CN107287387A - 一种含Ti钢的冶炼方法及一种AOD炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含Ti钢的冶炼方法，使各原料依次经过配料、EAF炉粗炼、AOD炉精炼、LF炉精炼后得到所述的含Ti钢；其中，所述AOD炉精炼的步骤包括：兑钢、吹氧脱碳脱氮前期、吹氧脱碳脱氮后期、还原工序、造终渣与成分调节。本发明通过增加初始碳含量增加脱碳时间来降低N的溶解度，减小AOD炉出钢钢水中的含N量，又改进了还原工序，减小AOD炉出钢钢水中的以氧化铝为典型的B类夹杂物的含量，减小了后续Ti元素加入时的耗损，提高Ti的利用率，提高含Ti钢出钢质量。本发明还公开了一种AOD炉，可以方便底部吹气管的安装，使AOD炉的倾倒均匀可调，使流渣均匀省力，减少工作量，提高流渣速度与质量。

Description

一种含Ti钢的冶炼方法及一种AOD炉

技术领域

本发明属于冶金领域，特别涉及一种特种钢的冶炼，具体来说是一种含Ti钢的冶炼方法及一种AOD炉。

背景技术

0Cr18Ni10Ti、316Ti、TP321、321H等特殊钢种中都还有Ti元素，Ti可细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度并可用来消除不锈钢的晶间腐蚀，使含Ti不锈钢强度高、耐蚀性好、耐热性高、易焊接，各种类含Ti钢以其优越的性能不断开拓应用范围。

在冶炼含Ti钢时一般要求N含量小于0.03 wt%，因Ti元素易与N反应形成以TiN为典型的夹杂物存在钢中，使钢的性能变差，且炼钢时常压下N的溶解度为0.045 wt%，因此在冶炼含Ti钢是都想降低钢中的N含量；另一方面，在AOD炉冶炼的还原期常用以铝锭为典型的金属铝进行深脱氧，生成的铝的氧化物在出钢混冲后不能充分上浮，导致钢中以氧化铝为典型的B类夹杂物偏高，而在后续加入钛时，钛会置换出氧化铝中的氧，生成以Ti2O3-Al2O3为代表的复合固溶体，影响含Ti钢出钢质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种含Ti钢的冶炼方法，能够克服现有技术的不足之处，既减小AOD炉出钢钢水中的含N量，又减小AOD炉出钢钢水中的以氧化铝为典型的B类夹杂物的含量，减小了后续Ti元素加入时的耗损，提高Ti的利用率，也减少了不良夹杂物，提高含Ti钢出钢质量。

本发明的另一个目的是提供一种AOD炉，可以方便底部吹气管的安装，助流渣装置与AOD炉配合，使AOD炉的倾倒均匀可调，使流渣均匀省力，减少工作量，并且该助流渣装置可供多种规格的AOD炉使用，结构简单、使用方便，通用性强，降低成本。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种含Ti钢的冶炼方法，该方法包括如下步骤：使各原料依次经过配料、EAF炉粗炼、AOD炉精炼、LF炉精炼后得到所述的含Ti钢；其中，所述AOD炉精炼的步骤包括：

（1）兑钢：将EAF炉制成的粗钢水通过钢包兑入AOD炉，在钢包中加石灰造渣，控制渣料中CaO/SiO2的质量分数比不小于2.0，同时补加增碳剂，使钢水的初始含碳量在2.1wt%～3.0wt%之间，钢水温度不低于1480℃；

（2）吹氧脱碳脱氮前期：不间断进行氧氩混合气搅拌，同时加入石灰进行造渣，控制钢中的含碳量始终不小于0.08wt%、控制炉温在1620℃～1700℃之间的前提下，维持吹氧脱碳脱氮前期工序的时间在40分钟以上；

（3）吹氧脱碳脱氮后期：调整氧氩混合气比例，并控制炉温在1670℃～1720℃之间，达到终点含碳量后关闭氧气供应，改为纯氩搅拌；

（4）还原：全程吹氩搅拌并适时调整流量，向钢水中加入7～10kg/t硅铁合金进行预还原，倾倒AOD炉进行流渣，留渣800～1000kg，而后直接加铝锭进行深还原，将渣扒除干净，钢水温度保持在1720℃以下；

