CN115109894B - 一种冶炼不锈钢脱硅期控制喷溅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及炼钢领域。一种冶炼不锈钢脱硅期控制喷溅的方法，包括以下步骤：（1）将高硅预熔液装入AOD炉，测温取样；（2）根据入炉条件计算冷料加入量、石灰加入量、及氧气吹氧量；（3）吹氧量达80‑90%时开始观察炉口火焰；（4）停吹后，使用底吹搅拌；（5）摇炉到85°‑90°，将低碱度渣倒入渣锅，摇炉至0°到‑4°开始正常冶炼。该方法在保证脱硅的同时降低了合金的氧化，通过合理控制脱硅期终点炉渣物化特性，保证渣的流动性，保证成功倒出低碱度渣，为后续脱碳创造良好条件。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢领域，特别是涉及一种冶炼不锈钢脱硅期控制喷溅的方法。
背景技术
目前为进一步降低不锈钢冶炼成本，不锈钢冶炼工艺得到了很大的发展。随着新工艺的开发AOD冷料加入量开始变大，高碳高硅的物料成为不锈钢生产的主流。实际生产过程中预溶液碳硅含量大幅升高，入炉硅含量最高达到5%（质量百分比），碳含量也升高到2-5%（质量百分比），为解决硅元素氧化后渣量大的问题，开发出了脱硅末期将低碱度渣及时倒出的操作方法（将高硅预熔液吹炼前期Si大量氧化到碳氧反应开始剧烈前定义为脱硅期）。硅含量高的预熔液吹炼前期预熔液带入的硅元素优先被氧化生成炉渣，随着硅的氧化，炉渣碱度降低，表面张力变大，加上良好的流动性和不透气性为泡沫渣的形成提供了基础；随着吹氧的进一步进行，钢水中硅含量降低，渣中Cr2O3含量迅速上升，温度随之升高，碳氧反应进一步加剧，形成的大量气体为炉渣的泡沫化提供了动力条件；随着硅元素的大量氧化，渣中氧化硅含量迅速上升，渣量迅速增加、炉内渣层变厚、炉渣粘度升高,碳氧反应生成的大量一氧化碳气体排出更加困难，为喷溅提供了渣量条件。碱度、温度、渣量、碳氧反应条件均满足后，就会形成大量泡沫渣涌出炉口，发生喷溅造成事故，同时渣中大量的合金氧化物随喷溅流失，造成合金成本的损失。
脱硅期炉渣碱度、熔池温度、渣量、碳氧反应、吹氧量控制以及预熔液中的硅含量控制都是影响喷溅的重要因素，控制不当极易发生喷溅。
中国专利CN105525055 B公开了“一种转炉少渣冶炼脱碳期喷溅的控制方法”，该专利针对入炉铁水Si的质量分数在0.2-0.7%之间，转炉脱碳期的喷溅控制，主要通过控制顶枪枪位和供氧操作，以及通过加入辅料和炉渣碱度控制，达到控制喷溅的效果，对于不锈钢冶炼适用性不强，同时无法解决不锈钢硅大于1.0%预熔液的生产问题。中国专利CN10877614B公开了“一种抑制转炉冶炼前期喷溅的方法”，该专利主要是通过控制吹炼前期顶枪枪位和氧压，以及增大底吹搅拌效果控制喷溅，只能通过氧枪操作抑制喷溅，但无法降低渣量，从根本上解决喷溅问题。中国专利CN 105755199B 公开了“针对转炉冶炼高硅铁水的防喷溅冶炼控制”，该转炉通过在放渣阶段倒掉脱硅渣，冶炼阶段控制顶枪枪位和供氧强度、控制终渣二元碱度达到控制喷溅目的，但该专利提供的控制方法，为保证倒渣时渣的流动性，需要炉渣足够的金属氧化，不锈钢生产过程中将无法避免预熔液中铬元素的大量氧化，倒渣时会造成大量合金的损失。
