不锈钢的冶炼设备和应用其冶炼不锈钢的冶炼方法与流程

本发明涉及不锈钢冶炼领域，尤其涉及一种不锈钢的冶炼设备和应用其冶炼不锈钢的冶炼方法。

背景技术：

目前，在不锈钢冶炼领域，由于随着高品位硫化镍矿及富铬矿资源的枯竭，以及国内不锈钢生产企业之间竞争的不断加剧，促使不锈钢冶炼的原料结构发生了很大的变化，因此业界越来越趋向于利用廉价的红土镍矿、低品位铬矿资源来获取其中的镍源、铬源，并通过热送热装工艺直接生产铬镍系不锈钢(300系列)，该做法经济效益明显。

针对上述采用的廉价的红土镍矿等冶炼原材料，现有技术中采用矿热炉和不锈钢精炼炉(aod)等装置来对不锈钢进行冶炼。具体地，红土镍矿等冶炼原材料在矿热炉内冶炼成铁水，再进入不锈钢精炼炉(aod)中进行不锈钢成品冶炼。然而，由于红土镍矿生产出的铁水中通常包括较高含量的硅元素和磷元素，例如硅元素的含量约在2％～4％之间，磷元素的含量约在0.05％～0.08％之间，其中较高含量的硅元素会对不锈钢精炼炉(aod)的炉衬的寿命产生较大影响，并且当硅元素的质量百分比含量≤0.20％时，才能进一步脱除铁水中的磷元素，因此，在现有的不锈钢的冶炼过程中，铁水在进入不锈钢精炼炉(aod)前都要在预处理转炉中进行预处理，以用于去除铁水中的硅元素和磷元素。

然而，尽管上述不锈钢冶炼方法能够冶炼出较高质量的不锈钢，且能够提高不锈钢精炼炉的炉衬的寿命，但由于冶炼原材料(例如红土镍矿等)中硅元素、磷元素等的含量并不稳定，当冶炼原材料中硅元素、磷元素等的含量较低时，此时无需对冶炼原材料熔成的铁水进行预处理，而此时若继续对铁水进行预处理会额外地增加冶炼工艺流程，这就增加了冶炼成本。因此，鉴于现有技术的不足之处，本领域的技术人员迫切希望寻求一种对冶炼原料适应性更强的不锈钢冶炼设备，即该设备能够适应不同的冶炼原材料的冶炼要求，从而提高不锈钢的冶炼效率，有效降低冶炼成本。

技术实现要素：

针对现有技术的不足之处，本发明提出了一种对冶炼原料适应性更强的不锈钢冶炼设备，即该设备能够适应不同的冶炼原材料的冶炼要求，从而有效地提高了不锈钢的冶炼效率，降低了冶炼成本。

根据本发明的第一方面，提供了一种不锈钢的冶炼设备，包括：矿热炉、可变型转炉、aod转炉、lf炉和连铸机，可变型转炉可选择地构造成预处理转炉或aod转炉，从而当可变型转炉构造成预处理转炉时，冶炼设备具有第一冶炼模式；而当可变型转炉构造成aod转炉时，冶炼设备具有第二冶炼模式。其中，在第一冶炼模式下，由矿热炉生产的铁水顺次经可变型转炉、aod转炉、lf炉后进入连铸机；在第二冶炼模式下，由矿热炉生产的铁水同时经可变型转炉和aod转炉后顺次进入lf炉、连铸机。

进一步地，可变型转炉包括炉本体，炉本体包括可拆卸的炉壳和炉衬，炉壳包括位于炉壳的底部的第一风口，位于炉壳的侧面的下侧的第二风口，位于炉壳的侧面的上侧的出钢口、位于炉壳的顶部的炉口，以及位于炉口的边缘的出钢槽。其中，在第一冶炼模式下，炉衬构造为封闭第二风口，且保留第一风口和出钢口；在第二冶炼模式下，炉衬构造为封闭第一风口和出钢口，且保留第二风口。

