GOR炉一步法冶炼06Cr13不锈钢工艺实践

徐光富,赵 刚,亓传军,薛成大

(山东泰山钢铁集团有限公司不锈钢炼钢厂,山东莱芜271100)

GOR炉一步法冶炼06Cr13不锈钢工艺实践

徐光富,赵 刚,亓传军,薛成大

(山东泰山钢铁集团有限公司不锈钢炼钢厂,山东莱芜271100)

介绍了泰钢开发的GOR炉一步法全铁水冶炼06Cr13不锈钢新工艺。通过提高脱磷钢水碳含量、合金烘烤等方法,较好地解决了铁水脱磷与GOR冶炼热平衡问题,保证了钢水质量,冶炼成本大幅降低,经济效益显著。

一步法冶炼工艺;GOR炉;06Cr13冶炼工艺

1 引言

近年来随着不锈钢冶炼工艺的发展,铁素体类不锈钢的纯度得到了较大的提高,其成型性能和焊接性能等方面的缺点也得到了明显的改善。铁素体类不锈钢的低成本以及优良的性能,使其应用越来越广泛。2010年国内400系铁素体不锈钢的粗钢生产比例已达到了27.77%,基本达到国际平均水平,铁素体不锈钢市场正在继续拓宽。

06Cr13是铁素体类不锈钢的一种,主要成分铬含量为11.5%～13.5%,其产量占铁素体不锈钢总产量的50%左右。这种不锈钢具有成本低、线膨胀系数小、导热系数高等优点,市场需求巨大,是铁素体不锈钢重要钢种之一。目前06Cr13冶炼工艺主要以二步法(EAF+AOD)为主。

不锈钢厂充分发挥自身工艺装备优势,以脱磷转炉铁水脱磷,GOR转炉代替AOD炉,采用一步法全铁水冶炼06Cr13不锈钢,较好地解决了铁水脱磷与GOR冶炼热平衡问题,保证了钢水质量,冶炼成本大幅降低,经济效益显著。

2 GOR炉一步法冶炼06Cr13工艺

2.1 工艺路线

工艺路线:高炉铁水→脱磷转炉→GOR→LF炉→连铸→缓冷→修磨→轧制。

2.2 主要工艺参数

06Cr13控制成分见表1。

表1 06Cr13控制成分(%)

2.3 脱磷钢水冶炼工艺

众所周知,不锈钢冶炼过程中,在高的铬含量条件下,P的脱除十分困难。GOR转炉在实现脱碳保铬的基础上,最大程度地还原金属铬,因此,GOR转炉也不具备脱磷条件,必须使用脱磷铁水。

与二步法不同,脱磷转炉在实现铁水脱磷的同时,必须在保证出钢温度的前提下,最大程度地减少碳的过多烧损,以便供给GOR转炉冶炼过程中更多的初始热量,顺利实现GOR一步法冶炼过程中的热平衡。因此脱磷转炉必须解决快速最佳脱磷和脱磷保碳的问题。

根据热力学条件,欲提高转炉渣的脱磷能力,必须增大KP、aFeO、aCaO、fp和降低γP2O3,如式(1)、(2),其脱磷的条件是低温,高碱度,高氧化铁,大渣量。

冶金动力学认为,脱磷反应是典型的渣-钢界面反应,渣的形成速率对脱磷有关键性影响。熔渣形成后,它在渣-钢界面的反应速率很快,反应的控制环节是界面两侧的传质。因此,快速成渣和增加渣-钢界面的接触面积,加强钢水搅拌,是操作的关键。顶底复吹转炉为以上冶炼条件提供了技术支持。

