专利名称：Aod全铁水直接冶炼奥氏体不锈钢的方法
技术领域：
本发明涉及不锈钢冶炼工艺领域，更具体地说，涉及AOD全铁水直接冶炼奥氏体不锈钢的方法。
背景技术：
目前，世界上常见的AOD炉(氩氧脱碳炉)不锈钢冶炼工艺的工艺步骤为 在电炉中对脱磷铁水和废钢进行冶炼→在AOD炉中进行不锈钢精炼→在VOD(真空脱碳炉)炉中进行真空脱碳处理，或在LF/LTS(钢包炉/钢包处理站)中进行处理→连铸。
在上述工艺中，现有AOD炉主要用于不锈钢精炼，原料采用由电炉熔化废钢和合金而炼成的不锈钢母液，以氩气作为稀释气体，降低Pco，对含铬钢液进行脱碳保铬。
具体地，AOD精炼工艺中来自电炉的母液的成分(重量百分比)控制为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％；母液温度1500～1580℃，母液重量110～120吨。
由母液冶炼不锈钢的工艺分为二个主要阶段脱碳保铬阶段和还原、脱硫阶段。具体操作步骤如下 1)将电炉母液兑入AOD转炉，测量母液温度，按表1所列吹炼模式的供氧、供气标准进行吹炼； 表1Nm3/min 2)在吹氧量达到2000～3000Nm3时配加剩余的铬铁和镍铁； 3)在吹氧量达到全部供氧量完成脱碳时(温度控制在1700℃左右)，加入还原剂硅铁20～25kg/t进行还原操作； 4)还原结束后进行脱硫操作，加入10～15kg/吨钢的石灰、6～10kg/吨钢的萤石进行脱硫。
5)进行钢液成分微调，符合成分标准后出钢。
AOD出钢钢液成分(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；出钢钢水温度1600～1650℃。
综上所述，现有的AOD冶炼工艺都采用电炉熔化废钢、合金和部分铁水，然后进入AOD炉进行精炼，虽然可以冶炼出合格的不锈钢，但是存在如下缺陷 1)由于用电炉冶炼不锈钢母液电耗相当高，吨钢电耗为320～360kwh，相应地增加了生产成本； 2)电炉生产7～10天后必须停炉进行耐火材料维修，需停产10～24小时，这样整条不锈钢生产线就得停产10～24小时，生产产能受到很大影响； 3)由于在初炼过程中需要使用废钢，因此冶炼出的不锈钢微量杂质元素含量偏高； 4)工艺路线长，生产设备占地量大。
发明内容
本发明的目的是省去电炉初炼工序，采用高炉铁水(脱磷后)并添加合金，通过对AOD冶炼过程中的温度控制、吹炼模式、脱碳保铬技术、顶枪供氧工艺、投料模式进行改进，形成一种在AOD炉内直接冶炼奥氏体不锈钢的方法。
为实现上述目的，本发明提供一种AOD全铁水直接冶炼奥氏体不锈钢的方法，该方法采用全铁水直接兑入AOD炉内进行冶炼，共分三个阶段进行在脱碳升温阶段，吹炼开始后即向炉内投入15～30Kg/吨钢的硅铁和20～40Kg/吨钢的石墨或焦碳，使熔池温度快速上升到1600℃～1700℃，并通过顶吹氧枪和侧吹风口供氧，此时氧枪氧气流量加上风口氧气流量与风口惰性气体的流量之比控制在10∶1以上；所需投入的镍，90％以上要在该阶段投入，当熔池[C]含量控制到1.5～2.5wt％时结束；接着进入脱碳保铬阶段，当熔池温度达到1680℃～1720℃时，就以2～3吨/分钟的速度投入铬铁，在该阶段氧气流量与惰性气体流量之比控制在10∶1以上，当熔池[C]达到0.45～0.65wt％时，氧气与惰性气体的比例控制等同一般AOD冶炼工艺，结束温度控制在1680℃～1730℃；然后进入还原脱硫阶段，该阶段等同一般AOD冶炼工艺。
