一种快速氩氧精炼低碳铬铁合金的方法及其改进装置的制作方法

专利名称：一种快速氩氧精炼低碳铬铁合金的方法及其改进装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高碳高铬合金降碳的方法，特别是涉及一种将高碳铬铁合金精炼成低碳铬铁合金的方法。
背景技术：
低碳铬铁合金是冶炼特种钢和超低碳合金结构钢的重要原料，它的碳含量越低和铬含量越高，其经济价值和使用价值就越高。目前冶炼低碳铬铁合金的方法主要为三步法和“波伦法”(Perrin)，其主要步骤为先生产碳含量(wt. % )大于8%的高碳铬铁合金，再以这种高碳铬铁合金为原料生产硅铬合金，再以硅铬合金为原料生产低碳铬铁合金，由此可获得碳含量(wt. % )低于0. 5%的低碳铬铁合金。这类方法的缺点是工序长，电耗高，铬损失大。近年研究尝试采用不锈钢氩氧精炼方法，直接用转炉或AOD炉将碳含量(wt. % ) 大于8%、铬含量(wt. 为60% 75%的高碳铬铁合金熔体进行顶、底复吹氩(氮)/氧混合气精炼，获得低碳铬铁合金。其中顶吹氩(氮)/氧混合气的目的是大量氧化铬铁合金熔体中碳的同时，降低其熔体内和液面上的一氧化碳分压，以有利于碳的氧化反应并尽量降低铬的氧化；底吹氩(氮)/氧混合气的目的是通过强烈搅拌来加强氧与碳的充分接触并降低高碳铬铁合金熔体内的一氧化碳分压，从而促进碳的氧化并尽量减少铬的氧化。对氩(氮)/氧混合气中氧含量的控制，一般是考虑随着铬铁合金熔体中碳含量减少而逐步减少其氩(氮)/氧混合气中氧的比例。授权专利申请(93109254. X)提出的底吹感应炉冶炼超低碳高铬合金钢工艺，在感应炉内将低碳废钢和铁合金混合熔化并升至一定温度后进行底吹氧气和惰气的混合气体，根据不同的碳含量区间采用不同的混合气体比例，通过吹气时间、温度和混合气体比例及流量的控制达到降碳目的，并在脱碳后加入还原剂，提高铬的收得率。授权专利申请(95108M8. 4)的含Cr钢水的脱碳精炼方法，提出含铬(Cr)钢水在碳含量(wt. % )为1 0. 05期间，仅向钢熔池表面喷吹惰性气体，向钢熔池表面之下吹入氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体，搅拌渣和钢水，使熔渣中的Cr2O3和钢水中的C积极地产生Cr203+3C — 2Cr+3C0的反应。授权专利申请Q00710034451. 7)提出一种低微碳铬铁合金的生产工艺，采用中频感应炉将高碳铬铁熔化后转入罐体进行氩氧吹炼，再在真空条件下对其铬铁熔体进行氩氧混合底吹获得低微碳铬铁合金。专利申请Q00810033920. 8)提出将AOD炉中高碳母液采用大比例高强度氧进行侧顶复合吹方式进行不锈钢冶炼，可显著缩短冶炼时间并减少铬元素氧化量的方法。上述专利申请所述的方法及目前文献提出的氩(氮)/氧精炼铬铁合金的方法，对常规冶炼温度与常压条件下氩氧精炼碳含量(wt. % )、铬含量(wt. % )都较低(碳< 1%， 铬18% )的不锈钢熔体，会得到较好的“去碳保铬”效果。但对碳含量(wt. % )高约8%， 特别是铬含量(wt. 高达60% 75%的高碳铬铁合金熔体，也按照精炼不锈钢的氩氧精炼方法同样做到“去碳保铬”获得低碳铬铁合金，则会困难得多。对高碳铬铁合金熔体氩氧精炼与铬系不锈钢熔体氩氧精炼的难度比较为1)高碳铬铁合金熔体中的铬含量要比不锈钢熔体的铬含量高的多，若将高碳铬铁合金熔体在较低的常规温度下进行氩氧精炼，容易使铬优先于碳氧化，当其熔体碳含量(wt. % )降至约2%时，会有20 30%的铬被氧化并进入熔渣中，而当其熔体碳含量 (wt. % )降至以下时，会有近50%的铬将被氧化。为减少铬的氧化损失，在精炼后期通常加入大量铝、硅铁、铬矿等对熔渣中的氧化铬进行还原，但因铬铁合金熔体中铬含量高并且熔渣中氧化铬含量也高，加入铝、硅铁只能使熔渣中的氧化铬部分还原，且需消耗大量铝、硅铁等而提高精炼成本。加入铬矿可适当补充铬铁合金熔体中的铬，但却不能降低熔渣中氧化铬的含量，同时会使铬铁合金熔体中碳、硫、磷等有害杂质含量增加。另外在加入大量铝、硅铁之前，还需要在氩氧精炼的氧化期加入大量氧化钙等造渣料及辅助化渣料，提高其熔渣碱度，为后期加入硅铁还原氧化铬做好准备，但加入大量氧化钙等渣料会在其熔体表面形成较厚且粘度较大的熔渣层，阻碍其熔体中的氧化气体排出，这对碳含量较高的高碳铬铁合金熔体来说，表面较厚且粘度较大的熔渣层，会极大地影响碳的氧化反应进行，并会引起铬的大量氧化。