專利名稱：Aod全鐵水直接冶煉奧氏體不銹鋼的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及不銹鋼冶煉工藝領域，更具體地說，涉及AOD全鐵水直接冶煉奧氏體不銹鋼的方法。

背景技術：
目前，世界上常見的AOD爐(氬氧脫碳爐)不銹鋼冶煉工藝的工藝步驟為 在電爐中對脫磷鐵水和廢鋼進行冶煉→在AOD爐中進行不銹鋼精煉→在VOD(真空脫碳爐)爐中進行真空脫碳處理，或在LF/LTS(鋼包爐/鋼包處理站)中進行處理→連鑄。
在上述工藝中，現有AOD爐主要用于不銹鋼精煉，原料采用由電爐熔化廢鋼和合金而煉成的不銹鋼母液，以氬氣作為稀釋氣體，降低Pco，對含鉻鋼液進行脫碳保鉻。
具體地，AOD精煉工藝中來自電爐的母液的成分(重量百分比)控制為C 1.0％～3.0％，Mn 0～0.2％，Si 0～0.35％，S 0～0.020％，P 0～0.035％，Cr 16.0％～19.0％，Ni 0～7.5％；母液溫度1500～1580℃，母液重量110～120噸。
由母液冶煉不銹鋼的工藝分為二個主要階段脫碳保鉻階段和還原、脫硫階段。具體操作步驟如下 1)將電爐母液兌入AOD轉爐，測量母液溫度，按表1所列吹煉模式的供氧、供氣標準進行吹煉； 表1Nm3/min 2)在吹氧量達到2000～3000Nm3時配加剩余的鉻鐵和鎳鐵； 3)在吹氧量達到全部供氧量完成脫碳時(溫度控制在1700℃左右)，加入還原劑硅鐵20～25kg/t進行還原操作； 4)還原結束后進行脫硫操作，加入10～15kg/噸鋼的石灰、6～10kg/噸鋼的螢石進行脫硫。
5)進行鋼液成分微調，符合成分標準后出鋼。
AOD出鋼鋼液成分(重量百分比)C 0.012％～0.080％，Mn 0.60％～2.0％，Si 0.20％～0.50％，S 0.001％～0.010％，P 0～0.035％，Cr 15.0％～19.0％，Ni 8.0～12.0％，Mo 0～2％，N 0～1500ppm；出鋼鋼水溫度1600～1650℃。
綜上所述，現有的AOD冶煉工藝都采用電爐熔化廢鋼、合金和部分鐵水，然后進入AOD爐進行精煉，雖然可以冶煉出合格的不銹鋼，但是存在如下缺陷 1)由于用電爐冶煉不銹鋼母液電耗相當高，噸鋼電耗為320～360kwh，相應地增加了生產成本； 2)電爐生產7～10天后必須停爐進行耐火材料維修，需停產10～24小時，這樣整條不銹鋼生產線就得停產10～24小時，生產產能受到很大影響； 3)由于在初煉過程中需要使用廢鋼，因此冶煉出的不銹鋼微量雜質元素含量偏高； 4)工藝路線長，生產設備占地量大。


發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是省去電爐初煉工序，采用高爐鐵水(脫磷后)并添加合金，通過對AOD冶煉過程中的溫度控制、吹煉模式、脫碳保鉻技術、頂槍供氧工藝、投料模式進行改進，形成一種在AOD爐內直接冶煉奧氏體不銹鋼的方法。
為實現上述目的，本發(fā)明提供一種AOD全鐵水直接冶煉奧氏體不銹鋼的方法，該方法采用全鐵水直接兌入AOD爐內進行冶煉，共分三個階段進行在脫碳升溫階段，吹煉開始后即向爐內投入15～30Kg/噸鋼的硅鐵和20～40Kg/噸鋼的石墨或焦碳，使熔池溫度快速上升到1600℃～1700℃，并通過頂吹氧槍和側吹風口供氧，此時氧槍氧氣流量加上風口氧氣流量與風口惰性氣體的流量之比控制在10∶1以上；所需投入的鎳，90％以上要在該階段投入，當熔池[C]含量控制到1.5～2.5wt％時結束；接著進入脫碳保鉻階段，當熔池溫度達到1680℃～1720℃時，就以2～3噸/分鐘的速度投入鉻鐵，在該階段氧氣流量與惰性氣體流量之比控制在10∶1以上，當熔池[C]達到0.45～0.65wt％時，氧氣與惰性氣體的比例控制等同一般AOD冶煉工藝，結束溫度控制在1680℃～1730℃；然后進入還原脫硫階段，該階段等同一般AOD冶煉工藝。