进一步地，不锈钢的冶炼设备还包括布置在lf炉与连铸机之间的vod转炉。

根据本发明的第二方面，提出了一种应用上述不锈钢的冶炼设备冶炼不锈钢的冶炼方法，包括以下步骤：将冶炼原材料放入矿热炉内冶炼形成铁水并对铁水中的硅元素或磷元素的质量含量进行初步判断；当硅元素的质量含量为铁水质量的1.5％～2.5％或磷元素的质量含量大于等于铁水质量的0.05％时，对铁水在第一冶炼模式下进行冶炼；而当硅元素的质量含量小于等于铁水质量的1.5％或磷元素的质量含量小于铁水质量的0.05％时，对铁水在第二冶炼模式下进行冶炼。

进一步地，不锈钢的冶炼方法还包括在第一冶炼模式下，对可变型转炉采用顶底复吹的方式以去除铁水中的硅元素和磷元素。

进一步地，顶底复吹的方式设置为：对第一风口吹入氩/氮气，并同时通过顶枪对可变型转炉内吹入氧气，其中，顶枪吹入氧气的工作压力为0.8～1.2mpa，最大供氧强度为2.9m³/min〃t；第一风口吹入氩/氮气的工作压力为1.0mpa，供气强度为0.03～0.09m³/min〃t。

进一步地，不锈钢的冶炼方法还包括在第二冶炼模式下，对第二风口吹入氩/氮气，并同时通过顶枪对可变型转炉内吹入氧气，其中，顶枪吹入氧气的工作压力为2.0～2.2mpa，最大供氧强度为2.2m³/min〃t；第二风口吹入氩/氮气的工作压力为1.8～2.0mpa，供气强度为0.25～0.85m³/min〃t。

进一步地，在第一冶炼模式下，由矿热炉冶炼的铁水装入可变型转炉的装入量为可变型转炉的出钢量的65％至75％。

进一步地，不锈钢的冶炼方法还包括在第一冶炼模式下，向可变型转炉中加入高碳铬铁，高碳铬铁的加入量为可变型转炉出钢量的30％至35％。

进一步地，进入可变型转炉内的由矿热炉冶炼的铁水的温度大于等于1300℃。

本发明的不锈钢的冶炼设备在使用时，可针对不同的冶炼原材料采用不同的冶炼模式进行冶炼。例如在第一冶炼模式下，可变型转炉作为预处理转炉来使用，由矿热炉生产的铁水(冶炼原材料冶炼而成)顺次经可变型转炉、aod转炉、lf炉后进入连铸机，采用该模式进行不锈钢的冶炼可生产出较高质量的不锈钢，且能够提高aod转炉的炉衬的寿命，同时还能够缩短aod转炉的冶炼周期，降低冶炼原材料和辅助原材料(包括冶炼耐火材料、还原硅铁、氩气等)的消耗，从而降低生产成本；而在第二冶炼模式下，可变型转炉作为aod转炉来使用，由矿热炉生产的铁水同时经可变型转炉和aod转炉后顺次进入lf炉、连铸机，采用该模式进行不锈钢的冶炼可在铁水供应充足的情况下最大程度发挥aod转炉的产能，从而可有效提高产能，同时还可充分发挥连铸机的产能，保证多炉连浇。

本发明的不锈钢的冶炼设备通过设置可变型转炉，从而使其能够适应不同的冶炼模式，而可变型转炉能够适应不同的冶炼模式主要通过改变其炉衬的砌筑方式来实现。本发明的不锈钢的冶炼设备巧妙地设置了可变型转炉来实现不同冶炼模式之间的切换，使得不锈钢的冶炼设备对冶炼原材料的适应性更强，即可针对不同的冶炼原材料来选择相应地适合的冶炼模式，从而可扩大不锈钢生产品种或是生产双相不锈钢，极大地提高了冶炼效率，同时降低了冶炼成本。此外，本发明的不锈钢的冶炼设备使用安全稳定，无需更改现有的冶炼工艺流程，具有广阔的市场前景和应用推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1显示了根据本发明的不锈钢的冶炼设备的第一冶炼模式的工艺流程图；