而且，增大熔渣量也会使熔渣中的氧化铬浓度降低，使氧化铬还原难度增大。2)高碳铬铁合金熔体中因碳含量高需要大量吹氧进行脱碳，并且需要较长的吹炼时间，而大量吹氧和长时间吹炼不但会降低生产效率，而且易造成大量铬的氧化损失。3)高碳铬铁合金熔体中的铬因远高于铬系不锈钢熔体中的铬，更容易在大量吹氧时被氧化。4)高碳铬铁合金熔体中铬含量高，使得这种熔体的粘度较大，其熔体表面的熔渣因含有较多的氧化铬也具有较高的粘度，这需要增大顶、底复吹氩(氮)/氧气量和气体压力(或增大气体流速)，使吹入的氧气能够在铬铁合金熔体中充分与碳接触。5)大量顶、底复吹氧气会与碳发生剧烈的氧化反应，会使其熔体温度升高，同时产生大量反应气体，这极易引起粘度较大的铬铁合金熔体和熔渣中气体含量增大而发生沸腾，导致喷溅危害发生，一般应设法避免发生喷溅。降低顶、底复吹氧量可以避免和减轻其喷溅，但又会使顶吹氧气难以冲入粘度较大的熔渣和铬铁合金熔体中，致使降碳困难。此外，目前的转炉及AOD炉的炉口较小且较矮，当铬铁合金熔体和熔渣发生沸腾和喷溅时，极易导致铬铁合金熔体与熔渣大量溢出和溅出炉口，造成危险和损失。本发明提出一种将高碳铬铁合金熔体快速氩氧精炼成低碳铬铁合金方法，并对用于氩氧精炼的转炉或AOD炉进行改进，使得高碳铬铁合金在进行氩氧精炼中存在的困难得以较好的解决。

发明内容
本发明通过试验研究和从铬碳氧化平衡的热力学关系分析表明，高碳铬铁合金熔体(以下简称熔体)当处于较高的氩氧精炼温度时，将有利于碳的氧化和减少铬的氧化。熔体在氩氧精炼过程中，其熔体内及其熔体液面会发生3个化学反应，即化学反应1 C+0 — CO丨；化学反应2 :2Cr+30 — Cr2O3 ；化学反应3 :3C+Cr203 — 2Cr+3C0丨。试验得出当熔体的氩氧精炼温度提高至1700°C以上时，将有利于上述化学反应1和3进行，而在相同
4氩氧精炼温度下降低熔体内及液面的一氧化碳分压则也有利于上述化学反应1和3进行。由于熔体的碳含量(wt. % )较高(精炼初约8% )，为缩短精炼时间，加快降碳速度，除需要提高熔体的氩氧精炼温度以有利于碳氧化外，还需要较大提高顶、底复吹氩 (氮)/氧气的供氧强度，并要对熔体与熔渣进行充分搅拌，还要尽量降低熔体内及液面上的一氧化碳分压来促进碳的氧化和减少铬的氧化。而若采用常规不锈钢的较低温度和较低氧量的氩氧精炼方法将不利于熔体中碳的氧化并会造成大量铬的损失。为解决低温低氧量不利于熔体降碳并会造成铬损失，而高温、大氧量降碳又会因熔体氧化反应过于剧烈而易出现喷溅的矛盾，本发明对熔体在大氧量降碳中可能出现的各种喷溅现象及改善方法进行研究，认为喷溅主要是由于熔体和熔渣(浮于熔体之上的熔化或半熔化的渣料)中含有大量一氧化碳气体不能及时排出造成的，其现象为熔体与熔渣发生急剧膨胀和沸腾并产生大量飞液(被排出气体带起至空中的具有一定体积量的熔体或熔体与熔渣的混合体)。研究认为，喷溅的发生与顶、底复吹氩(氮)/氧气中的氧流量及压力、气体搅拌能力、熔体温度、熔渣成分与粘度、顶枪位置等因素有关，其原因可以归纳为1)吹氧时熔体搅拌不均勻，使熔体某局部的碳与氧反应产生大量一氧化碳气体不能及时扩散排出而发生局部喷溅；幻熔渣较厚且粘度较高，大量一氧化碳气体进入熔渣后不能及时排出而导致喷溅。熔渣粘度越高和厚度越大，熔渣内气体滞留就越多。提高熔渣温度可降低熔渣粘度，提高其气体排出能力，降低熔渣厚度，也可提高其气体排出能力。3)熔渣量不足而使熔体表面裸露，剧烈碳氧反应产生大量一氧化碳气体使熔体与熔渣沸腾导致液位升高，其排出气体夹带着熔体与熔渣形成飞液。上述可以说明，对熔体进行大氧量复吹可以加速熔体中碳的氧化，同时导致熔体温度上升和发生喷溅，如能对喷溅过程进行控制，就可以利用喷溅过程对熔体进行大氧量复吹，从而加快熔体的降碳速度。进一步研究表明，加强对熔体的搅拌，使熔体产生快速流动及旋转，可使熔体氧化反应均勻，并具有切割熔体和熔渣中气泡的作用，既可避免局部熔体和熔渣喷溅发生，也可使液位起伏稳定且减少飞液。升高熔体温度会使熔体和熔渣粘度减低而缓和喷溅，减少大体积飞液并降低其飞起高度。因此加强气体搅拌和升高熔体温度都有利于缓和喷溅。另外， 熔体与熔渣的喷溅(沸腾与飞液)也可使熔体与熔渣产生流动，起到使熔体氧化反应均勻的辅助搅拌作用。