申请人在实践研究中发现，以上控制喷溅的方法主要针对转炉冶炼碳钢能有效控制喷溅，但对于合金含量高的不锈钢冶炼并不适用，无法解决不锈钢渣中金属氧化物损失的问题，也无法避开AOD炉容比小的问题。AOD在使用硅含量较高预熔液冶炼不锈钢的过程中，由于炉容比（0.52m3/t）远小于转炉，使用以上方法无法很好的控制喷溅，同时容易造成合金随炉渣的大量流失，这就急需找出一种专门针对AOD脱硅期炉渣控制方法，在保证铬合金不流失的情况下，控制AOD前期喷溅。
发明内容
本发明的目的就是针对上述问题，提供一种冶炼不锈钢脱硅期控制喷溅的方法。
本发明的目的是这样实现的：一种冶炼不锈钢脱硅期控制喷溅的方法，包括以下步骤：（1）将高硅预熔液装入AOD炉，测温取样；（2）根据入炉条件计算冷料加入量、石灰加入量、及氧气吹氧量，计算公式如下：1）冷料加入量计算公式如下：冷料加入量=（入炉硅含量-0.35%）×31÷8+前期物料Si含量÷兑钢量×31÷8；终点Si含量控制在0.2-0.5%，吹炼0.1%，Si含量升温28-35℃，每吨冷料降温7-11℃；2）吹炼脱硅期补充石灰，确保脱硅末期二元碱度控制在1.3-1.5之间，计算公式如下：石灰加入量=（（入炉硅含量-0.35%）×兑钢量+前期物料Si含量）×2.14×1.4；终点Si含量控制在0.2-0.5%，脱硅终点二元碱度控制在1.2-1.6；3）脱硅期吹氧量计算公式如下：脱硅期吹氧量=（（入炉硅-0.35%）×兑钢量×0.8+前期物料Si含量×0.8）÷氧气利用率；终点Si含量控制在0.2-0.5%，氧气利用率取值65%-85%；吹氧量根据入炉硅、碳含量的不同脱硅利用率在65%-85%之间；（3）吹氧量达80-90%时开始观察炉口火焰，当出现火焰外溢，炉口偶有少量炉渣飞溅时，碳氧反应开始加剧，渣层开始泡沫化，此时停吹；（4）停吹后，使用底吹搅拌，利用钢渣良好的流动性和钢液中残留的Si对渣中氧化铬进行还原；（5）摇炉到85°-90°，将低碱度渣倒入渣锅，摇炉至0°到-4°开始正常冶炼。
开吹后供氧强度控制在1.7-1.9 Nm3/(min/t)，枪位采用低枪位操作。
吹炼过程中根据吹氧量和吹氧时间分批次将降温冷料加入熔池内，加料遵循匀速，确保熔池温度稳定在1450-1550℃之间。
侧枪使用惰性气体搅拌，搅拌流量控制在0.7-1.1Nm3/(min/t)，搅拌时间控制在3-5分钟。
本发明的有益效果是：本方法合理控制不锈钢冶炼脱硅期炉渣碱度、熔池温度、脱硅终点Si含量，合理控制脱硅期吹氧量，有效控制不锈钢冶炼脱硅期喷溅。该方法在保证脱硅的同时降低了合金的氧化，通过合理控制脱硅期终点炉渣物化特性，保证渣的流动性，保证成功倒出低碱度渣，为后续脱碳创造良好条件。
具体实施方式
本方法创新性的提出：合理的控制AOD吹炼前期的炉渣温度、碱度等物理化学性质，在脱硅期做到碳氧反应可控，提高脱硅氧气利用率，在脱硅的同时避免合金的大量氧化；合理控制吹氧量，充分脱硅的同时控制脱硅末期预熔液中的Si含量；将脱硅末期熔池温度及炉渣碱度控制在合理范围内，从而保证脱硅末期炉渣的流动性，保证后续倒渣效果良好。
申请人通过对于炉渣CaO-SiO2-MgO-Cr2O3四元相图分析可知：熔池温度应该控制在1480-1530℃之间，对于炉渣物化性能最好，炉渣物化性质控制在绿色区域内可以很好的保证脱硅末期炉渣良好的流动性，对于渣中金属氧化物还原和倒渣都很有利。因此炉渣碱度应控制在1.3-1.5之间，钢液Si含量控制在0.3%-0.4%，温度在1500℃左右。
对于硅元素与铬元素氧化还原反应如下：Cr2O3+Si→Cr+SiO2，理论计算1500℃时，钢液中硅含量高于0.35%，渣中碱度1.4时，渣中Cr2O3平衡含量在1.2-1.8%之间，处于成本可接受程度。因此脱硅末期Si含量控制在0.3%-0.4%较为合理。