主要工藝參數控制如下 AOD全鐵水冶煉奧氏體不銹鋼的工藝路線分為不經電爐的二步法，即脫磷鐵水在AOD直接冶煉至成品鋼水后，再經LF爐或LTS處理；和不經電爐的三步法，即脫磷鐵水，在AOD直接冶煉至C含量0.15％～0.50％，再經VOD爐真空脫碳處理。
1)全鐵水中需控制的成分及其溫度見表2 表2 2)鐵水量按出鋼量的60％～65％計算。
3)AOD冶煉步驟 將AOD全鐵水冶煉奧氏體不銹鋼工藝，分為三個主要階段 第1階段脫碳、升溫階段； 第2階段脫碳保鉻階段； 第3階段還原、脫硫階段(該階段與現有AOD工藝一致)。
第1步第1階段，由于鐵水溫度較低，為了能達到脫C保Cr的要求，減少貴金屬Cr的氧化，盡快將C氧化脫除，因此根據C-Cr選擇氧化的臨界點溫度要求(1560℃以上)，在AOD吹煉開始后，即投入15～30Kg/噸鋼的硅鐵和石墨(焦碳)20～40Kg/噸鋼的石墨(也可以用焦碳)，使熔池溫度迅速升高到1600～1700℃，這樣再投入固態(tài)鉻鐵，去除鉻鐵熔化吸熱，仍可使熔池溫度保持在1560℃以上，達到減少鉻氧化的目的。由于鎳不存在選擇氧化的問題，因此，在該階段投入90％以上的金屬鎳(316系不銹鋼還要加鉬鐵)，投入量根據所煉鋼種的鎳成分要求。
第2步第2階段，當熔池升溫到1600～1700℃、C在1.00％～2.00％時，應將爐內爐渣到干凈(減少爐內渣量，降低CO的分壓，從而提高氧氣利用率)。在1680℃～1720℃時，開始加入鉻鐵合金，2～3噸/分鐘，鉻鐵加入量根據所煉鋼種鉻成分計算，保持熔池溫度穩(wěn)定在1560以上； 第3步脫碳結束時，[C]＝0.012％～0.05％，C-Cr的臨界溫度在1680℃左右，因此熔池最佳溫度控制在1680～1730℃，過低使Cr過量氧化成本增加，過高使爐襯侵蝕加劇，使用壽命降低； 第4步第3階段，在吹氧量達到全部供氧量完成脫碳時，加入還原劑硅鐵5～25kg/t進行還原操作，具體投入量可根據以下公式計算； W氧化Cr的氧量＝W總O2-(W脫C氧量+W脫Si氧量) W還原硅鐵＝W氧化Cr的氧量×1.25÷Si％硅鐵 第5步還原結束后進行脫硫操作，加入10～20kg/噸鋼的石灰、6～15kg/噸鋼螢石進行脫硫。進行鋼液成分微調，符合成分標準后出鋼。
其中，所述的冶煉過程中供氧控制，氧氣和惰性氣體的比例控制見表3(AOD吹煉模式) 表3 表中參數設計是根據AOD“脫碳保鉻”原理來設定的。氧氣和惰性氣體比例控制目的是控制鉻的氧化降到最低水平，提高金屬鉻的收得率。在第1階段，不加入鉻鐵，在于避免Cr-C的選擇氧化，最大限度的提高供氧強度，加快脫碳速度。當熔池溫度大于1600℃時，再加入鉻鐵，這時由于溫度高，可以確保氧與碳結合，減少鉻的氧化，提高氧氣利用率。