进一步对高温喷溅研究表明，高温喷溅的有利方面是1)化学反应速度快，降碳时间明显缩短；幻使碳优先于铬氧化，铬的损失明显减少。高温喷溅的不利方面主要是操作控制困难且不安全，容易造成熔体损失，影响炉体寿命，但试验表明，熔体在较高温度且液面渣液较少时出现的一定程的度喷溅是容易控制的，完全可以将其喷溅始终处于一个较稳定的状态；在高温喷溅过程中，熔体的液位起伏较大，使液位处炉体的集中冲刷减轻，且产生的气泡可起到对炉体的隔热保护作用，另外喷溅出的高温飞液的氧化反应会在空中进行并在空中散热，不会将其热量传给炉体，而少量溅到炉体的飞液也因与大气接触的比表面积较大而很快散热降温，而且由于喷溅缩短了降碳时间，因此不会对炉体产生大的热损坏。由此，本发明认为熔体在高温、大氧量下发生的喷溅是可以利用的，认为有限度的促进喷溅发生可使熔体在氧化期始终可以处在最大的氧气量下进行剧烈而均勻的氧化反应，从而加快降碳过程，使吹炼时间大大缩短，这一点已经在试验中得到证实。然而在目前实际生产中一旦发生大的喷溅，会因很难控制而造成较大的危害。因此本发明的技术关键是如何在利用喷溅的同时对其喷溅进行有效的控制，使其具有稳定的喷溅过程，避免大的喷溅发生，即使发生大的喷溅也能通过控制很快恢复稳定。为在大氧量吹炼下对熔体进行快速氧化降碳并对喷溅进行有效控制，本发明采取的措施为1、提高熔体温度。采用顶、底复吹氩(氮)/氧气将初炼炉转来的温度较低的熔体进行氧化，使熔体在氧化中升温为1700°C以上的高温熔体，最好是将熔体升温为1750°C 1800°C范围内的高温熔体。这种高温熔体对碳优先于铬氧化极为有利，同时其熔体及渣液的粘度会大大降低，既有利于气体搅拌，又有利于反应气体及时排出。2、在熔体的氩氧精炼氧化期减少熔体液面上的熔渣并提高熔渣温度。在熔体剧烈氧化产生大量一氧化碳气体时，熔体液面上若存在大量粘度较大的熔渣是导致严重喷溅且难以控制的重要因素，并且大量粘度较大的熔渣因严重阻碍一氧化碳气体排除而提高了熔体液面上的一氧化碳分压，从而阻碍了碳的氧化并促进了铬氧化。为此本发明采取在熔体精炼的氧化期尽量少加甚至不加渣料的措施，使熔体液面熔渣层尽量减薄，同时通过提高熔体温度来降低其熔渣粘度。可以对转入的初炼熔体先除去全部熔渣，再进行复吹氩 (氮)/氧气氧化，或者可以对转入的初炼熔体先除去全部熔渣，再重新加入少于15千克/ 吨熔体量的石灰(如轻烧氧化钙等)造渣料及少量化渣剂(如氧化铁、氧化锰等，加入量约为石灰的10%)，然后再进行氩(氮)/氧气复吹氧化。无熔渣或少量熔渣使熔体表面裸露，可使大量一氧化碳气体直接从熔体表面排出，这对控制高温熔体的喷溅极为有利，并且熔渣少可以提高氧化铬在熔渣中的浓度，有利于在还原期对氧化铬进行还原。3、加强顶、底复吹中底吹氩(氮)/氧气的搅拌作用，通过高速和一定角度的底吹氩(氮)/氧气使反应气体(指吹入熔体的氩(氮)/氧气和反应生成的一氧化碳气)形成大量比表面积较大的小气泡，并带动熔体不同部位产生不同线速度的旋转，使得反应气体在熔体中上升时被切割成更小的气泡，使熔体整体获得氧气与碳的充分接触达到整体氧化反应均勻，而这种大量的小气泡导致的喷溅仅使高温熔体及熔渣出现一定程度的膨胀与沸腾，并使飞液明显减少且飞液体积明显减小。4、在熔体氩氧精炼的氧化期采取适于形成稳定喷溅的顶、底复吹氩(氮)/氧气的方法。可以将熔体精炼的氧化过程分为预氧化期和喷溅快速氧化期，其中(1)预氧化期是采用顶、底复吹氩(氮)/氧气将从初炼炉转来的温度较低的熔体进行氧化升温至1700°C以上，并在形成高温熔体后引起喷溅。在这一氧化过程，顶、底复吹氩(氮)/氧气流量和流速应由小逐步增大，顶、底复吹氩(氮)/氧气中的氧气比例也由小逐步增大，这是因为在熔体氧化开始时，熔体温度较低，粘度较大，若直接采用较大流量和流速的顶、底吹氧气，会引起熔体不均勻氧化和增加铬的氧化损失。因此在熔体氧化开始时可以将顶吹氩(氮)/氧气的流量设定为1. 0 2. 5立方米/吨·分钟，顶枪喷口氩 (氮)/氧气流速范围设定为150 300米/秒，顶吹氩(氮)/氧气混合比设定为6 4 4 6;将底吹氩(氮)/氧气的流量调整为0.3 0.5立方米/吨 分钟，流速范围调整为 50 200米/秒之间，底吹氩(氮)/氧气混合比调整为6 4 3 7。在此顶、底复吹氩(氮)/氧气参数基础上逐步增大流量、流速及底吹氩(氮)/氧气中的氧气比例，可将顶吹氩(氮)/氧气的流量逐步增至2. 5 4. 