专利名称：一种小容量aod炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种小容量AOD炉的冶炼エ艺，特别涉及ー种小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧エ艺，属于冶金领域。
背景技术：
公开号为CN1995403A的中国专利公开了ー种双渣法生产高碳低磷钢水的转炉エ 艺，该エ艺将高硅高磷铁水送入转炉中，并进行下述步骤一、吹炼前期一次脱磷倒渣将造渣材料总量的50%-60%加入转炉内，采用低-高抢位和高-低供氧流量进行吹炼操作，吹练前期结束后倒出70%-80%的富磷炉渣，控制前期结束时的熔池温度为1350-1450°C，炉渣的碱度在2. 3-2. 7之间，氧化铁含量在12%-16%之间；ニ、吹练中期二次脱磷倒渣将造渣总量的30%-40%加入转炉中，采用高枪位和低供氧流量进行吹练操作，吹练中期结束后倒出50-60%的炉渣，控制中期结束时的炉渣碱度在3. 2-3. 7之间，氧化铁含量为8%_12% ；三、 吹练后期再次脱磷并调整熔池终点温度和终点碳将剩余10%_20%的造渣材料加入转炉中，采用高-低抢位和中等供氧流量进行吹练操作，控制后期结束时的炉渣碱度在3. 7-4. 2 之间，氧化铁含量为10%_15%，吹练后期结束后，在出钢过程中进行脱氧合金化处理后，即得到高碳低磷钢水。该エ艺虽然用到了双渣法，而且也是部分倒出炉渣，但是该エ艺是在转炉中用来冶炼一般钢铁而不是在AOD炉中冶炼不锈钢或者高合金的超级奥氏体不锈钢及超低碳双相不锈钢等高端不锈钢。公开号为CN15M968A的中国专利，公开了ー种精炼高纯度不锈钢的方法，该方法为将电炉中融化的原料置于AOD炉中处理后，将其输送到钢包炉再进行连续浇铸。其中钢包炉用于补偿脱硫エ艺中钢水的温度下降。该方法在AOD炉处理后増加了钢包炉，即增加了设备的投入，又増加了エ艺步骤，使得エ艺更加复杂，而且用钢包炉补偿温度下降还需要消耗电能，増加了能源损耗。不锈钢要求硫、氧在钢中的含量较低，特别是高合金的超级奥氏体不锈钢及超低碳双相不锈钢等高端不锈钢要求硫、氧在钢中含量更低。所以不锈钢的脱硫、氧的エ艺过程是不可缺少的关键环节。由于炼渣是炼钢过程中非常重要的步骤，所以想要练出好钢就必须炼好炉渣，而炼好炉渣就是必须控制好造渣エ艺过程。令造好的二次造渣的炉渣符合预定的温度、渣量、碱度和流动性的要求，以达到良好的脱硫、氧的效果。然而二次造渣エ艺过程要消耗大量的热量，对大容量的AOD炉，因钢水装入量大，热量充足，故能充分提供造渣所需的热量，而不影响最终出钢和浇注时的钢水温度；但对小于等于10吨的小容量AOD炉， 因钢水装入量少，故二次造渣过程所消耗的大量热量会较大程度地影响最终出钢和浇注时的钢水温度。所以通常小容量的AOD炉只适用于单渣法，冶炼用于铸造的不锈钢，而不适用二次造渣的双渣法冶炼对脱硫、氧要求较高的用于冷加工或热加工的不锈钢产品
发明内容
本发明的目的在于克服了现有技术中的小容量AOD炉仅适用于单渣法，冶炼铸造用不锈钢的不足，提供了ー种小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧エ艺，利用本エ艺可显著地降低钢中硫、氧含量，从而能成功地冶炼用于冷或热加工的高合金的超级奥氏体不锈钢及超低碳双相不锈钢等高端不锈钢。本发明解决上述问题所采用的技术方案是该小容量AOD双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧エ艺，其特征是:A0D炉容量小于等于10吨，初钢水兑入AOD炉后，进入吹氧脱碳期， 加渣料进行一次造渣，并吹氧脱碳；吹氧脱碳结束，进入富铬渣预还原期，加脱氧剂还原吹氧脱碳时产生的氧化铬，富铬渣预还原结束时，钢水温度控制为1700-1820°C ；进入二次造渣期，部份扒渣，二次造渣的炉渣碱度控制为1. 8-3. 8，二次造渣期吹氩气或氮气的时间大于等于2分钟；然后进入钢水成份调整期，调整钢水成份；出钢，出钢温度为1570-1670°C， 钢水兑入盛钢桶，浇注成钢锭。作为优选，本发明所述AOD炉容量小于等于5吨。作为优选，本发明所述吹氧脱碳结束，进入富铬渣预还原期，加脱氧剂铝块及硅铁块还原吹氧脱碳时产生的氧化铬，富铬渣预还原期结束时，钢水温度控制为 17500C -1770°C。