AOD“脫碳保鉻”原理闡述眾所周知，在一定溫度和CO分壓條件下，Cr對O2的親合力強于C，使不銹鋼熔池中的Cr將優(yōu)先C被氧化，這樣要將C降到不銹鋼目標C含量(0.02％～0.08％)就變的十分困難。為了實現脫碳保鉻的目的，在AOD爐脫碳期開始階段，O2和Ar(N2)的混合氣體，通過爐下部側壁的噴嘴，部分氧氣則從頂槍吹入。由于本發(fā)明采用AOD全鐵水冶煉，在熔池中完全是鐵水，因此還不存在脫碳保鉻的問題。根據這一點，我們在鉻合金大量投入之前，考慮加大向鐵水熔池的供氧比，特別是AOD頂氧槍的的供氧量，來加快脫碳速度。但當開始投入鉻鐵時，由于熔池中鉻的含量大增，就要考慮如何確保減少鉻的氧化，最大限度的脫碳，主要通過控制溫度減少鉻的氧化(1580℃以上)。各階段的具體供氧量，可根據現有技術進行計算。
本發(fā)明與現有的技術相比，具有如下的優(yōu)點1)雜質元素得到控制。采用全高爐鐵水冶煉，避免了不銹鋼鋼水受到不純廢鋼的質量影響，Cu、Ni、Sn、Pb、As等對不銹鋼質量有明顯影響的微量元素可以控制在一個極低的范圍內，甚至可以忽略不計，大大降低了冶煉高純凈度奧氏體不銹鋼的難度。2)[P]得到有效控制。由于沒有廢鋼的污染，成品[P]可以較輕松地達到0.025％以下，含[P]低有利于提高不銹鋼的耐腐蝕性能，提高不銹鋼的產品質量。3)成本優(yōu)勢。由于采用AOD直接冶煉的工藝，無須電爐冶煉的不銹鋼母液(粗煉鋼水)，這樣在常規(guī)工藝中，由電爐產生的成本將被節(jié)約下來，比如電能節(jié)約，在電力緊缺的現在，其產生的就不僅僅是企業(yè)的直接經濟效益了；電爐爐襯耐材成本的節(jié)約，資材、設備、電極等消耗的避免也是一筆十分可觀收益。

具體實施例方式 以下是本發(fā)明實施例1-3的具體說明。
實施例1 鐵水條件 鐵水成分C 2.98％，Mn 0.03％，Si 0.00％，S 0.028％，P 0.010％； 鐵水溫度1224℃，鐵水重量91噸； 吹煉過程 吹煉開始時加入Si-Fe 15kg/t，石墨(焦碳) 40kg/t升溫； 在第1階段投入總鎳量的90％，約70kg/t的金屬鎳。
當累計達供氧量4500Nm3時，第1階段結束；測得溫度為1600℃。
第1階段結束時鋼水成分見表1-1 表1-1 第2階段開始以2噸/分鐘的速度，連續(xù)加入鉻鐵合金34000kg，投入開始溫度為1680℃。
在第2階段的主吹結束，測得C為0.45wt％。
第2階段動態(tài)3結束時鋼水成分見表1-2 表1-2 脫碳結束時鋼水溫度1725℃； 吹煉模式見表1-3 表1-3Nm3/min 還原與脫硫 加入還原劑硅鐵2548kg進行還原； 還原結束后進行脫硫操作，加入1700kg的石灰、1200kg螢石進行脫硫。
出鋼成分見表1-4 表1-4 出鋼鋼水溫度1632℃出鋼鋼水重量132噸 實施例2 鐵水條件 鐵水成分C 2.91％，Mn 0.03％，Si 0.00％，S 0.0321％，P 0.006％； 鐵水溫度1243℃，鐵水重量86.6噸； 吹煉過程 吹煉開始時加入Si-Fe 30kg/t，石墨(焦碳) 20kg/t升溫； 在第1階段投入總鎳量的95％，約76kg/t的金屬鎳。
累計達供氧量5000Nm3第1階段結束；溫度為1700℃。
在第2階段的主吹結束，測得C為0.56wt％。
第2階段動態(tài)3結束時鋼水成分見表2-1 表2-1 第2階段開始以2.3噸/分鐘的速度，連續(xù)加入鉻鐵合金31000kg，投入開始溫度為1700℃。
第2階段脫碳結束時鋼水成分見表2-2 表2-2 脫碳結束時鋼水溫度1730℃； 吹煉模式見表2-3 表2-3Nm3/min 還原與脫硫 加入還原劑硅鐵3000kg進行還原； 還原結束后進行脫硫操作，加入2000kg的石灰、2000kg螢石進行脫硫。