0立方米/吨·分钟，顶枪喷口氩(氮)/氧气流速范围随之增至300 500米/秒之间，顶吹氩(氮)/氧气混合比逐步调整至0 10 2 8之间；将底吹氩(氮)/氧气流量逐步增至0.5 1.0立方米/吨 分钟，流速范围随之增至200 400米/秒之间(当顶吹和底吹喷口口径固定时，气体在喷口的流速随流量增加而增大，因此在改变流量时，其流速也随之改变)，底吹氩(氮)/氧气混合比逐步调整至0 10 2 8之间。上述所说顶吹氩(氮)/氧气用的顶枪喷口距熔体静止液面高度设定为0. 2 0. 35米。随着熔体氧化反应的进行，熔体液面上出现一定量的氧化铬渣， 熔体的温度也越来越高，当熔体出现喷溅征兆时，开始进入喷溅快速氧化期。(2)喷溅快速氧化期是熔体在顶、底复吹氩(氮)/氧气共同作用下不断产生喷溅的氧化过程，其喷溅的目的是为了使高碳铬铁合金熔体在氧化期始终可以处在最大的氧气量下进行剧烈而均勻的氧化反应，以加快熔体中碳的氧化。当开始这一氧化期时，应适当加大顶吹的氩(氮)气量，并适当增加底吹氧气，即将顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为 4 6 8 2之间，顶吹流量调整为2.5 4.0立方米/吨·分钟，顶枪喷口距熔体静止液面高度提高至0.6 1.2米；将底吹氩(氮)/氧气混合比设定为0 10 2 8，再将底吹氩(氮)/氧气流量在0. 6 1. 5立方米/吨 分钟之间进行调整来控制喷溅的状态。 在供氧量调整方面，增加底吹的供氧量应优先于增加顶吹的供氧量，这样，可以提高顶吹的氩(氮)气量来降低熔体液面上的一氧化碳分压，而加强底吹和提高底吹氧气量可使熔体保持充分搅拌，同时保证了熔体中碳的氧化所需要的大量氧气。观察这一氧化期熔体液面的喷溅情况，可以看到其液面有明显提高并不断高低起伏，液面上少量熔渣对熔体的喷溅影响不大，可以看到较多的但体积较小的飞液从液面飞起，其飞起高度一般不大于1. 5米， 而熔体液面上升高度及飞液状态可以通过底吹氩(氮)/氧气流量控制的氧化反应程度来进行控制。另外，改变顶枪喷口高度和顶吹氩(氮)/氧气流量也对熔体液面上升高度及飞液状态具有一定的改变作用。测定喷溅过程中熔体的温度基本保持在1750°C 1800°C范围内，这无疑有利于碳的氧化并更有利于避免铬的氧化，而且经观察发现，氧化铬渣在这一氧化期中有明显减少，其原因可分析为高温熔体经充分搅拌，促进了熔体中碳与氧化铬的置换反应，同时加大的顶吹氩(氮)气量，也显著降低了熔体液面上的一氧化碳分压，从而促进了碳的氧化。随着喷溅快速氧化的进行，熔体中碳逐渐被降低，需要对熔体进行多次炉前采样检测，采样时可停止顶吹并停止底吹氧气，使喷溅停息，采样后重新按上述方法进行复吹氩 (氮)/氧气，使熔体再发生喷溅继续进行快速氧化。当采样测得碳含量(wt. % )降低至 0. 4% 0. 8%时，可以结束熔体的氧化期，开始进入熔体的还原期。所说的顶吹氩(氮)/氧气用的顶枪可由单个或多个水冷或气冷喷管组成；所说的底吹用的底吹管可采用多个口径较小的排布于炉底上的水冷或气冷喷管组成。所说的氩(氮)/氧气是由氩(氮)气与氧气混合成的气体，其中的氩(氮)是指氩气或氮气或氩气与氮气的混合气。所说的氩(氮)/氧气混合比是指氩(氮)气与氧气的体积混合比例。氩(氮)/ 氧气混合比可以在0 10 10 0之间调整，当氩(氮)/氧气混合比为10 0时，氩 (氮)/氧混合气等同于氩(氮)气，当氩(氮)/氧气混合比为0 10时，氩(氮)/氧混合气等同于氧气。5、向结束氧化期的高温熔体(高于1700°C )加入氧化钙后再加入氧化铁等还原剂对氧化铬进行还原，同时顶、底复吹氩(氮)气进一步降碳。将底吹氧气改为底吹氩(氮) 气，停止对熔体的氧气供应(或仅提供微量的氧气)并依然进行充分搅拌，使熔体中剩余氧继续与熔体中碳发生氧化反应，并使氧化铬渣与熔体中碳充分接触发生置换反应，另外顶、 底复吹氩(氮)气可以有效降低熔体与熔渣及熔体液面上的一氧化碳分压，进一步促进碳的氧化及促进氧化铬还原。此外，将氧化钙在较高的熔体温度加入有利于化渣，可使随后再加入的硅铁或金属铝等还原剂更好地发挥还原氧化铬作用。其具体实施方法是将底吹氩(氮)/氧气混合比调整为10 0 9 1，底吹氩(氮)/氧气流量调整为0.4 0.8 立方米/吨 分钟；将顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为10 0，顶吹氩(氮)/氧气的流量调整为2. 0 3. 