图2显示了根据本发明的不锈钢的冶炼设备的第二冶炼模式的工艺流程图；

图3显示了根据本发明的不锈钢的冶炼设备的可变型转炉的结构示意图；

图4示出了现有技术中的aod转炉的结构示意图；

图5示出了现有技术中的预处理转炉的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1和图2分别示出了根据本发明提的不锈钢的冶炼设备在第一冶炼模式和第二冶炼模式下的结构及工艺流程图。结合图1和图2所示，不锈钢的冶炼设备包括：矿热炉1、可变型转炉2、aod(氩氧脱碳法)转炉3、lf炉(钢包精炼炉)4和连铸机5，可变型转炉2可选择地构造成预处理转炉或aod转炉3，从而当可变型转炉构造成预处理转炉时，冶炼设备具有第一冶炼模式；而当可变型转炉2构造成aod转炉3时，冶炼设备具有第二冶炼模式。其中，在第一冶炼模式下，由矿热炉1生产的铁水顺次经可变型转炉2、aod转炉3、lf炉4后进入连铸机5；在第二冶炼模式下，由矿热炉1生产的铁水同时经可变型转炉2和aod转炉3后顺次进入lf炉4、连铸机5。

本发明的不锈钢的冶炼设备在使用时，可针对不同的冶炼原材料采用不同的冶炼模式进行冶炼。例如在第一冶炼模式下，可变型转炉2作为预处理转炉来使用，由矿热炉1生产的铁水(冶炼原材料冶炼而成)顺次经可变型转炉2、aod转炉3、lf炉4后进入连铸机5，采用该模式进行不锈钢的冶炼可生产出较高质量的不锈钢，且能够提高aod转炉3的炉衬的寿命，同时还能够缩短aod转炉3的冶炼周期，降低冶炼原材料和辅助原材料(包括冶炼耐火材料、还原硅铁、氩气等)的消耗，从而降低生产成本；而在第二冶炼模式下，可变型转炉2作为aod转炉3来使用，由矿热炉1生产的铁水同时经可变型转炉2和aod转炉3后顺次进入lf炉4、连铸机5，采用该模式进行不锈钢的冶炼可在铁水供应充足的情况下最大程度发挥aod转炉3的产能，从而可有效提高产能，同时还可充分发挥连铸机的产能，保证多炉连浇。

本发明的不锈钢的冶炼设备通过设置可变型转炉2，从而使不锈钢的冶炼设备能够适应不同的冶炼模式，而可变型转炉2能够适应不同的冶炼模式主要通过改变其炉衬的砌筑方式来实现。本发明的不锈钢的冶炼设备巧妙地设置了可变型转炉2来实现不同冶炼模式之间的切换，使得不锈钢的冶炼设备对冶炼原材料的适应性更强，即可针对不同的冶炼原材料来选择相应地适合的冶炼模式，从而可扩大不锈钢生产品种或是生产双相不锈钢，极大地提高了冶炼效率，同时降低了冶炼成本。此外，本发明的不锈钢的冶炼设备使用安全稳定，无需更改现有的冶炼工艺流程，具有广阔的市场前景和应用推广价值。

值得注意的是，本发明中所述的“可变型转炉2可选择地构造成预处理转炉或aod转炉3”至少应当被理解为可变型转炉2可选择地构造成与预处理转炉或aod转炉3的功能相同，而本设备中的aod转炉3的结构可以根据不同的冶炼模式设置成与可变型转炉2的结构(该结构在下文中会有详细介绍)相同，也可与现有技术中aod转炉a(如图4所示)的结构相同。具体地，现有技术中的aod转炉a主要包括炉壳21’和炉衬22’，位于炉壳21’的侧壁的侧进风口212’，位于炉壳21’的顶部的开口214’，以及位于开口214’的边缘的出钢槽215’。此外，现有技术中的预处理转炉b(如图5所示)主要包括炉壳21”和炉衬22”，位于炉壳21”的底壁的进风口211”，位于炉壳21”的侧面的上侧的出钢口213”、位于炉壳21”的顶部的炉口214”，以及位于炉口214”的边缘的出钢槽215”。而本发明的可变性转炉2将现有的预处理转炉和aod转炉的结构集于一身，通过改变可变型转炉2的炉衬22的砌筑方式来实现可变型转炉2功能的转换。