出鋼成分見表2-4 表2-4 出鋼鋼水溫度1650℃出鋼鋼水重量125噸 實施例3 鐵水條件 鐵水成分鐵水成分C 2.83％，Mn 0.03％，Si 0.00％，S 0.010％，P0.007％； 鐵水溫度1154℃，鐵水重量85噸 實施例3吹煉過程 吹煉開始時加入Si-Fe 20kg/t，石墨(焦碳) 30kg/t升溫； 在第1階段投入總鎳量的10％，約85kg/t的金屬鎳。
累計達供氧量5500Nm3第1階段結束；溫度為1668℃。
在第2階段的主吹結束，測得C為0.65wt％。
第2階段動態(tài)3結束時鋼水成分見表3-1 表3-1 第2階段開始以3噸/分鐘的速度，連續(xù)加入鉻鐵合金32400kg，投入開始溫度為1720℃。
第2階段脫碳結束時鋼水成分見表3-2 表3-2 脫碳結束時鋼水溫度1680℃ 吹煉模式見表3-3 表3-3Nm3/min 還原與脫硫 加入還原劑硅鐵3000kg進行還原； 還原結束后進行脫硫操作，加入1528kg的石灰、1210kg螢石進行脫硫。
出鋼成分見表3-4 表3-4 出鋼鋼水溫度1626℃，出鋼鋼水重量129噸。
眾所周知，采用全鐵水冶煉奧氏體不銹鋼，其熱平衡控制是很困難的，由于這一點在世界范圍內冶煉不銹鋼均采用廢鋼由電爐熔化成一定成分和溫度的不銹鋼母液(粗煉鋼水)再到AOD進行脫碳精煉的工藝。即使采用高爐鐵水(脫磷后)，也必須和廢鋼搭配使用在電爐內熔化成不銹鋼母液(粗煉鋼水)，再經AOD進行脫碳精煉。
本發(fā)明充分利用了高爐鐵水含C高，化學熱高的特點，靈活應用熱補償技術，在吹煉過程中穩(wěn)定的控制溶池溫度及合理吹煉模式，將Cr的氧化控制在較小的范圍內。
權利要求
1.一種AOD全鐵水直接冶煉奧氏體不銹鋼的方法，該方法采用全鐵水直接兌入AOD爐內進行冶煉，共分三個階段進行
在脫碳升溫階段，吹煉開始后即向爐內投入15～30Kg/噸鋼的硅鐵和20～40Kg/噸鋼的石墨或焦碳，使熔池溫度上升到1600℃～1700℃，并通過頂吹氧槍和側吹風口供氧，氧氣流量與惰性氣體流量之比控制在10∶1以上；所需投入的鎳量的90％以上要在該階段投入，當熔池[C]含量控制到1.5～2.5wt％時結束；
接著進入脫碳保鉻階段，當熔池溫度達到1680℃～1720℃時，就以2～3噸/分鐘的速度投入鉻鐵，在該階段氧氣流量與惰性氣體流量之比控制在10∶1以上，當熔池[C]達到0.45～0.65wt％時，氧氣與惰性氣體的比例控制等同一般AOD冶煉工藝，結束溫度控制在1680℃～1730℃；
然后進入還原脫硫階段，該階段等同一般AOD冶煉工藝。
全文摘要
本發(fā)明目的是省去電爐初煉工序，提供一種AOD全鐵水直接冶煉奧氏體不銹鋼的方法，分為脫碳升溫、脫碳保鉻、還原脫硫三個階段，在脫碳升溫階段，吹煉開始即向爐內投15～30Kg/噸鋼的硅鐵和20～40Kg/噸鋼的石墨或焦碳，使熔池溫度上升到1600℃～1700℃，并通過頂吹氧槍和側吹風口供氧，氧氣流量與惰性氣體流量之比控制在10∶1以上；所需投入鎳量的90％以上要在該階段投入，當熔池[C]含量控制到1.5～2.5wt％時結束；接著依次進入脫碳保鉻階段和還原脫硫階段。
文檔編號C21C7/072GK101096723SQ20061002847
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權日2006年6月30日
發(fā)明者池和冰, 江慶元, 邵世杰, 李冬剛, 蔣興元 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司