（5）造终渣与成分调节：添加Ni合金、Cr合金进行Ni、Cr含量最终调整，补加石灰和萤石造渣，吹氩搅拌6～8分钟后出钢。

作为优选，所述步骤（2）中的氧氩混合气搅拌，采用底部氧氩混合气搅拌与顶部吹氧相结合的方式，并根据碳的实时含量适时调整氧氩比与顶部吹氧量。

作为优选，所述步骤（2）、步骤（3）、步骤（4）、步骤（5）中的吹气压力与流量的控制以不使钢水裸露翻腾为原则。

作为优选，所述步骤（2）中，当含碳量小于0.08wt%时，可通过氩气喷管向AOD炉内喷入石墨粉，补充碳含量。

作为优选，所述步骤（2）和步骤（3）中，当炉温超过1700℃时，可添加所炼钢种返回料作为冷却剂进行降温。

作为优选，在进行所述步骤（4）中的流渣工序时，于AOD炉顶部吹氩。提高流渣的顺畅性并帮助隔绝空气，避免N的吸入。

作为优选，在进行所述步骤（4）中的加铝锭深还原的后期加入少量电石渣。电石渣稀释，利于形成泡沫渣隔绝空气，防止吸氮。

作为优选，增碳剂可以是包括但不限于高碳铬铁、碳粉、石油焦。

一种AOD炉，所述AOD炉包括套设于炉底的套接组件以及与所述套接组件配合的助流渣装置；所述助流渣装置包括连接于所述套接组件底部的支撑组件，与支撑组件可拆卸连接的并且下端可拆卸地固接于地面、上端可铰接于所述套接组件的并助转动力组件。

作为优选，所述套接组件包括与AOD炉底部形状相适应的托架、多个连接所述托架并延伸至地面的托杆、设于所述托架上的至少一个锁紧插杆、设于所述托架上的助推油缸、设于所述托架底部的用于装设底部吹气管的气管套件，所述托杆上下部横设有加固板。

作为优选，所述支撑组件包括基架、设于所述基架底部的与地面接触的多个万向轮、开设于所述基架上的多个可容纳所述托杆穿过的长槽；所述多个万向轮中具有唯一一个基准轮，所述基准轮与所述助转动力组件的距离小于任意所述托杆与所述助转动力组件的距离；所述长槽与托杆的配合间隙随着托杆***长槽的深度的增加逐渐减小；所述长槽所在的基架与所述万向轮的纵向长度的总和与所述加固板距离底面的距离相适应。

作为优选，所述助转动力组件包括与所述套接组件连接的圆弧形头部件、与地面连接的底架、设于所述底架上的倾倒动力源、连接所述圆弧形头部件与所述底架的圆弧形层套式导轨、分别活动连接所述底架与所述支撑组件的连接件。

作为优选，所述圆弧形层套式导轨包括套接所述圆弧形头部件的导轨头段、与所述底架固接的导轨尾段、连接所述导轨头段与导轨尾段的多级导轨中间段；所述圆弧形头部件上设有用于限位并抵接所述导轨头段的凸块；所述圆弧形层套式导轨的弧形中心与所述基准轮的旋转中心一致；所述圆弧形头部件与所述倾倒动力源钢索连接，钢索外固定有包覆所述钢索的层套式引导件。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

在步骤（1）中加入增碳剂，可以在氧的作用下使钢水表面形成CO小气泡，形成负压而降低氮的分压，促进脱氮以及钢液表面气体覆盖，从而有利于隔绝空气，减少氮的吸入，同时也减少了氩气的使用，并有利于前期炉温的提高，也有助于前期成渣；更重要的，提高了兑钢时钢水的初始碳含量，从而延长步骤（2）的吹氧脱碳脱氮的时间。