(1)过程脱磷控制

在操作中,为了提高前期渣中的(FeO)含量、降低脱碳速度,供氧流量控制在13 000m3/h～14 000m3/h。过程枪位与正常冶炼枪位相比上调100mm,底吹气体的压力在0.2MPa～0.3MPa为宜。前期遵循“早化渣,提高初渣(FeO),多去磷”的原则,先适当降枪升温,为化渣创造温度条件,约1min～2min后,提高枪位,配加适当量的萤石(CaF2)和污泥球。中期“全程化渣,防止返干,继续脱磷”,中期炉温升高,石灰进一步渣化,硅、锰氧化基本结束,进入碳、磷氧化期,磷的氧化速度可提高到前期的1～2倍,所以中期脱磷很重要。操作中灵活调整枪位,适量加入污泥球或萤石,控制渣中适当的FeO含量并减缓C-O反应速度,避免返干,并使脱磷的速度大于脱碳的速度,以利于磷的去除。

实践证明,为保证吹炼终点的钢水含磷量不大于0.015%,脱磷最佳的温度范围应在1 450℃～1 500℃之间,渣中组成必须保证,Mg O含量不大于8%～10%的条件下,形成的碱度为3.0～3.5,FeO含量不小于20%,同时控制下渣量防止回磷。

(2)终点温度及成分控制

根据相关数据表明,脱磷转炉在一批料化好吹炼6min时,钢水中[P]%已从0.050%～0.060%降至0.013%以下,脱磷率已达75%以上,在随后的吹炼中钢水中[P]%略有减少,脱磷率平均为83%,但钢水温度却不能满足出钢温度,需要脱碳增温,因此必须确定合理的出钢温度和吹氧时间。

通过计算在[C]0.3%、[Si]0.4%、[P] 0.015%、[S]0.030%、[Mn]0.06%条件下的脱磷钢水理论熔点:

考虑出钢过程、吊运、等待(脱P钢水兑入GOR转炉)及必要的过热度,转炉出钢时的钢水温度应高于理论熔点110℃,见表3。因此,出钢温度必须满足1 620℃以上,即钢包温度控制在1 580℃以上。

表3 脱磷钢水温降统计

在满足最低出钢温度条件下,通过现场实际操作和统计,我们确定最佳吹炼时间为12min～13min,此时碳含量一般控制在0.3%～0.4%,同时制定以下控制措施:

①辅料分批次多次加入,保证第一批点料化好、化透,吹次数控制2次以内,点吹时间≤30s/次。

②定期维护出钢口,严格控制下渣量,钢包内渣层厚度＞50mm时,必须倒渣。

③碳含量偏低时,必须加入碳粉调整,严格控制增碳剂用量≤150kg。

④脱磷钢包必须使用正常周转包,适当提高烘烤温度,严格时序控制,保证脱磷转炉出钢后10min钟内兑入GOR转炉。

2.4 GOR冶炼工艺

为保证GOR一步法顺利实现不锈钢冶炼,项目充分发挥了GOR炉独特的配气工艺,利用GOR炉底吹天然气和氧气,对合金进行有条件的烘烤,同时,在冶炼过程中合理控制冶炼温度,避免冶炼过程中过吹现象,提高铬的回收率。

(1)冶金分析

众所周知,不锈钢精炼的关键在于如何有效地脱除钢中的碳和提高铬的回收率。根据有关文献,铁水中碳与铬的反应方程及其平衡常数的关系式如下,即:

假定渣中Cr2O3为饱和状态时,有:

因为在GOR转炉中06Cr13半钢中硫、磷、硅、锰及镍的含量较低,所以只考虑碳、铬等主要元素时,根据有关文献,取各元素相互作用系数值,可得到以下公式:

式(10)中表明,在含铬铁水去碳保铬过程中,体系温度T、铁水组分(ω[Cr]、ω[Ni]和ω[C])以及气氛中一氧化碳分压(PCO)三者间存在定量的平衡关系。

因此,GOR炉冶炼不锈钢有两个要点:①适时调整吹入钢液中的氧气与惰性气体(氮气或氩气)比例,确保其与钢液中碳含量及钢液温度相匹配,实现冶炼节奏与脱碳效率的均衡;②合理调整合金及废钢加入量、开始加入时刻、加入速度等工艺参数,制定科学的加料制度,在高碳区(0.6%以上)确保钢液中碳含量与钢液温度相匹配,减少高碳区铬氧化量,为低碳区(0.6%以下)脱碳保铬创造良好条件,避免钢液中金属铬的大量氧化。