主要工艺参数控制如下 AOD全铁水冶炼奥氏体不锈钢的工艺路线分为不经电炉的二步法，即脱磷铁水在AOD直接冶炼至成品钢水后，再经LF炉或LTS处理；和不经电炉的三步法，即脱磷铁水，在AOD直接冶炼至C含量0.15％～0.50％，再经VOD炉真空脱碳处理。
1)全铁水中需控制的成分及其温度见表2 表2 2)铁水量按出钢量的60％～65％计算。
3)AOD冶炼步骤 将AOD全铁水冶炼奥氏体不锈钢工艺，分为三个主要阶段 第1阶段脱碳、升温阶段； 第2阶段脱碳保铬阶段； 第3阶段还原、脱硫阶段(该阶段与现有AOD工艺一致)。
第1步第1阶段，由于铁水温度较低，为了能达到脱C保Cr的要求，减少贵金属Cr的氧化，尽快将C氧化脱除，因此根据C-Cr选择氧化的临界点温度要求(1560℃以上)，在AOD吹炼开始后，即投入15～30Kg/吨钢的硅铁和石墨(焦碳)20～40Kg/吨钢的石墨(也可以用焦碳)，使熔池温度迅速升高到1600～1700℃，这样再投入固态铬铁，去除铬铁熔化吸热，仍可使熔池温度保持在1560℃以上，达到减少铬氧化的目的。由于镍不存在选择氧化的问题，因此，在该阶段投入90％以上的金属镍(316系不锈钢还要加钼铁)，投入量根据所炼钢种的镍成分要求。
第2步第2阶段，当熔池升温到1600～1700℃、C在1.00％～2.00％时，应将炉内炉渣到干净(减少炉内渣量，降低CO的分压，从而提高氧气利用率)。在1680℃～1720℃时，开始加入铬铁合金，2～3吨/分钟，铬铁加入量根据所炼钢种铬成分计算，保持熔池温度稳定在1560以上； 第3步脱碳结束时，[C]＝0.012％～0.05％，C-Cr的临界温度在1680℃左右，因此熔池最佳温度控制在1680～1730℃，过低使Cr过量氧化成本增加，过高使炉衬侵蚀加剧，使用寿命降低； 第4步第3阶段，在吹氧量达到全部供氧量完成脱碳时，加入还原剂硅铁5～25kg/t进行还原操作，具体投入量可根据以下公式计算； W氧化Cr的氧量＝W总O2-(W脱C氧量+W脱Si氧量) W还原硅铁＝W氧化Cr的氧量×1.25÷Si％硅铁 第5步还原结束后进行脱硫操作，加入10～20kg/吨钢的石灰、6～15kg/吨钢萤石进行脱硫。进行钢液成分微调，符合成分标准后出钢。
其中，所述的冶炼过程中供氧控制，氧气和惰性气体的比例控制见表3(AOD吹炼模式) 表3 表中参数设计是根据AOD“脱碳保铬”原理来设定的。氧气和惰性气体比例控制目的是控制铬的氧化降到最低水平，提高金属铬的收得率。在第1阶段，不加入铬铁，在于避免Cr-C的选择氧化，最大限度的提高供氧强度，加快脱碳速度。当熔池温度大于1600℃时，再加入铬铁，这时由于温度高，可以确保氧与碳结合，减少铬的氧化，提高氧气利用率。
AOD“脱碳保铬”原理阐述众所周知，在一定温度和CO分压条件下，Cr对O2的亲合力强于C，使不锈钢熔池中的Cr将优先C被氧化，这样要将C降到不锈钢目标C含量(0.02％～0.08％)就变的十分困难。为了实现脱碳保铬的目的，在AOD炉脱碳期开始阶段，O2和Ar(N2)的混合气体，通过炉下部侧壁的喷嘴，部分氧气则从顶枪吹入。由于本发明采用AOD全铁水冶炼，在熔池中完全是铁水，因此还不存在脱碳保铬的问题。根据这一点，我们在铬合金大量投入之前，考虑加大向铁水熔池的供氧比，特别是AOD顶氧枪的的供氧量，来加快脱碳速度。但当开始投入铬铁时，由于熔池中铬的含量大增，就要考虑如何确保减少铬的氧化，最大限度的脱碳，主要通过控制温度减少铬的氧化(1580℃以上)。各阶段的具体供氧量，可根据现有技术进行计算。
