徐光富,趙 剛,亓傳軍,薛成大

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司不銹鋼煉鋼廠,山東萊蕪271100)

GOR爐一步法冶煉06Cr13不銹鋼工藝實(shí)踐

徐光富,趙 剛,亓傳軍,薛成大

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司不銹鋼煉鋼廠,山東萊蕪271100)

介紹了泰鋼開發(fā)的GOR爐一步法全鐵水冶煉06Cr13不銹鋼新工藝。通過提高脫磷鋼水碳含量、合金烘烤等方法,較好地解決了鐵水脫磷與GOR冶煉熱平衡問題,保證了鋼水質(zhì)量,冶煉成本大幅降低,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

一步法冶煉工藝;GOR爐;06Cr13冶煉工藝

1 引言

近年來隨著不銹鋼冶煉工藝的發(fā)展,鐵素體類不銹鋼的純度得到了較大的提高,其成型性能和焊接性能等方面的缺點(diǎn)也得到了明顯的改善。鐵素體類不銹鋼的低成本以及優(yōu)良的性能,使其應(yīng)用越來越廣泛。2010年國內(nèi)400系鐵素體不銹鋼的粗鋼生產(chǎn)比例已達(dá)到了27.77%,基本達(dá)到國際平均水平,鐵素體不銹鋼市場正在繼續(xù)拓寬。

06Cr13是鐵素體類不銹鋼的一種,主要成分鉻含量為11.5%～13.5%,其產(chǎn)量占鐵素體不銹鋼總產(chǎn)量的50%左右。這種不銹鋼具有成本低、線膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn),市場需求巨大,是鐵素體不銹鋼重要鋼種之一。目前06Cr13冶煉工藝主要以二步法(EAF+AOD)為主。

不銹鋼廠充分發(fā)揮自身工藝裝備優(yōu)勢,以脫磷轉(zhuǎn)爐鐵水脫磷,GOR轉(zhuǎn)爐代替AOD爐,采用一步法全鐵水冶煉06Cr13不銹鋼,較好地解決了鐵水脫磷與GOR冶煉熱平衡問題,保證了鋼水質(zhì)量,冶煉成本大幅降低,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2 GOR爐一步法冶煉06Cr13工藝

2.1 工藝路線

工藝路線:高爐鐵水→脫磷轉(zhuǎn)爐→GOR→LF爐→連鑄→緩冷→修磨→軋制。

2.2 主要工藝參數(shù)

06Cr13控制成分見表1。

表1 06Cr13控制成分(%)

2.3 脫磷鋼水冶煉工藝

眾所周知,不銹鋼冶煉過程中,在高的鉻含量條件下,P的脫除十分困難。GOR轉(zhuǎn)爐在實(shí)現(xiàn)脫碳保鉻的基礎(chǔ)上,最大程度地還原金屬鉻,因此,GOR轉(zhuǎn)爐也不具備脫磷條件,必須使用脫磷鐵水。

與二步法不同,脫磷轉(zhuǎn)爐在實(shí)現(xiàn)鐵水脫磷的同時,必須在保證出鋼溫度的前提下,最大程度地減少碳的過多燒損,以便供給GOR轉(zhuǎn)爐冶煉過程中更多的初始熱量,順利實(shí)現(xiàn)GOR一步法冶煉過程中的熱平衡。因此脫磷轉(zhuǎn)爐必須解決快速最佳脫磷和脫磷保碳的問題。

根據(jù)熱力學(xué)條件,欲提高轉(zhuǎn)爐渣的脫磷能力,必須增大KP、aFeO、aCaO、fp和降低γP2O3,如式(1)、(2),其脫磷的條件是低溫,高堿度,高氧化鐵,大渣量。

冶金動力學(xué)認(rèn)為,脫磷反應(yīng)是典型的渣-鋼界面反應(yīng),渣的形成速率對脫磷有關(guān)鍵性影響。熔渣形成后,它在渣-鋼界面的反應(yīng)速率很快,反應(yīng)的控制環(huán)節(jié)是界面兩側(cè)的傳質(zhì)。因此,快速成渣和增加渣-鋼界面的接觸面積,加強(qiáng)鋼水?dāng)嚢?是操作的關(guān)鍵。頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐為以上冶煉條件提供了技術(shù)支持。