本发明具体技术方案如下：
1）将高硅预熔液装入AOD炉，测温取样。
2）根据入炉条件计算冷料加入量、石灰加入量、及氧气吹氧量，计算公式如下：①冷料加入量保证脱硅期温度平衡，避免温度上升过快，导致碳氧反应剧烈，造成喷溅，计算公式如下：冷料加入量=（入炉硅含量-0.35%）×31÷8+前期物料Si含量÷兑钢量×31÷8，终点Si含量控制在0.35%；吹炼0.1%Si含量升温31℃；每吨冷料降温8℃。②吹炼脱硅期补充石灰，确保脱硅末期二元碱度控制在1.3-1.5之间，计算公式如下：石灰加入量=（（入炉硅含量-0.35%）×兑钢量+前期物料Si含量）×2.14×1.4，终点Si含量控制在0.35%；脱硅终点二元碱度控制在1.4。③脱硅氧气量确保预熔液中Si含量达到目标值的同时，避免吹氧量过多，导致脱硅终点Si含量低渣中铬氧化物含量高，同时Si含量过低还有可能造成碳氧反应剧烈，引发喷溅。脱硅期吹氧量计算公式如下： 脱硅期吹氧量=（（入炉硅-0.35%）×兑钢量×0.8+前期物料Si含量×0.8）÷氧气利用率，终点Si含量控制在0.35%；氧气利用率取值65%-85%；吹氧量根据入炉硅、碳含量的不同脱硅利用率在65%-85%之间波动，氧气利用率入炉硅碳含量的变化而变化，入炉碳高，硅低会导致脱硅氧气利用率降低。
3）吹氧量达85%时开始观察炉口火焰，当出现火焰外溢，炉口偶有少量炉渣飞溅时，碳氧反应开始加剧，渣层开始泡沫化，此时停吹。
4）停吹后，使用底吹搅拌，利用钢渣良好的流动性和钢液中残留的Si对渣中氧化铬进行还原。
5）摇炉至85至90°，将低碱度渣倒入渣锅，摇炉至-3°开始正常冶炼。
具体实施步骤如下：
1）兑入不锈钢预熔液后测温取样，根据入炉条件计算石灰加入量、吹氧量及冷料加入量。
2）开吹后供氧强度控制在1.7-1.9 Nm3/(min/t)，枪位采用低枪位操作。
3）开始吹炼后加入石灰造渣，根据计算值控制在20-30Kg/t。
4）吹炼过程中根据吹氧量和吹氧时间分批次将降温冷料加入熔池内，加料遵循匀速，确保熔池温度稳定在1450-1550℃之间。
5）冷料加入遵循高硅高碳物料优先，合金成分高的重型料优先原则。
6）吹氧至目标值时，观察火焰颜色，温度升高且有少许炉渣向外飞溅时，停止吹氧。
7）侧枪使用惰性气体搅拌，搅拌流量控制在0.9Nm3/(min/t)，搅拌时间控制在3-5分钟。
8）摇炉到85°至90°将低碱度渣倒入渣锅，至炉渣无法流出后，摇炉至-3°开始正常冶炼。
实施例1
180吨AOD生产SUS304不锈钢，采用中频炉+AOD+LF+CC工艺。
1）兑钢量108t，兑钢成分：C:3.53%，Si:3.15%,Cr:21.54,Ni:4.51%;兑钢温度1408℃。
2）兑钢后摇炉至-3°开始吹炼，氧枪流量220Nm3/min,枪位1.9m，侧枪主气使用氧气80Nm3/min，氮气20Nm3/min；开始吹炼后加入石灰5t。
3）吹炼4min后，吹氧量达到1400Nm3停吹料槽加入冷料55t，继续采用上述参数吹炼。
3）吹炼至3000Nm3氧气时，加入石灰5t,开始匀速加入高位30t冷料，冷料加入速度控制在3t/min。
4)吹炼至4000 Nm3氧气时，再加入石灰4t，吹炼参数不变继续吹炼。