具体地，如图3所示，可变型转炉2包括炉本体，炉本体包括可拆卸的炉壳21和炉衬22，炉壳21包括位于炉壳的底部的第一风口211，位于炉壳21的侧面的下侧的第二风口212，位于炉壳21的侧面的上侧的出钢口213、位于炉壳21的顶部的炉口214，以及位于炉口214的边缘的出钢槽215。其中，在第一冶炼模式下，炉衬22构造为封闭第二风口212，且保留第一风口211和出钢口213；在第二冶炼模式下，炉衬22构造为封闭第一风口211和出钢口213，且保留第二风口212。通过上述炉壳21与炉衬22的配合，以及炉衬22在不同冶炼模式下的砌筑方式，可实现可变型转炉2在第一冶炼模式与第二冶炼模式之间的切换。

根据本发明，为了进一步提高不锈钢的质量，如图1或图2所示，不锈钢的冶炼设备还包括布置在lf炉4与连铸机5之间的vod(真空吹氧脱碳法)转炉6。

此外，本发明还提出了一种应用上述不锈钢的冶炼设备冶炼不锈钢的冶炼方法，包括以下步骤：将冶炼原材料放入矿热炉1内冶炼形成铁水并对铁水中的硅元素或磷元素的质量含量进行初步判断；当硅元素的质量含量为铁水质量的1.5％～2.5％或磷元素的质量含量大于等于铁水质量的0.05％时，对铁水在第一冶炼模式下进行冶炼；而当硅元素的质量含量小于等于铁水质量的1.5％或磷元素的质量含量小于铁水质量的0.05％时，对铁水在第二冶炼模式下进行冶炼。本发明的不锈钢的冶炼方法首先通过对冶炼原材料中影响冶炼质量的元素成分进行预判，然后选择相应地冶炼模式进行冶炼，从而可扩大不锈钢生产品种或是生产双相不锈钢，极大地提高了冶炼效率，同时降低了冶炼成本。此外，本发明的不锈钢的冶炼设备使用安全稳定，无需更改现有的冶炼工艺流程，具有广阔的市场前景和应用推广价值。

根据本发明，不锈钢的冶炼方法还包括在第一冶炼模式下，对可变型转炉2采用顶底复吹的方式以去除铁水中的硅元素和磷元素。值得注意的是，在对铁水进行顶底复吹的过程中，可去除铁水中含有的部分碳元素。优选地，顶底复吹的方式设置为：对第一风口211吹入氩/氮气，并同时对可变型转炉2的炉口214吹入氧气，其中，吹入氧气的工作压力为0.8～1.2mpa，最大供氧强度为2.92m³/min〃t；吹入氩/氮气的工作压力为1.0mpa，供气强度为0.03～0.09m³/min〃t。

根据本发明，不锈钢的冶炼方法还包括在第二冶炼模式下，对第二风口212吹入氩/氮气，并同时对可变型转炉2的炉口214吹入氧气，其中，吹入氧气的工作压力为2.0～2.2mpa，最大供氧强度为2.2m³/min〃t；吹入氩/氮气的工作压力为1.8～2.0mpa，供气强度为0.25～0.85m³/min〃t。

在一个优选地实施方式中，在第一冶炼模式下，由矿热炉冶炼的铁水装入可变型转炉2的装入量为可变型转炉2的出钢量的65％至75％。通过该设置，可为铁水在可变型转炉2中的预处理过程(例如脱磷、脱硅等)提供足够的反应空间。

