一種不鏽鋼的AOD冶煉工藝的製作方法
2023-05-02 14:06:06 1
本發明涉及一種冶煉不鏽鋼的方法，尤其是一種不鏽鋼的AOD冶煉工藝。
背景技術：
當前我國鋼鐵工業正處於結構調整階段，特鋼比例逐漸增大，而不鏽鋼和耐熱鋼又佔據特鋼領域絕大部分份額，其發展質量好壞直接制約著企業的生存。AOD作為冶煉不鏽鋼和耐熱鋼的主流設備，其生產量佔據不鏽鋼和耐熱鋼總量的80%以上。但在AOD操作過程中存在理念上的較大差別，表現最為突出的是以下幾點：（1）加入冷料的時間以及加料速度；（2）主吹期鉻氧化量的控制；（3）動態脫碳期爐渣鹼度的控制。
由於各鋼廠在以上三點理論上存在不統一性，沒有形成明確的理念，導致操作上差異很大，主要表現在：（1）冶煉周期的不穩定性：同樣的原材料，同樣的鋼種，由於理念上的不同，或者沒有明確的操作思路，導致冶煉周期差別很大，少則十幾分，多則幾十分。而且周期穩定性很差，給生產組織和成本造成巨大浪費。
（2）生產事故頻發：氧槍粘鋼、鋼渣噴濺。氧槍粘鋼給安全生產帶來很大隱患；鋼渣噴濺導致煙罩、煙道及早損毀，惡化工人的操作環境。
（3）冶煉成本的升高：冶煉周期延長，導致熱損失增加，爐齡降低，連澆爐數下降；造成耐材消耗升高，合金矽鐵消耗升高，渣料石灰、螢石消耗升高，鋼水回收率降低，連鑄操作費用升高等，使產品競爭力下降。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種能快速脫碳的不鏽鋼的AOD冶煉工藝。
為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是：根據鋼種成分要求以及各元素的化學升溫參數，計算物料平衡和熱平衡，確定各原料的加入量；計算目標要求：主吹脫碳期結束形成的爐渣鹼度為3.0～4.0，主吹結束溫度控制在1680～1700℃。
本發明所述計算目標要求中，主吹脫碳期結束時爐渣中氧化鉻含量為10%～20%，渣量≤75公斤/噸鋼。
本發明所述計算時各化學元素的升溫參數為：1wt%碳升溫115℃，1wt%矽升溫343℃，1wt%鉻升溫100℃，1wt%鐵升溫40℃。
採用上述技術方案所產生的有益效果在於：本發明能降低冶煉成本、穩定生產秩序；可明顯縮短冶煉周期，降低物料消耗，增加連澆爐數；幫助煉鋼廠依據原材料條件，通過物料平衡和熱平衡計算，合理選擇設備的投入，以避免設備選型失誤。
具體實施方式
本不鏽鋼的AOD冶煉工藝採用下述工藝步驟：
（1）確定各種原輔材料化學成分、溫度，主要包括入爐母液的溫度、化學成分；以及各種廢金屬料、合金的化學成分、溫度。
（2）選擇脫碳主吹期結束時的溫度以及還原後爐渣鹼度：主吹結束溫度控制在1680～1700℃；溫度太高，易使爐渣軟化，不利於氣體排出，同時危害爐襯壽命；溫度太低，不利於碳的氧化去除。還原後爐渣鹼度依據成品鋼中鉻含量的高低，一般控制在1.6～2.0，主要是保證脫碳期渣中氧化鉻的充分還原和還原期螢石加入量的控制。成品鋼要求鉻含量高，還原難度大時，鹼度選擇上限；成品鋼中鉻含量要求低，還原難度小時，鹼度選擇下限。在保證鉻充分還原的前提下，儘量選擇較低的鹼度，這樣可以減少貴重輔料螢石的加入量。成品鋼鉻含量在12%左右，還原鹼度可控制在1.6；成品鋼鉻含量在16%左右，還原鹼度可控制在1.8左右；成品鋼鉻含量在20%左右，還原鹼度可控制在2.0左右。
（3）明確各元素化學升溫參數：1wt%碳升溫115℃（二次燃燒率30%），1wt%矽升溫343℃，1wt%鉻升溫100℃，1wt%鐵升溫40℃。
（4）確定工藝要求的出鋼量、脫碳主吹結束時的爐渣鹼度、渣中氧化鉻含量：爐渣鹼度3.0～4.0，最好為3.5；爐渣中氧化鉻含量10wt%～20wt%，最好為15wt%；渣量≤75公斤/噸鋼。