在步骤（2）中，通过适时加入增碳剂或者冷却剂合理控制碳含量、炉温等变化参数，辅以氧氩混合气的吹入，保证了维持长时间的高效的吹氧脱碳的可操作性，使AOD炉在较高温度下维持较长时间，从而减少氧对钢液脱氮的阻碍作用，同时，吹氧脱碳时生成大量CO气泡，形成小真空室，使氮的分压极低，促进钢液中的N进入CO气泡中而被带走并减少N的吸入；另一方面，碳氧反应区内的温度远高于整个钢液的平均温度，局部温度可达2510℃，在该温度下，钢中的N与氧反应生成NO并随CO气泡排出。从而延长了吹氧脱碳时间，保持较长时间下的较高炉温，大大降低了N在钢中的溶解度，促进了N的析出，辅以全程的吹氩搅拌，促渣上浮并防止N的吸入，从而大大减少了AOD炉出炉钢水中的N含量，提高Ti的利用率，减少了不良夹杂物，提高含Ti钢出钢质量。

在步骤（2）中进行造渣，在吸附杂质、硫等有害元素的同时，基于以下公式：

[FeS]=(FeS)

(FeS)+(CaO)=(CaS)+(FeO)

(FeO)+C=[Fe]+CO↑

即造渣脱硫的同时又可以脱碳，在钢液表面形成CO气泡，促进钢液脱氮并减少N的吸入。

在步骤（2）中维持碳含量不低于0.08wt%，可保证脱碳速度不会显著减慢，避免碳氧反应放出的热量大大减少而增加热损失，避免产生并加重铬等其他元素的烧损，也促进炉温的稳定维持。

在步骤（4）中，硅铁进行预还原期之后不进行扒渣，而只进行倾倒流渣，留渣800～1000kg，保证流渣后仍具有一定的渣含量，保持渣的流动性和隔绝空气的能力，而后直接加入铝锭进行深还原，在深还原后进行扒渣。Al的加入提前至预还原结束之后，维持只有一次扒渣工序的前提下将扒渣推迟至加Al之后，加快了还原步骤，不增加扒渣次数，仅仅增加了需要付出少量劳动强度的流渣过程的情况下，深还原后的渣被基本拔除干净，大大减少以氧化铝为代表的B类夹杂物的含量，使得在出钢混冲时不产生过多的氧化铝夹杂，提高Ti的利用率，也减少了不良夹杂物，提高含Ti钢出钢质量。

一种AOD炉，可以方便底部吹气管的安装，助流渣装置与AOD炉配合，使AOD炉的倾倒均匀可调，使流渣均匀省力，减少工作量。

具体的，套接组件设于炉体底，与炉底形状相适应，方便AOD炉在使用行车进行检查、修理时来回定位，并在AOD炉倾倒时作为支撑和维持炉体稳定的基础，气管套件设置在套接组件底部，方便底部吹气管的拆解，助推油缸推力大且平稳，帮助重量大、重心高的AOD炉产生初始转动，减轻主动力的负担，支撑组件上的长槽与套接组件上的托杆配合，实现支撑组件与套接组件的连接与定位；在移动助流渣装置时，助转动力组件与支撑组件连接，圆弧形层套式导轨可收拢在底架上，助转动力组件随着支撑组件一同靠近套接组件，待支撑组件与套接组件连接完毕，提起圆弧形层套式导轨，将圆弧形头部件连接至套接组件上，将底架固定在地面上，而后将助转动力组件与支撑组件脱开，即完成了AOD炉倾倒的准备工作，在助推油缸的帮助下，以基准轮的旋转中心为中心，助转动力组件较为省力的将AOD炉逐渐倾倒，倾倒动力源可以是卷扬机，可以是电动葫芦用电机等卷绕设备，且圆弧形层套式导轨的弧形中心与基准轮的旋转中心一致，使AOD炉的倾倒均匀可控，止倒油缸可防止AOD炉倾倒角度过大时突然快速下落，减轻助转动力组件的受力，增加安全性。