5）吹氧量达到6500Nm3时停氧，侧枪流量100 Nm3/min，搅拌3.5min后，摇炉倒渣，测温：1501℃，取样成分：C:3.24%,Si:0.26%.符合目标要求，脱硅末期渣流动性良好，渣中Cr2O3含量2.27%，符合目标要求。
本实例中，造渣石灰加入量更加吹氧量逐步增加，控制冷料加入速度，熔池温度稳定，脱硅效果良好，未出现脱硅期喷溅现象。
实施例2
180吨AOD生产SUS316不锈钢，采用（中频炉+电炉）+AOD+LF+CC工艺。
1）兑钢量180t，兑钢成分：C:2.499%，Si:1.19%,Cr:19.07,Ni:4.35%;兑钢温度1552℃。
2）兑钢后摇炉至-3°开始吹炼，氧枪流量180Nm3/min,枪位1.8m，侧枪主气使用氧气80Nm3/min，氮气20Nm3/min；开始吹炼后加入石灰5t。
3）吹炼2min后，吹氧量达到800Nm3开始匀速加入高位20t冷料，冷料加入速度控制在3t/min。
4)吹炼至1500Nm3氧气时，再加入石灰2t，吹炼参数不变继续吹炼。
5）吹氧量达到2500Nm3时停氧，侧枪流量100 Nm3/min，搅拌4.0min后，摇炉倒渣，测温：1552℃，取样成分：C:2.15%,Si:0.31%.符合目标要求，脱硅末期渣流动性良好，渣中Cr2O3含量2.03%，符合目标要求。
本实例中，造渣石灰加入量更加吹氧量逐步增加，控制冷料加入速度，熔池温度稳定，脱硅效果良好，未出现脱硅期喷溅现象。
本方法合理控制不锈钢冶炼脱硅期炉渣碱度、熔池温度、脱硅终点Si含量，合理控制脱硅期吹氧量，有效控制不锈钢冶炼脱硅期喷溅。该方法在保证脱硅的同时降低了合金的氧化，通过合理控制脱硅期终点炉渣物化特性，保证渣的流动性，保证成功倒出低碱度渣，为后续脱碳创造良好条件。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (1)
1.一种冶炼不锈钢脱硅期控制喷溅的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将高硅预熔液装入AOD炉，测温取样；
（2）根据入炉条件计算冷料加入量、石灰加入量、及氧气吹氧量，计算公式如下：
1）冷料加入量计算公式如下：冷料加入量=（入炉硅含量-0.35%）×31÷8+前期物料Si含量÷兑钢量×31÷8；终点Si含量控制在0.2-0.5%，吹炼0.1%，Si含量升温28-35℃，每吨冷料降温7-11℃；
2）吹炼脱硅期补充石灰，确保脱硅末期二元碱度控制在1.3-1.5之间，计算公式如下：石灰加入量=（（入炉硅含量-0.35%）×兑钢量+前期物料Si含量）×2.14×1.4；终点Si含量控制在0.2-0.5%，脱硅终点二元碱度控制在1.2-1.6；吹炼过程中根据吹氧量和吹氧时间分批次将降温冷料加入熔池内，加料遵循匀速，确保熔池温度稳定在1450-1550℃之间；
3）脱硅期吹氧量计算公式如下：脱硅期吹氧量=（（入炉硅-0.35%）×兑钢量×0.8+前期物料Si含量×0.8）÷氧气利用率；终点Si含量控制在0.2-0.5%，氧气利用率取值65%-85%；
（3）吹氧量达80-90%时开始观察炉口火焰，当出现火焰外溢，炉口偶有少量炉渣飞溅时，碳氧反应开始加剧，渣层开始泡沫化，此时停吹；
（4）停吹后，使用底吹搅拌，利用钢渣良好的流动性和钢液中残留的Si对渣中氧化铬进行还原；
（5）摇炉到85°-90°，将低碱度渣倒入渣锅，摇炉至0°到-4°开始正常冶炼。
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