目標參數的控制主要是為了出鋼量達到工藝要求；脫碳主吹期結束時，形成有利於快速脫碳的爐渣結構，也就是適宜的爐渣鹼度和渣中氧化鉻含量。其目標參數控制的理由是脫碳期鹼度如果低於3.0，爐渣呈粘糊狀或者流動性較好的稀渣，這樣會造成CO難於排出，增加脫碳難度。脫碳期鹼度如果高於4.0，甚至更高，會造成氧化鉻呈酸性，形成鉻酸鹽，降低氧化鉻的活度；進而有利於鉻的氧化而不利於碳的氧化，這樣就增加了脫碳的難度。氧化鉻是一種兩性氧化物，在高鹼度渣中呈酸性，在低鹼度渣中呈鹼性，因而脫碳期鹼度太高或太低，都不利於脫碳。至於控制渣中氧化鉻含量的理由是，適量氧化鉻可以提高渣中氧化鉻活度，抑制鉻的氧化；但氧化鉻含量不能太高，否則會造成還原矽鐵消耗量增加，只要能夠保證有利於脫碳，抑制鉻氧化即可。
（5）運用物料平衡和熱平衡計算出入爐母液的加入量，以及各種合金、廢金屬料、輔料石灰的加入量；採用常規的物料平衡和熱平衡計算方法。計算的最終目的是保證工藝要求的出鋼量以及脫碳主吹期結束時的爐渣鹼度、渣中氧化鉻含量。計算過程中需要調整的主要是入爐母液量、廢金屬料的加入量、高碳合金使用的成分（主要考慮鉻鐵中的矽、鉻含量和鎳鐵中的矽、鎳、碳含量） 。
下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細的說明。
實施例1：以鉻鎳300系304為例，本不鏽鋼的AOD冶煉工藝的具體步驟如下所述。
（1）各原料的成分含量：
母液成分（wt）：C 2.0%、Si 0.25%、Mn 0.50%、Cr 10.00%、Ni 6.00%，餘量為Fe和不可避免的雜質；母液溫度1500℃。
返回廢料成分（wt）：C 0.05%、Si 0.40%、Mn 1.00%、Cr 18.00%、Ni 8.00%，餘量為Fe和不可避免的雜質；返回廢料重量4000公斤；返回廢料溫度20℃。
鉻鐵成分（wt）：C 6.99%、Si 3.11%、Mn 0.00%、Cr 52.04%、Ni 0.17%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
（2）按下述目標計算物料平衡和熱平衡：主吹結束溫度控制在1690℃，爐渣鹼度3.5；爐渣中氧化鉻含量15wt%；渣量70公斤/噸鋼。
（3）通過計算，確定下述加料量：母液重量45000公斤，鉻鐵重量10800公斤、石灰加入量4150公斤、鎳板加入量1736公斤、電解錳加入量350公斤。
（4）實際參數的驗證：脫碳期主吹結束時爐渣鹼度 3.84，渣中氧化鉻含量18.59wt%，渣量71公斤/噸鋼，屬於目標控制範圍。
（5）成品鋼：C 0.045%、Si 0.45%、Mn 1.15%、Cr 18.25%、Ni 8.08%、P 0.034%、S 0.004%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
實施例2：以鉻系0Cr13C為例，本不鏽鋼的AOD冶煉工藝的具體步驟如下所述。
（1）各原料的成分含量：
母液成分（wt）：C 3.50%、Si 0.01%、Mn 0.15%、Cr 0.03%、Ni 0.02%，餘量為Fe和不可避免的雜質；母液溫度1300℃。
返回廢料成分（wt）：C 0.05%、Si 0.40%、Mn 0.2%、Cr 12.00%、Ni 0.00%，餘量為Fe和不可避免的雜質；返回廢料溫度20℃。
爐料鉻鐵成分（wt）：C 6.53%、Si 3.50%、Mn 0.00%、Cr 52.94%、Ni 0.22%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
普通鉻鐵成分（wt）：C 7.32%、Si 3.21%、Mn 0.00%、Cr 50.98%、Ni 0.18%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
（2）按下述目標計算物料平衡和熱平衡：主吹結束溫度控制在1680℃，爐渣鹼度3.0；爐渣中氧化鉻含量10wt%；渣量50公斤/噸鋼。
（3）通過計算，確定下述加料量：母液重量49000公斤、返回廢料重量1500公斤、爐料鉻鐵重量11500公斤、普通鉻鐵重量1935公斤、石灰加入量3050公斤。
（4）實際參數的驗證：脫碳期主吹結束時爐渣鹼度3.02，渣中氧化鉻含量11.51%，渣量51.50公斤/噸鋼，屬於目標控制範圍。