附图说明

图1为直立状态下AOD炉的结构示意图；

图2为倾倒状态下AOD炉的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及优选的方案对本发明做进一步详细的说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1：本实施例冶炼的不锈钢钢种是0Cr18Ni10Ti，Ti的合格质量分数区间为5倍的C的质量分数至0.7wt%，AOD炉处理后所加钛合金中钛的质量分数为90%。

钢种成品成分见表1。（质量分数，%）

本不锈钢的工艺生产路线：原料—EAF—AOD—LF—模铸。

AOD兑钢后钢水总重20吨，加石灰1.2吨，控制渣料中CaO/SiO2的质量分数比不小于2.0，同时补加高碳铬铁270kg，钢水温度为1500℃。成分见表2。（质量分数，%）

进入吹氧脱碳前期工序，氧氩混合气搅拌，控制钢中的含碳量在0.08wt%以上，控制炉温在1620℃～1700℃之间，维持所述吹氧脱碳脱氮前期工序的时间在40分钟以上；

进入吹氧脱碳后期工序，调整氧氩混合气比例，并控制炉温在1670℃～1720℃之间，当C含量达到0.015 wt%时关闭氧气供应，改为纯氩搅拌，钢水温度为1720℃。

进入还原工序，全程吹氩搅拌，加硅铁合金290kg，预还原后流渣至炉内剩余800～1000kg左右渣量，加入铝锭40kg，搅拌后拉渣至尽可能渣拉尽。

进入造终渣与成分调节工序，添加Ni合金、Cr合金进行Ni、Cr含量最终调整，加入石灰380kg，萤石180kg造渣，吹氩搅拌8min后出钢。出钢质量为23吨。

成分见表-3。（质量分数，%）

出钢期在钢包内提前加入钛合金150kg，钛的质量分数比最终为0.39%。经LF炉处理约30分钟后浇铸。

实施本发明的方法，钛含量的损失量为（0.39%*23000）/（150*90%）*100%=66.44%。

对比实施例一

本实施例冶炼的不锈钢钢种是0Cr18Ni10Ti，Ti的合格质量分数区间为5倍的C的质量分数至0.7wt%，AOD炉处理后所加钛合金中钛的质量分数为90%。

钢种成品成分见表4。（质量分数，%）

本不锈钢的工艺生产路线：原料—EAF—AOD—LF—模铸。

EAF炉兑钢成分见表5。（质量分数，%）

AOD兑钢后加石灰1.6吨，然后吹氧脱碳，当C的质量百分数为0.016，钢水温度为1702℃。加硅铁合金380kg，预还原后拉渣至尽可能渣拉尽，进入还原期。还原期加入石灰360kg，萤石130kg，铝锭40kg造渣，添加Ni合金、Cr合金进行Ni、Cr含量最终调整,搅拌6min后出钢。出钢质量为23吨。

出钢成分见表6。（质量分数，%）

出钢期在钢包内提前加入钛合金150kg，钛的质量分数比最终为0.31%。经LF炉处理约30分钟后浇铸。

实施该实施例的冶炼方法，钛含量的损失量为（0.31%/*23000）/（150*90%）*100%=52.81%。

如图1、2所示，一种AOD炉，所述AOD炉包括套设于炉底的套接组件6以及与所述套接组件6配合的助流渣装置；所述助流渣装置包括连接于所述套接组件6底部的支撑组件7，与支撑组件7可拆卸连接的并且下端可拆卸地固接于地面、上端可铰接于所述套接组件6的并助转动力组件8。

套接组件6包括与AOD炉底部形状相适应的托架61、多个连接托架61并延伸至地面的托杆62、设于托架61上的至少一个锁紧插杆63、设于托架61上的助推油缸64、止倒油缸66、设于托架61底部的用于装设底部吹气管的气管套件65，托杆62上下部横设有加固板67。套接组件6设于炉体底，与炉底形状相适应，方便AOD炉在使用行车进行检查、修理时来回定位，并在AOD炉倾倒时作为支撑和维持炉体稳定的基础，气管套件65设置在套接组件底部，方便底部吹气管的拆解， AOD炉在流渣时需要进行倾倒，在倾倒初期，由于AOD炉重量大，势能大，倾倒初期较困难，助推油缸65推力大且平稳，帮助重量大、重心高的AOD炉产生初始转动，减轻的负担，止倒油缸66可防止AOD炉倾倒角度过大时突然快速下落，减轻主动力的受力，增加安全性。