0立方米/吨·分钟，顶枪喷口距熔体静止液面高度调整为0. 2 0. 35 米；在上述顶、底复吹氩(氮)/氧气参数条件作用下，熔体将从高于1700°C的温度逐渐下降，在此降温期间可分次加入氧化钙5 30千克/吨熔体量，然后再按10 40千克/吨熔体量加入硅铁或金属铝或硅铁与金属铝的混合还原剂。熔体经还原期后，其熔体碳含量 (wt. % )低于0. 15%，其铬损失(wt. % )低于5%。6、对氩氧精炼炉(转炉或AOD炉)进行改进。尽管采用上述技术措施可以对熔体氧化期的喷溅进行有效控制，但依然可能存在各种因素引发的难以控制的较大喷溅发生， 因现用转炉炉口较矮，难免会出现少量飞液从炉中飞出。为此本发明对常用的氩氧精炼用转炉进行了改进。本发明所述的氩氧精炼用转炉的改进简图如图1、图2所示，它由炉体4 和在炉体4下部的炉底6处安装的多个底吹管5及炉口 3与炉口 3上方的顶枪1构成，其特征之一是将炉口 3的口径增大，并且在炉口 3上方连接一个直径与炉口 3 口径一致的可移动的辅助炉体2，其高度为0. 5 2米。在初炼熔体装入转炉过程和熔体精炼后出炉及在熔体精炼还原期时，可将辅助炉体2移开；而在熔体精炼氧化期时，可将辅助炉体2移至或坐在炉口 3上。这一改进可避免熔体发生喷溅时出现飞起较高的飞液飞出炉外，从而提高了利用喷溅进行快速降碳的可靠性。本发明所述的氩氧精炼用转炉改进的特征之二是多个底吹管5位置排布于距圆形的炉底6 (指俯视转炉或AOD炉炉底形状为圆形或近圆形)中心不同距离的炉底6上(见图2所示)，底吹氩(氮)/氧气从底吹管5 口吹出的方向为以圆形炉底中心为圆心的各同心园的切线方向或者近似切线方向。这样的底吹搅拌可使熔体整体的氧化反应均勻，通过这种装置可使反应气体形成大量比表面积较大的小气泡，使氧气与碳能够充分接触，而切线方向的底吹氩(氮)/氧气可使熔体不同部位产生不同线速度的旋转，使得反应气体在熔体中上升时被切割成更小的气泡，因此这种装置可以支持底吹气体对熔体的充分搅拌并可产生大量小气泡，而这种气泡导致的喷溅可使高温熔体及熔渣出现一定程度的膨胀与沸腾，并使其飞液明显减少且飞液体积明显减小。另外，采用高温喷溅氩氧精炼存在降低炉体寿命问题，可在熔体精炼中和精炼后采取溅渣补炉措施。如熔体从精炼炉中倒出后，向炉内熔渣中按每吨熔体加入1 5千克轻烧氧化镁或轻烧白云石或镁砂及少量氧化铁与碳粉，随即进行3 5分钟的顶吹氩(氮) 气溅渣处理，如此可以延长采用高温喷溅氩氧精炼的炉体寿命。综上所述，本发明提供的一种快速氩氧精炼低碳铬铁合金的方法及其改进装置的特征是
1、在熔体的氩氧精炼氧化期前或在熔体氧化期中加入0 15千克/吨熔体量的氧化钙渣料并加入0 1. 5千克/吨熔体量的氧化铁或氧化锰或氧化铁与氧化锰的混合化渣剂。2、对熔体进行预氧化用顶、底复吹氩(氮)/氧气对熔体进行氧化升温至1700°C 以上并直至熔体出现喷溅，其顶吹氩(氮)/氧气参数由流量为1. 0 2. 5立方米/吨 分钟和氩(氮)/氧气混合比为6 4 4 6逐步调整至流量为2. 5 4.0立方米/吨 分钟和流速为300 500米/秒及氩(氮)/氧气混合比为0 10 2 8，顶枪喷口距熔体静止液面高度设定为0. 2 0. 35米；其底吹氩(氮)/氧气参数由流量为0. 3 0. 5立方米/吨 分钟和氩(氮)/氧气混合比为6 4 3 7逐步调整至流量为0.5 1.0立方米/吨·分钟和流速为200 400米/秒及氩(氮)/氧气混合比为2 8 0 10。3、对熔体进行喷溅快速氧化当熔体在上述顶、底复吹氩(氮)/氧气作用下出现喷溅时，将顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为4 6 8 2，顶吹流量调整为2. 5 4.0立方米/吨 分钟，顶枪喷口距熔体静止液面高度提高至0. 6 1. 2米；将底吹氩(氮)/氧气混合比设定为0 10 2 8，再将底吹氩(氮)/氧气流量在0.6 1.5立方米/吨 分钟之间进行调整来控制喷溅的状态。4、当测定熔体碳含量(wt. % )降低至0. 4% 0. 8%时，结束熔体的氧化期，将底吹氩(氮)/氧气混合比调整为9 1 10 0，底吹氩(氮)/氧气流量调整为0.4 0.8 立方米/吨 分钟；将顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为10 0，顶吹氩(氮)/氧气的流量调整为2. 0 3. 