(1)過程脫磷控制

在操作中,為了提高前期渣中的(FeO)含量、降低脫碳速度,供氧流量控制在13 000m3/h～14 000m3/h。過程槍位與正常冶煉槍位相比上調(diào)100mm,底吹氣體的壓力在0.2MPa～0.3MPa為宜。前期遵循“早化渣,提高初渣(FeO),多去磷”的原則,先適當(dāng)降槍升溫,為化渣創(chuàng)造溫度條件,約1min～2min后,提高槍位,配加適當(dāng)量的螢石(CaF2)和污泥球。中期“全程化渣,防止返干,繼續(xù)脫磷”,中期爐溫升高,石灰進(jìn)一步渣化,硅、錳氧化基本結(jié)束,進(jìn)入碳、磷氧化期,磷的氧化速度可提高到前期的1～2倍,所以中期脫磷很重要。操作中靈活調(diào)整槍位,適量加入污泥球或螢石,控制渣中適當(dāng)?shù)腇eO含量并減緩C-O反應(yīng)速度,避免返干,并使脫磷的速度大于脫碳的速度,以利于磷的去除。

實(shí)踐證明,為保證吹煉終點(diǎn)的鋼水含磷量不大于0.015%,脫磷最佳的溫度范圍應(yīng)在1 450℃～1 500℃之間,渣中組成必須保證,Mg O含量不大于8%～10%的條件下,形成的堿度為3.0～3.5,FeO含量不小于20%,同時控制下渣量防止回磷。

(2)終點(diǎn)溫度及成分控制

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明,脫磷轉(zhuǎn)爐在一批料化好吹煉6min時,鋼水中[P]%已從0.050%～0.060%降至0.013%以下,脫磷率已達(dá)75%以上,在隨后的吹煉中鋼水中[P]%略有減少,脫磷率平均為83%,但鋼水溫度卻不能滿足出鋼溫度,需要脫碳增溫,因此必須確定合理的出鋼溫度和吹氧時間。

通過計算在[C]0.3%、[Si]0.4%、[P] 0.015%、[S]0.030%、[Mn]0.06%條件下的脫磷鋼水理論熔點(diǎn):

考慮出鋼過程、吊運(yùn)、等待(脫P(yáng)鋼水兌入GOR轉(zhuǎn)爐)及必要的過熱度,轉(zhuǎn)爐出鋼時的鋼水溫度應(yīng)高于理論熔點(diǎn)110℃,見表3。因此,出鋼溫度必須滿足1 620℃以上,即鋼包溫度控制在1 580℃以上。

表3 脫磷鋼水溫降統(tǒng)計

在滿足最低出鋼溫度條件下,通過現(xiàn)場實(shí)際操作和統(tǒng)計,我們確定最佳吹煉時間為12min～13min,此時碳含量一般控制在0.3%～0.4%,同時制定以下控制措施:

①輔料分批次多次加入,保證第一批點(diǎn)料化好、化透,吹次數(shù)控制2次以內(nèi),點(diǎn)吹時間≤30s/次。

②定期維護(hù)出鋼口,嚴(yán)格控制下渣量,鋼包內(nèi)渣層厚度＞50mm時,必須倒渣。

③碳含量偏低時,必須加入碳粉調(diào)整,嚴(yán)格控制增碳劑用量≤150kg。

④脫磷鋼包必須使用正常周轉(zhuǎn)包,適當(dāng)提高烘烤溫度,嚴(yán)格時序控制,保證脫磷轉(zhuǎn)爐出鋼后10min鐘內(nèi)兌入GOR轉(zhuǎn)爐。

2.4 GOR冶煉工藝

為保證GOR一步法順利實(shí)現(xiàn)不銹鋼冶煉,項目充分發(fā)揮了GOR爐獨(dú)特的配氣工藝,利用GOR爐底吹天然氣和氧氣,對合金進(jìn)行有條件的烘烤,同時,在冶煉過程中合理控制冶煉溫度,避免冶煉過程中過吹現(xiàn)象,提高鉻的回收率。

(1)冶金分析

眾所周知,不銹鋼精煉的關(guān)鍵在于如何有效地脫除鋼中的碳和提高鉻的回收率。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn),鐵水中碳與鉻的反應(yīng)方程及其平衡常數(shù)的關(guān)系式如下,即:

假定渣中Cr2O3為飽和狀態(tài)時,有:

因為在GOR轉(zhuǎn)爐中06Cr13半鋼中硫、磷、硅、錳及鎳的含量較低,所以只考慮碳、鉻等主要元素時,根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn),取各元素相互作用系數(shù)值,可得到以下公式:

式(10)中表明,在含鉻鐵水去碳保鉻過程中,體系溫度T、鐵水組分(ω[Cr]、ω[Ni]和ω[C])以及氣氛中一氧化碳分壓(PCO)三者間存在定量的平衡關(guān)系。