本发明所述富铬渣预还原期结束，进入二次造渣期，部份扒渣，扒渣量为60-75%。本发明所述二次造渣期加入石灰进行二次造渣，石灰加入量为20-50公斤/吨钢水。本发明所述石灰的成份和特性为C<0. 2%，S<0. 025%, CaO彡92%，烧损彡0. 75%，活性度> 350。本发明所述二次造渣期，将萤石加入炉内进行二次造渣，萤石加入量为12-18公斤/吨钢水。本发明所述二次造渣期，还将脱氧剂硅钙块加入炉内钢水中，所述硅钙块的加入量为5-7公斤/吨钢水。本发明所述硅钙块的硅含量大于等于55%，钙含量16-20%。本发明所述二次造渣期加入的石灰的颗粒度为20_30mm。本发明所述二次造渣期加入的硅钙块的颗粒度为20_30mm。作为优选，本发明所述的二次造渣的炉渣碱度为3-3. 5。本发明所述的渣量控制为50-70公斤/吨钢水。作为优选，本发明所述二次造渣期吹氩气或氮气的时间控制为4-5分钟。作为优选，本发明所述出钢温度控制为1590°C -1640°C。本发明所述从用于单渣法冶炼的盛钢桶转用于双渣法冶炼不锈钢时，需先在采用双渣法冶炼只需单渣法冶炼的钢种上使用过。本发明出钢后，盛钢桶进行吹氩气搅拌，吹氩气时间为3-5分钟。本发明出钢后，盛钢桶进行吹氩气搅拌，吹氩气压カ为0. 2-0. 4Mpa。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果(1)在仅适用于单渣法冶炼的小容量AOD炉上，通过控制吹氧脱碳后，进入富铬渣预还原期时的钢水温度，使钢水在较高的温度下，进行富铬渣的预还原，在富铬渣预还原期后，通过部份扒渣，控制石灰和萤石的颗粒度，减少扒渣所造成的热量损耗及化渣所需的热量，从而满足了二次造渣所需的热量，达到了双渣法冶炼条件。(2)通过控制加入的石灰和萤石的数量、石灰的成份、烧损率和活性度，以及加入适量脱氧剂硅钙块，成功地制造了符合预定要求的二次造渣的渣量、碱度和流动性，并使炉渣具有合适的温度，从而达到良好的脱硫、氧效果。(3)从用于单渣法冶炼的盛钢桶转用于双渣法冶炼不锈钢时，需先在采用双渣法冶炼只需单渣法冶炼的钢种上使用过。，能够避免未达到还原性要求的低碱度炉渣残留在盛钢桶内，不利于钢水的脱硫、氧。(4)出钢后，盛钢桶内吹氩气搅拌，可使钢中氧化夹杂物充分上浮，从而减少钢水的氧含量，提高钢水的脱氧效果。(5)采取了本发明的小容量AOD双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧エ艺，其结果钢水中 S^O. 001%, 02 く 60ppm，氧化夹杂物评级A类< 0. 5级、B类< 1级，C类< 0. 5级，D类 < 0. 5级，因此在小容量AOD炉上采取以下エ艺，初钢水兑入AOD炉后，进入吹氧脱碳期，加渣料进行一次造渣，并吹氧脱碳；吹氧脱碳结束，进入富铬渣预还原期，加脱氧剂还原吹氧脱碳时产生的氧化铬，富铬渣预还原结束时，钢水温度控制为1700-1820°C ；进入二次造渣期，部份扒渣，二次造渣的炉渣碱度控制为1. 8-3. 8，二次造渣期吹氩气或氮气的时间大于等于2分钟；然后进入钢水成份调整期，调整钢水成份；出钢，出钢温度为1570-1670°C，钢水兑入盛钢桶，浇注成钢锭。可以成功地采用双渣法冶炼用于冷或热加工的高合金，超级奥氏体不锈钢及超低碳双相不锈钢等高端变形不锈钢产品。本发明所涉及的技术特征解释如下(1)吹氧脱碳结束，进入富铬渣预还原期吋， 控制钢水温度的目的在AOD炉冶炼中，兑入炉中的钢水是通过向钢水吹入的氧气与钢水中的碳发生放热的碳氧反应来提高其温度的，该钢水温度用以提供冶炼所需的热量，但当吹氧脱碳结束，即停止向钢水供氧后，钢水温度除在富铬渣预还原期因脱氧剂加入而发生氧化铬的还原脱氧的放热反应，使钢水温度略有上升外，直到出钢，钢水温度均呈下降趋势。所以吹氧脱碳结束，进入富铬渣还原期时，钢水温度必须控制在一定范围内，以提供后续的冶炼操作所需的热量，并控制出钢温度不致于过低，而影响出钢和浇注，但也不能过高而影响炉衬寿命。(2)石灰和硅钙块的颗粒度以及石灰和萤石的加入量对热量损耗及造渣的影响 石灰和硅钙块合适的颗粒度以及石灰和萤石的适当加入量有利于迅速熔化，减少热量的损耗，并迅速形成符合预定要求的良好炉渣。