（5）成品鋼：C 0.021%、Si 0.40%、Mn 0.23%、Cr 12.08%、Ni 0.06%、P 0.018%、S 0.002%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
實施例3：以鉻系0Cr13C為例，本不鏽鋼的AOD冶煉工藝的具體步驟如下所述。
（1）各原料的成分含量：
母液成分（wt）：C 3.50%、Si 0.01%、Mn 0.15%、Cr 0.03%、Ni 0.02%，餘量為Fe和不可避免的雜質；母液溫度1300℃。
返回廢料成分（wt）：C 0.05%、Si 0.40%、Mn 0.2%、Cr 12.00%、Ni 0.00%，餘量為Fe和不可避免的雜質；返回廢料溫度20℃。
爐料鉻鐵成分（wt）：C 6.66%、Si 4.05%、Mn 0.00%、Cr 49.08%、Ni 0.23%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
普通鉻鐵成分（wt）：C 7.32%、Si 2.72%、Mn 0.00%、Cr 48.79%、Ni 0.17%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
（2）按下述目標計算物料平衡和熱平衡：主吹結束溫度控制在1700℃，爐渣鹼度4.0；爐渣中氧化鉻含量20wt%；渣量75公斤/噸鋼。
（3）通過計算，確定下述加料量：母液重量44000公斤、返回廢料重量5000公斤、爐料鉻鐵重量10000公斤、普通鉻鐵重量3450公斤、石灰加入量4450公斤。
（4）實際參數的驗證：脫碳期主吹結束時爐渣鹼度3.94，渣中氧化鉻含量17.50%，渣量74公斤/噸鋼，屬於目標控制範圍。
（5）成品鋼：C 0.022%、Si 0.35%、Mn 0.25%、Cr12.15%、Ni 0.05%、P 0.028%、S 0.003%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
實施例4：以鉻系0Cr13C為例，本不鏽鋼的AOD冶煉工藝的具體步驟如下所述。
（1）各原料的成分含量：
母液成分（wt）：C 3.50%、Si 0.01%、Mn 0.13%、Cr 0.02%、Ni 0.01%，餘量為Fe和不可避免的雜質；母液溫度1300℃。
返回廢料成分（wt）：C 0.05%、Si 0.40%、Mn 0.2%、Cr 12.00%、Ni 0.08%，餘量為Fe和不可避免的雜質；返回廢料溫度20℃。
爐料鉻鐵成分（wt）：C 6.53%、Si 2.80%、Mn 0.15%、Cr 52.94%、Ni 0.22%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
普通鉻鐵成分（wt）：C 6.77%、Si 3.54%、Mn 0.20%、Cr 51.70%、Ni 0.20%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
（2）按下述目標計算物料平衡和熱平衡：吹結束溫度控制在1700℃，爐渣鹼度4.0；爐渣中氧化鉻含量20wt%；渣量65公斤/噸鋼。
（3）通過計算，確定下述加料量：母液重量48500公斤、返回廢料重量1500公斤、爐料鉻鐵重量11500公斤、普通鉻鐵重量1770公斤、石灰加入量3400公斤。
（4）實際參數的驗證：脫碳期主吹結束時爐渣鹼度3.96，渣中氧化鉻含量19.54%，渣量58公斤/噸鋼，屬於目標控制範圍。
（5）成品鋼：C 0.018%、Si 0.43%、Mn 0.22%、Cr12.10%、Ni 0.09%、P 0.025%、S 0.003%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
對比試驗：常規方法冶煉不鏽鋼時，對脫碳期爐渣鹼度和渣中氧化鉻含量，沒有嚴格意義上的控制，也根本沒有此概念，導致冶煉周期較長，且極不穩定，平均周期超過80分鐘。經過對其控制後，採用本方法鋼種0Cr13C平均冶煉周期控制在小於72分鐘，對成本的降低和生產組織的穩定，起到了關鍵作用。