本发明与现有的技术相比，具有如下的优点1)杂质元素得到控制。采用全高炉铁水冶炼，避免了不锈钢钢水受到不纯废钢的质量影响，Cu、Ni、Sn、Pb、As等对不锈钢质量有明显影响的微量元素可以控制在一个极低的范围内，甚至可以忽略不计，大大降低了冶炼高纯净度奥氏体不锈钢的难度。2)[P]得到有效控制。由于没有废钢的污染，成品[P]可以较轻松地达到0.025％以下，含[P]低有利于提高不锈钢的耐腐蚀性能，提高不锈钢的产品质量。3)成本优势。由于采用AOD直接冶炼的工艺，无须电炉冶炼的不锈钢母液(粗炼钢水)，这样在常规工艺中，由电炉产生的成本将被节约下来，比如电能节约，在电力紧缺的现在，其产生的就不仅仅是企业的直接经济效益了；电炉炉衬耐材成本的节约，资材、设备、电极等消耗的避免也是一笔十分可观收益。
具体实施例方式 以下是本发明实施例1-3的具体说明。
实施例1 铁水条件 铁水成分C 2.98％，Mn 0.03％，Si 0.00％，S 0.028％，P 0.010％； 铁水温度1224℃，铁水重量91吨； 吹炼过程 吹炼开始时加入Si-Fe 15kg/t，石墨(焦碳) 40kg/t升温； 在第1阶段投入总镍量的90％，约70kg/t的金属镍。
当累计达供氧量4500Nm3时，第1阶段结束；测得温度为1600℃。
第1阶段结束时钢水成分见表1-1 表1-1 第2阶段开始以2吨/分钟的速度，连续加入铬铁合金34000kg，投入开始温度为1680℃。
在第2阶段的主吹结束，测得C为0.45wt％。
第2阶段动态3结束时钢水成分见表1-2 表1-2 脱碳结束时钢水温度1725℃； 吹炼模式见表1-3 表1-3Nm3/min 还原与脱硫 加入还原剂硅铁2548kg进行还原； 还原结束后进行脱硫操作，加入1700kg的石灰、1200kg萤石进行脱硫。
出钢成分见表1-4 表1-4 出钢钢水温度1632℃出钢钢水重量132吨 实施例2 铁水条件 铁水成分C 2.91％，Mn 0.03％，Si 0.00％，S 0.0321％，P 0.006％； 铁水温度1243℃，铁水重量86.6吨； 吹炼过程 吹炼开始时加入Si-Fe 30kg/t，石墨(焦碳) 20kg/t升温； 在第1阶段投入总镍量的95％，约76kg/t的金属镍。
累计达供氧量5000Nm3第1阶段结束；温度为1700℃。
在第2阶段的主吹结束，测得C为0.56wt％。
第2阶段动态3结束时钢水成分见表2-1 表2-1 第2阶段开始以2.3吨/分钟的速度，连续加入铬铁合金31000kg，投入开始温度为1700℃。
第2阶段脱碳结束时钢水成分见表2-2 表2-2 脱碳结束时钢水温度1730℃； 吹炼模式见表2-3 表2-3Nm3/min 还原与脱硫 加入还原剂硅铁3000kg进行还原； 还原结束后进行脱硫操作，加入2000kg的石灰、2000kg萤石进行脱硫。
