钟，脱碳结束定氧；
（6）脱碳结束后，采用铝粒脱氧；
（7）钢水处理脱氧处理后，上方坯连铸机浇铸，钢水成分质量百分比：C≤0.0030%，S、P≤0.006%，Al≤0.0050%，其余为Fe 与不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种核电用工业纯铁的生产方法，其特征在于，所述步骤（4）中，精炼钢包渣改质剂的成分重量含量为：CaO 20～28%，Al2O3 23～30%，SiO2 2～8%，S 0～0.15%，P 0～0.05%，Al 37～43%；精炼钢包渣改质剂的加入量为3kg/T。
3.根据权利要求1所述的一种核电用工业纯铁的生产方法，其特征在于：所述步骤（4）中，按照钢水定氧值450ppm为基准，铝粒加入量为：[65+([O]-450)/6]kg；每增减60ppm氧含量，铝粒加入量增减10kg。
4.根据权利要求1所述的一种核电用工业纯铁的生产方法，其特征在于：所述步骤（4）中，氩气强搅拌采用的底吹流量为100L/min～150L/min。
5.根据权利要求1所述的一种核电用工业纯铁的生产方法，其特征在于，所述步骤（5）中，进站后的定氧量为200～400ppm。
6.根据权利要求1所述的一种核电用工业纯铁的生产方法，其特征在于，所述步骤（5）中：从合金料斗加入2～5kg/T的石灰石。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种核电用工业纯铁的生产方法，其特征在于，所述步骤（6）中：铝粒脱氧后的离站氧含量控制在20～35ppm；按10kg铝粒脱氧70ppm计算铝粒用量。
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