石灰和硅钙块颗粒度过大以及石灰和萤石加入量过多，会造成过多的热量损耗，甚至恶化炉渣特性，影响出钢和浇注温度。(3)部份扒渣的作用富铬渣预还原结束，对大容量AOD炉，因装入量大，钢水热量充足，故采取扒清炉渣的操作，以便于造好合适碱度(Ca0/Si02)和流动性的炉渣；而对于小容量的AOD炉，因炉容量小，钢水热量不充足，扒清炉渣会损耗大量的热，故难以进行，只能部份扒渣，以减少热量损耗。对残留在炉内的低碱度和还原性较差的炉渣，采取适当増加石灰和萤石的加入量来提高炉渣的碱度和流动性，使二次造渣形成的炉渣达到预定要求。(4)炉渣碱度、脱氧、流动性、温度及渣量是影响钢中脱硫的主要因素对不锈钢的脱硫过程，分子理论的脱硫机理认为，硫在钢中基本上以FeS形式存在，表示为[FeS]，其中，中括号[]表示为在钢中，硫在渣中主要以CaS形式存在，表示为(CaS)，其中，小括号 ()表示为在渣中，脱硫过程为①钢液中硫化物向渣中转移 [FeS] — (FeS)
②渣中的硫化铁与游离的CaO相互作用 (FeS) + (CaO) = (CaS) + (FeO)
脱硫的总反应可写成 [FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO) 反应平衡常数为=Ks=
テ!？で？ ，CaS不溶于钢液。随着脱硫反应的进行，渣中(FeS)減少。根据分配定律， [Fel- ]· (CaO)
渣中(FeS)減少，钢液中PeS]又扩散转入炉渣与(CaO)化合，由此逐渐降低钢液的硫含量。影响钢中脱硫的主要因素为①炉渣碱度(Ca0/Si02)脱硫反应是通过炉渣进行的，炉渣成份对其有着重要的影响，对脱硫起决定性作用的是碱度(Ca0/Si02)，CaO是脱硫反应的首要条件，提高炉渣碱度，渣中CaO的有效浓度増加，根据质量作用定律，脱硫反应将朝着降硫的方向发展，但碱度过高，炉渣流动性将会显著下降，反而降低脱硫效果。②脱氧( 对脱硫的影响趋势依其在渣中的浓度而变化，渣中的脱氧元素(C、 Si等元素)可以降低( 的浓度，根据质量作用定律，能使反应向着降硫的方向进行，同时这些脱氧元素可提高[FeS]的钢渣界面的转移速度，有利于脱硫。③炉渣的流动性萤石(CaF2)是炉渣的良好稀释剂，能提高炉渣的流动性，有利于脱硫，此外，CaF2能与S形成易发挥的SF6，有直接脱硫作用，同时，它的加入，不影响炉渣的碱度，但用量不宜过多，以免侵蚀炉村。④温度脱硫反应是吸热量不大的吸热反应，温度的变化对反应平衡常数(KS)没有显著的影响，但提高温度有利于改善炉渣和钢液的流动性，可以促进钢中!^S向钢渣界面的转移，同时增加(CaS)离开反应区的速度，从而使反应向着脱硫的方向发展。因此脱硫应在高温下进行。⑤渣量随着脱硫反应的进行，(( 浓度逐渐提高，脱硫阻カ逐渐増大。增加渣量，(( 浓度降低，根据质量作用定律，对脱硫有利，另外渣量増加吋，( 浓度冲淡， 根据分配定律又促使[FeS]向钢渣界面转移，也是有利于脱硫反应的，但渣量不能过大，否则，会延长还原时间，增加热量损耗，也有害于炉衬的寿命。小容量AOD冶炼不锈钢的脱硫、氧エ艺所包括的部份扒渣的扒渣量、二次造渣的石灰加入量、石灰成份和特性、萤石和脱氧剂的加入量、出钢温度等エ艺參数都是依照影响钢中脱硫的主要因素炉渣碱度、脱氧、流动性、温度及渣量达到预定要求而计算确定的。这五个主要因素控制在预定要求的范围内，方能使小容量AOD炉克服仅适用于单渣法冶炼的不足，而同样适用于双渣法冶炼不锈钢。(5) 二次造渣期加入脱氧剂硅钙块的作用二次造渣过程中加入合适成份的脱氧剂硅钙块是基于硅对钢水良好的脱氧作用及钙具有改变脆性夹杂物A1203的形状、结构等性质，可使A1203易于上浮及减弱脆性，最终使钢中的氧含量及金相夹杂物评定中的脆性夹杂性B级的评定级别下降，其加工性能得到改善。(6)盛钢桶使用方法的有益效果本发明所涉及到的盛钢桶的使用方法，是根据小容量AOD炉适用单渣法冶炼的特点专门设定的，因为单渣法冶炼上使用的盛钢桶，在下 ー炉使用前虽需经过清理，但仍会有一定量的炉渣清理不干净，残留在盛钢桶中，如果将该盛钢桶使用在双渣法冶炼的要求较高的高合金的高端不锈钢上，则盛钢桶中经清理后留下的碱度较低的残渣，将不利于钢水的脱硫和脱氧，故需从单渣法冶炼所使用的盛钢桶，首次转用于双渣法冶炼高端不锈钢吋，需采用双渣法冶炼原本只需单渣法冶炼的钢种，这样盛钢桶经清理后，残留下碱度较高、还原性较强的残余炉渣，对倒入其中的钢水的脱硫、氧将是十分有利的。