支撑组件7包括基架71、设于所述基架71底部的与地面接触的多个万向轮、开设于基架71上的多个可容纳托杆62穿过的长槽711；多个万向轮中具有唯一一个基准轮72，基准轮72与助转动力组件8的距离小于任意所述托杆62与助转动力组件8的距离。长槽711与托杆62配合，且长槽711与托杆62的配合间隙随着托杆***长槽的深度的增加逐渐减小，较大的初始间隙方便的初始连接，并使连接随着相互的接触深度的增加越来越准确和紧密，从而实现支撑组件7与套接组件6的连接与定位；长槽711所在的基架与所述万向轮的纵向长度的总和与加固板67距离底面的距离相适应，保证纵向长度上支撑组件7与套接组件6的接触紧密，防止AOD炉在倾倒时产生纵向跳动，额外增加受力。

进一步的，助转动力组件8包括与套接组件6连接的圆弧形头部件81、与地面连接的底架82、设于底架82上的倾倒动力源83、连接圆弧形头部件81与底架82的圆弧形层套式导轨84、分别活动连接底架82与支撑组件7的连接件85。

圆弧形层套式导轨84包括套接圆弧形头部件81的导轨头段841、与底架82固接的导轨尾段842、连接导轨头段841与导轨尾段842的多级导轨中间段843；导轨头段841最小，导轨尾段842最大，顺着导轨头段841至导轨尾段842的方向逐级套接在外。

圆弧形头部件81上设有用于限位并抵接导轨头段841的凸块811；圆弧形层套式导轨84的弧形中心与基准轮72的旋转中心一致；圆弧形头部件81与倾倒动力源83钢索连接，钢索外固定有包覆钢索的层套式引导件。

在移动助流渣装置时，助转动力组件8与支撑组件7连接，圆弧形层套式导轨84收拢在底架82上，助转动力组件8随着支撑组件7一同靠近套接组件6，待支撑组件7与套接组件6连接完毕，提起圆弧形层套式导轨84，将圆弧形头部件81连接至套接组件6上，将底架82固定在地面上，而后将助转动力组件8与支撑组件7脱开，即完成了AOD炉倾倒的准备工作，在助推油缸64的帮助下，以基准轮72的旋转中心为中心，助转动力组件8较为省力的将AOD炉逐渐倾倒，倾倒动力源83可以是卷扬机，可以是电动葫芦用电机等卷绕设备，且圆弧形层套式导轨84的弧形中心与基准轮72的旋转中心一致，使AOD炉的倾倒均匀可控。从而使含钛钢在AOD炉中冶炼时的流渣过程均匀稳定，方便可控，大大降低了工人劳动强度和流渣效率与质量。

Claims (10)

1.一种含Ti钢的冶炼方法，该方法包括如下步骤：使各原料依次经过配料、EAF炉粗炼、AOD炉精炼、LF炉精炼后得到所述的含Ti钢；其中，所述AOD炉精炼的步骤包括：

（1）兑钢：将EAF炉制成的粗钢水通过钢包兑入AOD炉，在钢包中，加石灰造渣，控制渣料中CaO/SiO2的质量分数比不小于2.0，同时补加增碳剂，使钢水的初始含碳量在2.1wt%～3.0wt%之间，钢水温度不低于1480℃；

（2）吹氧脱碳脱氮前期：不间断进行氧氩混合气搅拌，同时加入石灰进行造渣，控制钢中的含碳量始终不小于0.08wt%、控制炉温在1620℃～1700℃之间的前提下，维持所述吹氧脱碳脱氮前期工序的时间在40分钟以上；

