EBT电弧炉冶炼镍不锈钢系列的方法与流程

本发明属于冶炼工艺技术领域，具体公开一种EBT电弧炉冶炼镍不锈钢系列的方法，涉及300系列不锈钢冶炼新工艺路径。

背景技术：

在特钢冶炼技术发展的近十年来，冶炼设备及生产工艺都发生了巨大的变化，电弧炉炼钢对于特钢生产主要采用两类设备：一类是EAF电弧炉(槽式出钢)；另一类是EBT电弧炉(偏心底出钢)。国内外在电弧炉冶炼不锈钢工艺路径方面，一直采用单一的EAF槽式出钢方式生产模式，EAF电弧炉只具备生产不锈钢系列中的铬不锈钢和镍不锈钢的能力；生产镍不锈钢工艺主要有两种：第一种是采用EAF电弧炉将所有合金及冷料彻底熔化，除渣还原后，再调整成份合格后出钢；第二种是采用EAF电弧炉将冷料及合金熔化，经AOD炉脱碳保铬补加含镍合金冶炼工艺。EBT电弧炉主要应用于生产氧化法系列品种，由于其耐材使用寿命高、冶炼电耗低、生产效率高等诸多优势，已在国内电弧炉炼钢领域得到了推广并普及,但是采用EBT电弧炉生产300系列镍不锈钢确属空白。由于氧化法系列品种与不锈钢系列是采取两种不同的工艺路径，炼钢系统在生产氧化法和非氧化法不同系列的品种时，被迫频繁更换EAF与EBT电弧炉炉体，导致热停时间长、生产效率低下、炉体耐材使用成本居高不下，严重制约了炼钢系统的顺利生产。如果要实现EBT电弧炉生产300系列镍不锈钢，需解决如下五个方面的问题：一是冶炼过程中出钢口易漏钢事故；二是出钢口引流沙烧结，出钢口无法打开的难题；三是300系列全熔后Si含量高，炉体耐材局部侵蚀严重，炉体耐材使用寿命低；四是EBT冷区炉料难溶，出钢口处钢、渣堆积无法正常出钢；五是炉内钢液温度不均，搅拌力不够，造成镍合金成份不均、回收率低。上述问题在300系列冶炼过程中频繁发生，甚至造成恶性停炉事故。

技术实现要素：

本发明公开一种EBT电弧炉冶炼镍不锈钢系列的方法，通过工艺创新，实现采用EBT电弧炉一种炼钢工艺路径即可统一标准化生产此前需要两种不同的炼钢工艺路径生产的品种。

本发明是通过以下技术方案实现的：

1、出钢口漏钢主要是由两方面原因造成：一是分析得出是引流沙高温后乳化后所致，从提高引流沙耐火度入手；二是冶炼300系列后期供氧脱硅时，炉内钢液激烈反应时出钢口引流沙浮腾而漏钢，措施是解决引流沙水份超标的问题；

2、分析出钢口打不开，是由于填充料引流沙高温后乳化过早与含镍钢水凝结，烧结生成高熔点Ni₃S₂(熔点1890℃)的不氧化类化合物物质，造成出钢口打不开，需要从引流沙理化指标入手，调整氧化镁含量，通过完善引流沙填充工艺，利用热渣对引流沙进行前期热覆盖，能阻止钢液进入出钢口内与引流沙混合烧结；

3、300系列钢液中硅含量在0.60～1.20％,电弧炉出渣口及2#热区的耐材侵蚀严重，出钢口顶部出现形成大块、高熔点的不氧化类化合物，出钢时长时间烧氧无法熔化，通过调整炉体受损部位耐材的理化指标，优化砌筑工艺，缩小出钢口内径，减小不氧化类化合物的尺寸，达到快速疏通出钢口，延长炉体使用寿命；