(7)出钢后，盛钢桶吹氩气搅拌的目出钢后，盛钢桶吹氩气搅拌除了使钢中成份，特别是加入钢中的微量元素和稀土元素(如B、Ce等)均勻化外，还可使钢中氧化夹杂物充分上浮，使钢水得到良好的脱氧效果，但吹氩气时间不宜过长，以免钢水温度下降过大，吹氩气压力也必须控制在一定范围内，以免过大压力，使钢水翻出渣层，暴露在空气中， 造成某些元素(如B、Ce等)的氧化烧损。(8)单渣法和双渣法的含义所谓单渣法就是在AOD炉整个冶炼过程中，直至冶炼毕出钢，不换渣，只造一次渣。所谓双渣法就是在AOD炉整个冶炼过程中，造二次渣，即富铬渣预还原结束，扒渣，换渣，第二次造还原新渣，也称为二次造渣。
图1是本发明的エ艺流程图。
具体实施例方式下面结合附图并通过实施例对本发明作进ー步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。AOD炉炉容量< 10吨，最佳沪容量< 5吨。在AOD炉中，吹氧脱碳结束后，进入富铬渣预还原期时的钢水温度控制为1700-1820°C，最佳温度控制为1750°C -1770°C。富铬渣预还原期结束，进入二次造渣期后，部份扒渣，扒渣量为60-75%。然后，石灰加入量为20-50 公斤/吨钢水，石灰的成份和特性为:C<0. 2%，S<0. 025%, CaO彡92%，烧损彡0. 75%，活性度 (在盐酸滴定时)彡350 ；萤石加入量为12-18公斤/吨钢水；脱氧剂Si-Ca块的加入量为 5-7公斤/吨钢水，Si-Ca块的Si含量彡55%%, Ca含量彡16-20% ；石灰和Si-Ca块的颗粒度为20-30mm。二次造渣的炉渣碱度控制为1. 8-3. 8，最佳碱度控制为3-3. 5，渣量控制为 50-70公斤/吨钢水。二次造渣期吹氩气或氮气的时间> 2分钟，最佳的吹氩气或氮气的时间为4-5分钟。出钢温度为1570°C _1670°C，最佳出钢温度控制为1590°C -1640°C。盛钢桶的使用方法为从单渣法冶炼上使用的盛钢桶，首次转用于双渣法冶炼不锈钢时，须在采用双渣法冶炼，并造好二次还原新渣的其他原本只需单渣法冶炼的钢种上使用过。出钢后， 盛钢桶进行吹氩气搅拌，吹氩气时间为3-5分钟，吹氩气压カ为0. 2-0. 4Mpa。实施例所涉及到的五种钢种介绍如下五个钢种中级双相不锈钢S32205、 S31803、超级双相不锈钢S32750，超低碳奥氏体不锈钢S31603(316L)及高性能超级奥氏体不锈钢S312M作为实施例所涉及的钢种。下表为上述五个钢种的化学成份
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权利要求
1.一种小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是:A0D炉容量小于等于10吨，初钢水兑入AOD炉后，进入吹氧脱碳期，加渣料进行一次造渣，并吹氧脱碳；吹氧脱碳结束，进入富铬渣预还原期，加脱氧剂还原吹氧脱碳时产生的氧化铬，富铬渣预还原结束时，钢水温度控制为1700-1820°C ；进入二次造渣期，部份扒渣，二次造渣的炉渣碱度控制为 1. 8-3. 8，二次造渣期吹氩气或氮气的时间大于等于2分钟；然后进入钢水成份调整期，调整钢水成份；出钢，出钢温度为1570-1670°C，钢水兑入盛钢桶，浇注成钢锭。
2.根据权利要求1所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是 所述AOD炉容量小于等于5吨。
3.根据权利要求1所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是 吹氧脱碳结束，进入富铬渣预还原期，加脱氧剂铝块及硅铁块还原吹氧脱碳时产生的氧化铬，富铬渣预还原期结束时，钢水温度控制为1750°C -1770°C。
4.根据权利要求1所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是 富铬渣预还原期结束，进入二次造渣期，部份扒渣，扒渣量为60-75%。