此外，根据本发明，不锈钢的冶炼方法还包括在第一冶炼模式下，待铁水中硅元素质量含量降低至标准量后，根据不锈钢中铬元素质量含量，向可变型转炉2中加入高碳铬铁，利用高碳铬铁中的硅元素还原镍铁水中被氧化进入渣中的铬元素，从而提高铬元素的收得率。优选地，高碳铬铁的加入量为可变型转炉2出钢量的30％至35％。

下面将以生产镍铬系不锈钢(300系列)为例来详细描述本发明的不锈钢的冶炼方法。

1)冶炼流程

首先将冶炼原材料放入矿热炉1内冶炼形成铁水并对铁水中的碳、硅元素或磷元素的质量含量进行初步判断，当判断为采用第一冶炼模式进行冶炼时，将以红土镍矿为原料生产的矿热炉镍铁水通过铁水罐运至炼钢车间加料跨，由加料跨起重机将镍铁水兑入可变型转炉2(即作为预处理转炉使用)，并保证兑入的镍铁水温度≥1300℃。在可变型转炉2中对镍铁水进行脱硅、(脱磷)、部分脱碳冶炼作业，冶炼过程中所需的冷却剂由废钢料槽通过炉口214加入可变型转炉2，所需的部分高碳铬铁由高位料仓加入可变型转炉2或经中频炉熔化后加入，经第一风口211吹气充分搅拌后由出钢口213出半钢，随后将半钢兑入aod转炉3，在aod转炉3中，通过第二风口212侧吹进行脱碳保铬作业，冶炼过程中由高位料仓加入所需合金，进而完成300系列不锈钢的冶炼；当判断采用第二冶炼模式进行冶炼时，将以红土镍矿为原料生产的矿热炉镍铁水通过铁水罐运至炼钢车间加料跨，由加料跨起重机将镍铁水直接同时兑入可变型转炉2(即作为aod转炉使用)和aod转炉3，保证兑入的镍铁水温度≥1300℃，在aod转炉3内完成所有冶炼任务，得到不锈钢合格钢液。

2)可变型转炉的功能转换：

当需要改变可变型转炉2的功能时，主要通过改变炉衬22的砌筑方式来实现。由加料跨的240/100t吊车将炉本体吊运至拆炉位，由拆炉机拆除原有炉衬22，然后再用吊车吊到砌筑工位，新的炉衬22砌筑采用砖砌工艺，炉衬22砌筑完成后进行烘烤。制作好可变型转炉2的炉本体后，用加料跨的240/100t吊车将已制作好的炉本体调运回原位。

值得注意的是，在第二冶炼模式中，可变型转炉2作为aod转炉使用，也就是说在该冶炼模式中形成了2座aod转炉对1台连铸机，该冶炼模式可提高一个浇次内的连浇炉数，从而提高铸坯收得率、降低中包耐材消耗，并最大程度发挥连铸机产能。在一个优选地实施方式中，还可额外设置多个aod转炉3和连铸机5，优选地，可额外设置两座aod转炉和一台连铸机，其生产组织调度灵活，炉机匹配较好。

3)第一冶炼模式与第二冶炼模式的冶炼性能对比

对于第一冶炼模式，适用于生产对质量要求高的300系列品种。由于铁水首先经过预处理，因此aod转炉耐火材料消耗降低，炉衬寿命提高，一个炉役的寿命在90～120炉之间；aod转炉冶炼周期缩短，以304钢种为例，冶炼周期在55～60min之间；还原硅铁和氩气消耗降低，以304钢种为例，还原硅铁消耗量在10～15kg/t钢之间，氩气消耗量在10～12m³/t钢之间。

对于第二冶炼模式，适用于生产常规的300系列品种，如304钢种。在铁水供应充足的情况下，可以最大发挥aod转炉的产能，较第一冶炼模式产量提高约10％；可以充分发挥连铸机的产能，保证多炉连浇，连浇炉数较第一冶炼模式提高约50％，甚至更高(若采用连铸中间包水口快速更换技术，连浇炉数可达40炉)，连铸机产能提高20％以上。

在本申请的描述中，需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“侧”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，本申请中的术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。