4、EBT冷区炉料难溶，出钢口处钢、渣堆积无法正常出钢，通过发挥冷区1#氧枪优势促进炉料熔化，加强溶池的搅拌力；

5、炉内钢液温度、成份不均，通过优化供氧制度、供电曲线、造渣制度，提高300系列镍合金成份均匀性及收得率。

技术方案的具体工艺步骤如下：

1、根据出钢口引流沙的理化指标结果，调整引流沙中氧化镁含量；对引流沙进行烘干处理；干燥后密封存放；

2、采用管式漏斗对出钢口填充引流沙，保证引流沙填充高度,防止镍不锈钢钢液进入出钢口内凝结；出钢口砖内径改小为130mm，尽量缩小出钢口内高熔点物质生成的尺寸，出钢后烧氧处理出钢口内壁镍渣，确保炉体水平为后炉渣覆盖出钢口填充料；

3、优化炉体耐材砌筑工艺，将2#电极热区镁碳砖理化指标进行调整；改变2#电极热区镁碳砖砖型尺寸及砌筑工艺；提高出渣口镁碳砖的砌筑高度；

4、调整EBT偏心区域水冷氧枪与钢液面的角度；加快冷区的熔化速度，保证温度均匀；

5、优化供电曲线、供氧模型及造渣工艺，解决温度不均及提高合金收得率。

本发明具有下列优点：

1、EBT电弧炉冶炼300系列实现了留渣操作，为次炉生产提供了热源，快速成渣且化学成分稳定；

2、采用EAF电弧炉生产不锈钢系列的炉体耐材使用寿命在150炉左右；EBT电弧炉生产不锈钢系列的炉体耐材使用寿命提高到320炉～360炉，(见图4)，大幅降低电弧炉耐材使用成本；

3、实现EBT电弧炉生产镍不锈钢系列以来，解除被迫频繁更换炉体的困扰；打通以往不锈钢系列与氧化法系列不能统一路径生产的瓶颈；电弧炉的生产效率大幅提高，使炼钢系统的生产衔接更加顺畅；

4、采用EBT电弧炉工艺路径生产镍不锈钢系列品种后，加快了单炉冶炼效率；提高铬、镍回收率，铬、镍回收率(见图5)。

附图说明

图1是50tEBT电弧炉加引流沙管式漏斗示意图；

图2是改型后的50tEBT电弧炉出钢口砖；

图3是电弧炉供电工艺曲线；

图4是50tEBT电弧炉炉体耐材使用寿命；

图5是50tEBT电弧炉Cr、Ni回收率。

图标说明：加沙斗1、下料管2、出钢口袖砖3、出钢口内经4、单节套砖5。

具体实施方式

以下结合附图和优选实施例对本发明进一步说明。

实施例1

1.调整引流沙理化指标，增加氧化镁含量由30％调整至35％提高耐火度，杜绝了冶炼300系列过程快速脱硅，炉内钢液温度瞬间达到1670℃左右，出钢口顶部引流沙发生高温乳化现象；将引流沙在使用前进行200℃左右2h烘烤干燥处理后，引流沙进行防潮包装，固定20kg/袋，密封存放。此措施解决了因引流沙受潮后与炉内高温的渣、钢接触后，产生激烈沸腾引发的漏钢问题。调整后的引流沙理化指标见表3；