5.根据权利要求1所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是 二次造渣期加入石灰进行二次造渣，石灰加入量为20-50公斤/吨钢水。
6.根据权利要求5所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是 所述石灰的成份和特性为C<0. 2%，S<0. 025%, CaO≥92%，烧损≤0. 75%，活性度≥350o
7.根据权利要求1所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是 二次造渣期，将萤石加入炉内进行二次造渣，萤石加入量为12-18公斤/吨钢水。
8.根据权利要求1所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是 二次造渣期，还将脱氧剂硅钙块加入炉内钢水中，所述硅钙块的加入量为5-7公斤/吨钢水。
9.根据权利要求8所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是 所述硅钙块的硅含量大于等于55%，钙含量16-20%。
10.根据权利要求6所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是二次造渣期加入的石灰的颗粒度为20-30mm。
11.根据权利要求9所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是二次造渣期加入的硅钙块的颗粒度为20-30mm。
12.根据权利要求1所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是 所述的二次造渣的炉渣碱度为3-3. 5，渣量控制为50-70公斤/吨钢水。
13.根据权利要求1所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是 所述二次造渣期吹氩气或氮气的时间控制为4-5分钟。
14.根据权利要求1所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是 所述出钢温度控制为1590°C -1640°C。
15.根据权利要求1所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是 从用于单渣法冶炼的盛钢桶转用于双渣法冶炼不锈钢时，需先在采用双渣法冶炼只需单渣法冶炼的钢种上使用过。
16.根据权利要求15所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是出钢后，盛钢桶进行吹氩气搅拌，吹氩气时间为3-5分钟。
17.根据权利要求16所述的小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是出钢后，盛钢桶进行吹氩气搅拌，吹氩气压力为0. 2-0. 4Mpa。
全文摘要
本发明涉及一种小容量AOD炉双渣法冶炼不锈钢的脱硫、氧工艺，其特征是AOD炉容量小于等于10吨，初钢水兑入AOD炉后，进入吹氧脱碳期，加渣料进行一次造渣，并吹氧脱碳；吹氧脱碳结束，进入富铬渣预还原期，加脱氧剂还原吹氧脱碳时产生的氧化铬，富铬渣预还原结束时，钢水温度控制为1700-1820℃；进入二次造渣期，部份扒渣，二次造渣的炉渣碱度控制为1.8-3.8，二次造渣期吹氩气或氮气的时间大于等于2分钟；然后进入钢水成份调整期，调整钢水成分；出钢，出钢温度为1570-1670℃，钢水兑入盛钢桶，浇注成钢锭。利用本工艺可显著地降低钢中硫、氧含量，从而能成功地冶炼用于冷或热加工的高合金的超级奥氏体不锈钢及超低碳双相不锈钢等高端不锈钢。
文档编号C21C7/068GK102560001SQ201210007310
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月11日 优先权日2011年12月9日
发明者吴雪祥, 夏亚金, 徐见平, 梁巨华, 沈国雄, 金惠明 申请人:浙江中达特钢股份有限公司