(2)过程温度控制

①热补偿工艺

传统06Cr13不锈钢冶炼工艺是先通过电炉熔化废钢、合金等形成母液然后进入GOR炉精炼。该工艺则省掉电炉工序,需要在GOR内投入大量的固态铬铁。因此热量是不平衡的,存在6%～8%的缺口。为了弥补热量不足,结合GOR转炉特有的天然气供气系统,在兑入脱磷钢水前,可先装入一定量的高铬合金,在炉内使用GOR炉的天然气进行烘烤合金。其热补偿工艺如下:

a、GOR转炉第一炉提前60min～120min将7t～8t高碳铬铁加入炉内烘烤,同时根据冶炼过程温度,必要时可加入适量硅铁,保证第一炉的热平衡。

b、正常冶炼时炉内加入烘烤的高铬加入量7t/炉～8t/炉,剩余高铬在离线烘烤装置内进行烘烤,烘烤时间≥60min,在吹炼过程中加入。

c、脱磷钢水成品碳含量＜0.3%时,GOR炉一期可适当加入增碳剂150kg～250kg增碳。

d、由于高铬中带入一定量的硅(2%～3%),为冶炼提供了大量热量,但同时,降低了炉渣碱度,对炉衬和脱硫带来一定困难,因此必须增加石灰加入量,同时提高活性石灰的有效含量和活性度,满足工艺要求。

e、根据GOR炉冶炼过程合金加入量较大的情况,先快速升温至1 660℃～1 680℃,然后加料并将熔池温度稳定在1 640℃～1 680℃,加料结束后再持续升温至脱碳结束。

②吹炼模式

吹炼模式在正常情况下,按自动吹炼制度执行。自动吹炼终点[C]设置为0.02%,实际控制不大于0.02%。

表4 脱碳阶段配气制度参考

3 应用效果

(1)项目实施后效果明显,由于省去了电炉冶炼工序,合金烧损减少,总工序合金收得率提高明显,由原先的92.6%提高到目前的97%以上水平。

(2)工序衔接时间减少,冶炼周期进一步降低,生产效率明显提高,总工序冶炼时间较二步法减少近20min。

(3)省去电炉耐材、电极等冶炼成本, 06Cr13一步法冶炼成本降低明显,根据实际测算可降低生产成本300元/t钢以上。

4 结论

(1)通过提高脱磷钢水含碳量和GOR入炉合金烘烤温度等热补偿工艺,实施GOR一步法全铁水冶炼06Cr13不锈钢,实践表明实施效果良好,降低成本明显。

(2)由于使用大量高铬合金,半钢硅含量偏高,影响了碱度,同时合金加入方式有待进一步改善等原因,使得成品S、O含量偏高,给LF带了一定压力,需进一步完善冶炼工艺。

[1] 陈福在,等.采用转炉脱磷生产不锈钢用低磷

钢水的探讨[J].太钢科技,2006(3):12-21.

[2] 江庆元,等.AOD炉加料及温度制度的研究

与实践[J].上海金属,2007,29(4):35-44.

Practice of Process for One-Step Full Hot Metal Smelting Stainless Steel 06Cr13 in GOR Furnace

XU Guang-fu,ZHAO Gang,QI Chuan-jun,XUE Cheng-da
(Stainless Steel Department,Taishan iron and Steel Group,Laiwu 271100,Shandeng,China)

This paper introduces the new process for one-step full hot metal smelting stainless steel 06Cr13 in GOR furnace.Through improving the carbon content of molten dephosphorization steel,alloy baking method and so on,the hot metal dephosphorization and GOR smelting heat balance is sovled better.The quality of molten steel is ensured,smelting cost is reduced considerably,and economic benefits is remarkable.

one-step smelting process;GOR furnace;smelting process of 06Cr13

TG764.1

:B

1001-5108(2015)05-0021-04

徐光富,助理工程师,主要从事不锈钢冶炼方面的研究。