0立方米/吨·分钟，顶枪喷口距熔体静止液面高度调整为0. 2 0. 35 米；在熔体从高于1700°C的温度逐渐下降的降温期间，将10 30千克/吨熔体量的氧化钙分1 3次加入到熔体中，然后再按10 40千克/吨熔体量加入硅铁或金属铝或硅铁与金属铝的混合还原剂。5、本发明的快速氩氧精炼低碳铬铁合金用转炉的改进装置是由炉体4和在炉体4 下部的炉底6处安装的多个底吹管5及炉口 3与炉口 3上方的顶枪1构成，其特征之一是将炉口 3的口径增大，并且在炉口 3上方连接一个直径与炉口 3 口径一致的可移动的辅助炉体2，其高度为0. 5 2米。其特征之二是把多个底吹管5位置排布于距圆形的炉底6(指俯视转炉或AOD炉炉底形状为圆形或近圆形)中心不同距离的炉底6上(见图2所示)，底吹氩(氮)/氧气从底吹管5 口吹出的方向为以圆形炉底中心为圆心的各同心园的切线方向或者近似切线方向。上述所说的在熔体的氩氧精炼氧化期前或在熔体氧化期加入氧化钙渣料的加入量为3 10千克/吨熔体量，加入氧化铁或氧化锰或氧化铁与氧化锰的混合化渣剂的加入量为0 1.0千克/吨熔体量。上述所说的熔体喷溅快速氧化期的顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为6 4 8 2，顶枪喷口距熔体静止液面高度为0.6 0.8米。上述所说的熔体氧化期结束时，将15 25千克/吨熔体量的氧化钙分2次加入到熔体中，然后再按20 30千克/吨熔体量加入硅铁或金属铝或硅铁与金属铝的混合还原剂。本发明的优点在于1、在较高熔体温度下对高碳铬铁合金进行氩氧精炼，有利于碳的氧化和减少铬的损失。2、利用氩氧精炼的氧化期产生的喷溅使高碳铬铁合金熔体在氧化期始终可以处在最大的氧气量下进行剧烈而均勻的氧化反应，加快了熔体的降碳过程，提高了精炼效率。3、采用本发明的技术方法与转炉改进装置，可稳定的控制氩氧精炼过程，有利于生产工艺操作和实现在线自动控制。4、可以较稳定地获得碳含量(wt. % )低于0. 15%的低碳铬铁合金，其铬损失 (wt. % )低于 5%。


图1是本发明用氩氧精炼转炉的改进简图。图2是本发明用氩氧精炼转炉炉底的改进俯视简图。下面结合附图对本发明做进一步说明。
具体实施例方式实施例1 实验采用产能为5吨的顶、底复吹转炉作为精炼炉，顶枪1由3根三角形排列的水冷喷管组成；炉底安置16根呈+字排列的底吹管5 ；炉口 3上装有可移开的高度为1. 5米的辅助炉体2 ；在辅助炉体2上方安装有可上下移动的排气通道，排气通道连接于排气流量为10万立方米/小时、全压为5200帕(Pa)的排烟引风机。将4吨碳含量(wt. % )为8. 2%、铬含量(wt. % )为70 %的初炼熔体转入转炉中，测定其温度为1575°C，加入35千克轻烧氧化钙粉并加入1. 5千克氧化铁和1. 5千克氧化锰，随后顶、底复吹氩(氮)/氧气对熔体开始预氧化。启动顶吹氩(氮)/氧气，先设定顶吹流量为8.0立方米/分钟，顶吹氩(氮)/氧气混合比为6 4，顶枪喷口距熔体静止液面高度设定为0.25米，设定底吹流量为1.5立方米/分钟，底吹氩(氮)/氧气混合比为3 7。经20分钟后测定熔体温度为1630°C，将顶吹流量调整为10立方米/分钟，顶吹氩 (氮)/氧气混合比调整为4 6，顶枪喷口距熔体静止液面高度设定为0.25米，底吹流量调整为2.0立方米/分钟，底吹氩(氮)/氧气混合比为2 8。经20分钟后测定熔体温度为1690°C，将辅助炉体2移至炉口 3上方并坐在炉口 3 上。将顶吹流量调整为11. 5立方米/分钟，顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为1 9，顶枪喷口距熔体静止液面高度调整为0. 3米，底吹流量调整为3. 5立方米/分钟，底吹氩(氮)/ 氧气混合比为1:9。经约16分钟后，熔体开始出现喷溅，测定熔体温度为1720°C，开始进行喷溅快速氧化。将顶吹流量保持11. 5立方米/分钟，顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为6 4，顶枪喷口距熔体静止液面高度调整为0. 6米，底吹流量调整为4. 0立方米/分钟，底吹氩(氮)/ 氧气混合比为1 9。此时计算顶吹喷口气体流速约为350米/秒，各底吹管5出口流速约为320米/秒。