出钢成分见表2-4 表2-4 出钢钢水温度1650℃出钢钢水重量125吨 实施例3 铁水条件 铁水成分铁水成分C 2.83％，Mn 0.03％，Si 0.00％，S 0.010％，P0.007％； 铁水温度1154℃，铁水重量85吨 实施例3吹炼过程 吹炼开始时加入Si-Fe 20kg/t，石墨(焦碳) 30kg/t升温； 在第1阶段投入总镍量的10％，约85kg/t的金属镍。
累计达供氧量5500Nm3第1阶段结束；温度为1668℃。
在第2阶段的主吹结束，测得C为0.65wt％。
第2阶段动态3结束时钢水成分见表3-1 表3-1 第2阶段开始以3吨/分钟的速度，连续加入铬铁合金32400kg，投入开始温度为1720℃。
第2阶段脱碳结束时钢水成分见表3-2 表3-2 脱碳结束时钢水温度1680℃ 吹炼模式见表3-3 表3-3Nm3/min 还原与脱硫 加入还原剂硅铁3000kg进行还原； 还原结束后进行脱硫操作，加入1528kg的石灰、1210kg萤石进行脱硫。
出钢成分见表3-4 表3-4 出钢钢水温度1626℃，出钢钢水重量129吨。
众所周知，采用全铁水冶炼奥氏体不锈钢，其热平衡控制是很困难的，由于这一点在世界范围内冶炼不锈钢均采用废钢由电炉熔化成一定成分和温度的不锈钢母液(粗炼钢水)再到AOD进行脱碳精炼的工艺。即使采用高炉铁水(脱磷后)，也必须和废钢搭配使用在电炉内熔化成不锈钢母液(粗炼钢水)，再经AOD进行脱碳精炼。
本发明充分利用了高炉铁水含C高，化学热高的特点，灵活应用热补偿技术，在吹炼过程中稳定的控制溶池温度及合理吹炼模式，将Cr的氧化控制在较小的范围内。
权利要求
1.一种AOD全铁水直接冶炼奥氏体不锈钢的方法，该方法采用全铁水直接兑入AOD炉内进行冶炼，共分三个阶段进行
在脱碳升温阶段，吹炼开始后即向炉内投入15～30Kg/吨钢的硅铁和20～40Kg/吨钢的石墨或焦碳，使熔池温度上升到1600℃～1700℃，并通过顶吹氧枪和侧吹风口供氧，氧气流量与惰性气体流量之比控制在10∶1以上；所需投入的镍量的90％以上要在该阶段投入，当熔池[C]含量控制到1.5～2.5wt％时结束；
接着进入脱碳保铬阶段，当熔池温度达到1680℃～1720℃时，就以2～3吨/分钟的速度投入铬铁，在该阶段氧气流量与惰性气体流量之比控制在10∶1以上，当熔池[C]达到0.45～0.65wt％时，氧气与惰性气体的比例控制等同一般AOD冶炼工艺，结束温度控制在1680℃～1730℃；
然后进入还原脱硫阶段，该阶段等同一般AOD冶炼工艺。
全文摘要
本发明目的是省去电炉初炼工序，提供一种AOD全铁水直接冶炼奥氏体不锈钢的方法，分为脱碳升温、脱碳保铬、还原脱硫三个阶段，在脱碳升温阶段，吹炼开始即向炉内投15～30Kg/吨钢的硅铁和20～40Kg/吨钢的石墨或焦碳，使熔池温度上升到1600℃～1700℃，并通过顶吹氧枪和侧吹风口供氧，氧气流量与惰性气体流量之比控制在10∶1以上；所需投入镍量的90％以上要在该阶段投入，当熔池[C]含量控制到1.5～2.5wt％时结束；接着依次进入脱碳保铬阶段和还原脱硫阶段。
文档编号C21C7/072GK101096723SQ20061002847
公开日2008年1月2日 申请日期2006年6月30日 优先权日2006年6月30日
发明者池和冰, 江庆元, 邵世杰, 李冬刚, 蒋兴元 申请人:宝山钢铁股份有限公司