（3）吹氧脱碳脱氮后期：调整氧氩混合气比例，并控制炉温在1670℃～1720℃之间，达到终点含碳量后关闭氧气供应，改为纯氩搅拌；

（4）还原：全程吹氩搅拌并适时调整流量，向钢水中加入7～15kg/t硅铁合金进行预还原，倾倒AOD炉进行流渣，留渣800～1000kg，而后直接加铝锭进行深还原，将渣扒除干净，钢水温度保持在1720℃以下；

（5）造终渣与成分调节：添加Ni合金、Cr合金进行Ni、Cr含量最终调整，补加石灰和萤石造渣，吹氩搅拌6～8分钟后出钢。

2.根据权利要求1所述的一种含Ti钢的冶炼方法，其特征在于：所述步骤（2）中，当含碳量小于0.08wt%时，可通过氩气喷管向AOD炉内喷入石墨粉，补充碳含量。

3.根据权利要求1所述的一种含Ti钢的冶炼方法，其特征在于：所述步骤（2）和步骤（3）中，当炉温超过1700℃时，可添加所炼钢种返回料作为冷却剂进行降温。

4.根据权利要求1所述的一种含Ti钢的冶炼方法，其特征在于：在进行所述步骤（4）中的流渣工序时，于AOD炉顶部吹氩。

5.根据权利要求1所述的一种含Ti钢的冶炼方法，其特征在于：在进行所述步骤（4）中的加铝锭深还原的后期加入少量电石渣。

6.一种AOD炉，其特征在于：所述AOD炉包括套设于炉底的套接组件（6）以及与所述套接组件（6）配合的助流渣装置；所述助流渣装置包括连接于所述套接组件（6）底部的支撑组件（7），与支撑组件（7）可拆卸连接的并且下端可拆卸地固接于地面、上端可铰接于所述套接组件（6）的并助转动力组件（8）。

7.根据权利要求6所述的一种AOD炉，其特征在于：所述套接组件（6）包括与AOD炉底部形状相适应的托架（61）、多个连接所述托架（61）并延伸至地面的托杆（62）、设于所述托架（61）上的至少一个锁紧插杆（63）、设于所述托架（61）上的助推油缸（64）、止倒油缸（66）、设于所述托架（61）底部的用于装设底部吹气管的气管套件（65），所述托杆（62）上下部横设有加固板。

8.根据权利要求7所述的一种AOD炉，其特征在于：所述支撑组件（7）包括基架（71）、设于所述基架（71）底部的与地面接触的多个万向轮、开设于所述基架（71）上的多个可容纳所述托杆（62）穿过的长槽（711）；所述多个万向轮中具有唯一一个基准轮（72），所述基准轮（72）与所述助转动力组件（8）的距离小于任意所述托杆（62）与所述助转动力组件（8）的距离；所述长槽（711）与托杆（62）的配合间隙随着托杆***长槽的深度的增加逐渐减小；所述长槽所在的基架与所述万向轮的纵向长度的总和与所述加固板距离底面的距离相适应。

9.根据权利要求8所述的一种AOD炉，其特征在于：所述助转动力组件（8）包括与所述套接组件（6）连接的圆弧形头部件（81）、与地面连接的底架（82）、设于所述底架（82）上的倾倒动力源（83）、连接所述圆弧形头部件（81）与所述底架（82）的圆弧形层套式导轨（84）、分别活动连接所述底架（82）与所述支撑组件（7）的连接件（85）。

10.根据权利要求9所述的一种AOD炉，其特征在于：所述圆弧形层套式导轨（84）包括套接所述圆弧形头部件（81）的导轨头段（841）、与所述底架（82）固接的导轨尾段（842）、连接所述导轨头段（841）与导轨尾段（842）的多级导轨中间段（843）；所述圆弧形头部件（81）上设有用于限位并抵接所述导轨头段（841）的凸块（811）；所述圆弧形层套式导轨（84）的弧形中心与所述基准轮（72）的旋转中心一致；所述圆弧形头部件（81）与所述倾倒动力源（83）钢索连接，钢索外固定有包覆所述钢索的层套式引导件。