经20分钟喷溅氧化，观察其喷溅趋于活跃，测定熔体温度为1760°C，测定其熔体碳含量(wt. % )为3.4%。将顶吹流量保持11. 5立方米/分钟，顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为8 2，顶枪喷口距熔体静止液面高度保持0.6米，底吹流量保持3. 2立方米/分钟，底吹氩(氮)/氧气混合比为1 9。再经约20分钟喷溅氧化，观察其喷溅趋于平稳，测定熔体温度约1780°C，测定其熔体碳含量(wt. % )为0. 6 %，结束氧化期。进入还原期，将顶吹流量保持11. 5立方米/分钟，顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为10 0，顶枪喷口距熔体静止液面高度调整为0.3米，底吹流量保持3. 2立方米/分钟， 底吹氩(氮)/氧气混合比为9 1。将80千克氧化钙分2次加入到熔体中，然后再加入 60千克硅铁和40千克金属铝。经15分钟后，观察其喷溅基本消失，测定熔体温度约1680°C，测定其熔体碳含量 (wt. % )为0. 35%。顶吹氩(氮)/氧气混合比保持10 0，顶吹氩(氮)/氧气的流量调整为8. 5立方米/分钟，顶枪喷口距熔体静止液面高度调整为0. 3米，底吹流量调整为2. 5 立方米/分钟，底吹氩(氮)/氧气混合比为10 0。再经15分钟后，测定熔体温度约1610°C，测定其熔体碳含量(wt. % )为0. 15%。 停止顶吹，保持底吹，其流量逐减至1. 5立方米/分钟，经5分钟后出炉，检测其铬损失为 4%。精炼过程用时约140分钟。实施例2 仍使用上述5吨顶、底复吹转炉，将4吨碳含量(wt. 为7.9%、铬含量(wt. % ) 为68%的初炼熔体转入转炉中，测定其温度为1570°C，加入20千克轻烧氧化钙粉后开始顶、底复吹氩(氮)/氧气，设定顶吹流量为6.0立方米/分钟，顶吹氩(氮)/氧气混合比为5 5，顶枪喷口距熔体静止液面高度设定为0.25米，设定底吹流量为1.8立方米/分钟，底吹氩(氮)/氧气混合比为3 7。经20分钟后测定熔体温度为1680°C，将顶吹流量调整为9. 5立方米/分钟，顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为3 7，顶枪喷口距熔体静止液面高度设定为0.25米，底吹流量调整为2. 2立方米/分钟，底吹氩(氮)/氧气混合比为2 8。经20分钟后测定熔体温度为1720°C，将辅助炉体2移至炉口 3上方并坐在炉口 3 上。将顶吹流量调整为11立方米/分钟，顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为1 9，顶枪喷口距熔体静止液面高度调整为0. 3米，底吹流量调整为3. 8立方米/分钟，底吹氩(氮)/ 氧气混合比为1:9。经约15分钟后，熔体开始出现喷溅，测定熔体温度为1770°C。将顶吹流量保持11 立方米/分钟，顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为4 6，顶枪喷口距熔体静止液面高度调整为0. 6米，底吹流量调整为4. 0立方米/分钟，底吹氩(氮)/氧气混合比为1 9。经20分钟喷溅氧化，测定熔体温度为1790°C，测定其熔体碳含量(wt. % )为 3.0%。将顶吹流量保持11立方米/分钟，顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为8 2，顶枪喷口距熔体静止液面高度调整为0. 8米，底吹流量调整为4. 5立方米/分钟，底吹氩(氮)/ 氧气混合比为1:9。再经约20分钟喷溅氧化，测定熔体温度约1780°C，测定其熔体碳含量(wt. % )为 0.5%，结束氧化期。还原期加入100千克氧化钙后再加入60千克硅铁和50千克金属铝。将顶吹流量保持11立方米/分钟，顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为10 0，顶枪喷口距熔体静止液面