因此,GOR爐冶煉不銹鋼有兩個要點(diǎn):①適時調(diào)整吹入鋼液中的氧氣與惰性氣體(氮?dú)饣驓鍤?比例,確保其與鋼液中碳含量及鋼液溫度相匹配,實(shí)現(xiàn)冶煉節(jié)奏與脫碳效率的均衡;②合理調(diào)整合金及廢鋼加入量、開始加入時刻、加入速度等工藝參數(shù),制定科學(xué)的加料制度,在高碳區(qū)(0.6%以上)確保鋼液中碳含量與鋼液溫度相匹配,減少高碳區(qū)鉻氧化量,為低碳區(qū)(0.6%以下)脫碳保鉻創(chuàng)造良好條件,避免鋼液中金屬鉻的大量氧化。

(2)過程溫度控制

①熱補(bǔ)償工藝

傳統(tǒng)06Cr13不銹鋼冶煉工藝是先通過電爐熔化廢鋼、合金等形成母液然后進(jìn)入GOR爐精煉。該工藝則省掉電爐工序,需要在GOR內(nèi)投入大量的固態(tài)鉻鐵。因此熱量是不平衡的,存在6%～8%的缺口。為了彌補(bǔ)熱量不足,結(jié)合GOR轉(zhuǎn)爐特有的天然氣供氣系統(tǒng),在兌入脫磷鋼水前,可先裝入一定量的高鉻合金,在爐內(nèi)使用GOR爐的天然氣進(jìn)行烘烤合金。其熱補(bǔ)償工藝如下:

a、GOR轉(zhuǎn)爐第一爐提前60min～120min將7t～8t高碳鉻鐵加入爐內(nèi)烘烤,同時根據(jù)冶煉過程溫度,必要時可加入適量硅鐵,保證第一爐的熱平衡。

b、正常冶煉時爐內(nèi)加入烘烤的高鉻加入量7t/爐～8t/爐,剩余高鉻在離線烘烤裝置內(nèi)進(jìn)行烘烤,烘烤時間≥60min,在吹煉過程中加入。

c、脫磷鋼水成品碳含量＜0.3%時,GOR爐一期可適當(dāng)加入增碳劑150kg～250kg增碳。

d、由于高鉻中帶入一定量的硅(2%～3%),為冶煉提供了大量熱量,但同時,降低了爐渣堿度,對爐襯和脫硫帶來一定困難,因此必須增加石灰加入量,同時提高活性石灰的有效含量和活性度,滿足工藝要求。

e、根據(jù)GOR爐冶煉過程合金加入量較大的情況,先快速升溫至1 660℃～1 680℃,然后加料并將熔池溫度穩(wěn)定在1 640℃～1 680℃,加料結(jié)束后再持續(xù)升溫至脫碳結(jié)束。

②吹煉模式

吹煉模式在正常情況下,按自動吹煉制度執(zhí)行。自動吹煉終點(diǎn)[C]設(shè)置為0.02%,實(shí)際控制不大于0.02%。

表4 脫碳階段配氣制度參考

3 應(yīng)用效果

(1)項目實(shí)施后效果明顯,由于省去了電爐冶煉工序,合金燒損減少,總工序合金收得率提高明顯,由原先的92.6%提高到目前的97%以上水平。

(2)工序銜接時間減少,冶煉周期進(jìn)一步降低,生產(chǎn)效率明顯提高,總工序冶煉時間較二步法減少近20min。

(3)省去電爐耐材、電極等冶煉成本, 06Cr13一步法冶煉成本降低明顯,根據(jù)實(shí)際測算可降低生產(chǎn)成本300元/t鋼以上。

4 結(jié)論

(1)通過提高脫磷鋼水含碳量和GOR入爐合金烘烤溫度等熱補(bǔ)償工藝,實(shí)施GOR一步法全鐵水冶煉06Cr13不銹鋼,實(shí)踐表明實(shí)施效果良好,降低成本明顯。

(2)由于使用大量高鉻合金,半鋼硅含量偏高,影響了堿度,同時合金加入方式有待進(jìn)一步改善等原因,使得成品S、O含量偏高,給LF帶了一定壓力,需進(jìn)一步完善冶煉工藝。

[1] 陳福在,等.采用轉(zhuǎn)爐脫磷生產(chǎn)不銹鋼用低磷

鋼水的探討[J].太鋼科技,2006(3):12-21.

[2] 江慶元,等.AOD爐加料及溫度制度的研究

與實(shí)踐[J].上海金屬,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,助理工程師,主要從事不銹鋼冶煉方面的研究。