表3

2.解决出钢口填充料烧结问题。一是根据实际出钢过程中，多次发现引流沙当中夹杂半钢半沙带有孔洞状物质，分析得出是由于出钢口填充料密度不够渗钢后产生的化合物。调整引流沙的颗粒度，由原颗粒度2mm～8mm调整到1mm～5mm,避免了出钢口内因为渗钢而生成的渣、沙、钢高熔点混合物；二是要减少出钢口内高熔点物质生成的几率，同时必须得保证引流沙不能与钢液接触。采用管式漏斗(见图1，包括加沙斗1、下料管2)填充引流沙，确保引流沙加入位置精准、填充密实，填充高度标准为出钢口水平面以上10cm±10mm，并规定引流沙加入量按出钢口使用次数加入：出钢口前期砖内径130mm～140mm时，填充料加入量为2袋；出钢口中期砖内径140mm～150mm时，填充料加入量为3袋；出钢口后期砖内径150mm～160mm时，填充料加入量为4袋，并充分发挥EBT留渣操作的优势，利用炉内热渣对引流沙进行热覆盖；三是要降低出钢口内高熔点物质的尺寸，将原出钢口袖砖内径为150mm更改为130mm(见图2，出钢口袖砖3、出钢口内经4、单节套砖5)；3.根据50t电弧炉电极极心圆，测定2#电极与2#热区为高温区间，电弧侵蚀炉衬耐材较严重。提高2#热区渣线砖的耐火度有助于延长炉体耐材使用寿命,调整后的渣线砖理化指标见表4；由于2#电极与2#热区距离为1200mm,供电时2#电极电弧半径达到400mm,弧光侵蚀2#热区耐材，使该区域渣线砖快速缩短，在不影响溶池有效容积的前提,将原2#热区渣线砖砖型长度规格为450mm更改为500mm。将2#热区渣线砖原砌筑工艺规定为砌筑5层修改为到6层，扩大炉渣与渣线砖接触面积。调整热区渣线砖的；优化砌筑工艺,将出渣口镁碳砖的砌筑高度提高120mm，减少了因出渣口位置过低，炉体被迫后倾导致熔池烧损EBT区水冷件；将2#热区溶池部位原3层熔池砖调整为渣线砖。调整后的渣线砖理化指标见表4；

表4

4.调整EBT的1#炉壁氧枪装配角度，由原夹角40度改为夹角45度。使氧气流股搅拌深度由原来的300mm提高到400mm,促进冷区物料的快速熔化，加强了低温区的搅拌力，使该冷区的温度及成份更加均匀；解决了炉内出钢口上方物料堆积堵塞的问题；

5.优化供电曲线、供氧模型及造渣工艺

5.1优化50tEBT电弧炉供电曲线：原50tEBT电弧炉冷料初期供电均采用10档电压8档电流，造成电弧裸露，炉盖水冷设备及炉衬耐材侵蚀严重；升温均采用10档电压、12档电流强行供电，造成熔池上下温度不均；调整后实施新的供电曲线暨返回法冶炼供电曲线见图3，每次装料供电时采用8档电压6档电流供电冶炼；通电2min～3min后，电极埋弧至炉料中后根据料型适当提高电流档位至8档～10档，具体供电制度如下

穿井期：8档电压6档电流，运行2～3min；

熔化期：8档～10档电压6档电流，炉料塌落后改5档电流；

升温期：8档电压6档电流至出钢；

5.2优化供氧制度：调整炉壁氧枪、自耗式炉门氧枪的供氧制度，将炉壁氧枪开氧时间由预热末期改为熔化中期，同时供氧流量调整为1800m/h，促进温度控制均匀，减少冶炼过程炉内大沸腾的几率；

5.3确定不同造渣工艺：针对氧化法系列、300镍不锈钢系列不同的冶炼模式，采用两种不同的造渣制度，稳定工艺流程；

5.3.1氧化法造渣制度：冶炼前期加入石灰及少量白云石；全程供氧助熔并喷碳粉造泡沫渣；炉渣碱度一般控制在2.2～3.0范围；中、后期放渣操作以满足过程钢液脱磷目的；

5.3.2非氧化法造渣制度：冶炼前期加入少量石灰；过程少量供氧助熔，因炉渣黏稠(熔炼前期炉渣中三氧化二铬含量在2％～7％)；炉渣碱度一般控制2.0～2.5范围；此冶炼方法当配碳控制在2.0％左右时，冶炼过程中只具备微量脱磷能力；出钢前快速少量供氧脱硅至0.60％左右时，搅拌钢液并进行炉门碳枪喷碳粉造泡沫渣操作，还原钢水合金化学成份后快速出钢。