11高度调整为0.35米。将底吹流量调整为3. 8立方米/分钟，底吹氩(氮)/氧气混合比设定为9 1后经5分钟再将底吹氩(氮)/氧气混合比调整为10 0。再经15分钟后测定熔体温度约1680°C，测定其熔体碳含量(wt. % )为0. 25%。 顶吹氩(氮)/氧气混合比保持10 0，顶吹氩(氮)/氧气的流量调整为9.0立方米/分钟，顶枪喷口距熔体静止液面高度调整为0. 3米，底吹流量调整为2. 5立方米/分钟，底吹氩(氮)/氧气混合比为10 0。再经15分钟后，测定熔体温度约1610°C，测定其熔体碳含量(wt. % )为0. 12%。 停止顶吹，保持底吹并流量逐减至1. 5立方米/分钟，经5分钟后出炉，检测其铬损失为5%。
权利要求
1.一种快速氩氧精炼低碳铬铁合金的方法，其特征是1)在熔体的氩氧精炼氧化期前或在熔体氧化期中加入O 15千克/吨熔体量的氧化钙渣料并加入0 1. 5千克/吨熔体量的氧化铁或氧化锰或氧化铁与氧化锰的混合化渣剂。2)对熔体进行预氧化用顶、底复吹氩(氮)/氧气对熔体进行氧化升温至1700°C以上并直至熔体出现喷溅，其顶吹氩(氮)/氧气参数由流量为1. 0 2. 5立方米/吨 分钟和氩(氮)/氧气混合比为6 4 4 6逐步调整至流量为2. 5 4.0立方米/吨 分钟和流速为300 500米/秒及氩(氮)/氧气混合比为0 10 2 8，顶枪喷口距熔体静止液面高度设定为0. 2 0. 35米；其底吹氩(氮)/氧气参数由流量为0. 3 0. 5立方米/吨 分钟和氩(氮)/氧气混合比为6 4 3 7逐步调整至流量为0.5 1.0立方米/吨·分钟和流速为200 400米/秒及氩(氮)/氧气混合比为2 8 0 10。3)对熔体进行喷溅快速氧化当熔体在上述顶、底复吹氩(氮)/氧气作用下出现喷溅时，将顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为4 6 8 2，顶吹流量调整为2. 5 4.0立方米/吨·分钟，顶枪喷口距熔体静止液面高度提高至0. 6 1. 2米；将底吹氩(氮)/氧气混合比设定为0 10 2 8，再将底吹氩(氮)/氧气流量在0.6 1.5立方米/吨 分钟之间进行调整来控制喷溅的状态。4)当测定熔体碳含量(wt.降低至0.4% 0.8%时，结束熔体的氧化期，将底吹氩 (氮)/氧气混合比调整为9 1 10 0，底吹氩(氮)/氧气流量调整为0.4 0.8立方米/吨 分钟；将顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为10 0，顶吹氩(氮)/氧气的流量调整为2. 0 3. 0立方米/吨·分钟，顶枪喷口距熔体静止液面高度调整为0. 2 0. 35米； 在熔体从高于1700°C的温度逐渐下降的降温期间，将10 30千克/吨熔体量的氧化钙分 1 3次加入到熔体中，然后再按10 40千克/吨熔体量加入硅铁或金属铝或硅铁与金属铝的混合还原剂。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所说的在熔体的氩氧精炼氧化期前或在熔体氧化期加入氧化钙渣料的加入量为3 10千克/吨熔体量，加入氧化铁或氧化锰或氧化铁与氧化锰的混合化渣剂的加入量为0 1. 0千克/吨熔体量。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是所说的熔体喷溅快速氧化期的顶吹氩(氮)/氧气混合比调整为6 4 8 2，顶枪喷口距熔体静止液面高度为0.6 0.8米。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是所说的熔体氧化期结束时，将15 25千克/吨熔体量的氧化钙分2次加入到熔体中，然后再按20 30千克/吨熔体量加入硅铁或金属铝或硅铁与金属铝的混合还原剂。
全文摘要
本发明提供了一种快速氩氧精炼低碳铬铁合金的方法及其改进装置。是在大氧量吹炼和在较高温度下对高碳铬铁合金熔体进行氩氧精炼，并利用和控制精炼氧化期产生的喷溅过程，使高碳铬铁合金熔体在氧化期始终可以处在最大的氧气量下进行剧烈而均匀的氧化反应，加快了熔体降碳过程，并减少了铬的损失。并为防止发生较大喷溅飞出炉外对精炼用转炉进行了改进。通过本发明可获得碳含量(wt.％)低于0.15％的低碳铬铁合金，其铬损失(wt.％)低于5％。本发明的控制方法有利于生产操作和实现在线自动控制。
文档编号C21C7/068GK102191357SQ20101011507
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月1日 优先权日2010年3月1日
发明者吴化, 尤文, 张德江, 王淮 申请人:长春工业大学