一种LD与GOR双联法冶炼不锈钢的工艺的制作方法

一种ld与gor双联法冶炼不锈钢的工艺
技术领域
1.本发明属于不锈钢冶炼领域，具体涉及一种ld与gor双联法冶炼不锈钢的工艺。


背景技术：

2.gor通过底吹混合气体、顶吹氧气来冶炼不锈钢。在脱碳初期，通过顶底复吹来高效脱碳；在脱碳中后期，通过底吹混合气体（氧气 惰性气体）来实现脱碳保铬。由于gor炉体的特点，使其可使用挡渣球来实现渣钢分出，避免后续精炼回硫等问题，同时减少钢液中卷渣类夹杂物，提高钢水洁净度。在冶炼过程中，gor顶底复吹对炉衬冲刷较少；同时gor可以方便的更换炉底。因此，gor整体炉龄主要受到炉身渣线侵蚀程度的影响。当入炉钢水中硅含量偏高（硅含量高于1%），将使得冶炼过程中渣量较大，这会导致炉身渣线侵蚀较为严重，降低gor炉龄。此外，由于gor顶底复吹，当脱碳初期渣量较大时，容易出现喷溅，这将给冶炼现场带来安全隐患，同时喷溅带来钢液的损失也在一定程度上降低了金属收得率。
3.ld采用底吹惰性气体，顶吹氧气的方式进行脱碳。通过顶枪大流量吹入氧气，底枪吹入惰性气体进行搅拌，可以实现快速脱硅和脱碳。但，由于ld炉无法底吹氧气与惰性气体的混合气体，中低碳含量（碳含量低于0.5%）时脱碳效率较低，无法高效冶炼低碳不锈钢。
4.目前，中国专利cn110923389a公布了“利用gor转炉冶炼低碳不锈钢的方法”，给出了gor顶枪、底枪分布特点及脱碳过程各阶段氧气、氮气流量控制要求；但该专利未考虑高硅钢液作为初始钢液对gor冶炼的不利影响。
5.中国专利cn110819880a“一种200系不锈钢生产用含铬低镍铁水预处理工艺及应用”，公开了初炼炉与精炼炉双联的不锈钢冶炼工艺，采用初炼炉降低了gor初始钢液的硅含量以及碳含量，避免高硅和高碳对gor冶炼的不利影响。但是该专利中经初炼炉得到的粗炼铁水中cr含量均在13.5%以上，碳含量在1.8%～3 .5%，所述的碳含量范围是基于在避免cr氧化的前提下尽可能减少精炼炉的冶炼负荷进行限定的，其并未考虑经初炼炉得到的粗炼铁水中铬含量与终点碳含量之间的匹配关系，对精炼炉以及初炼炉与精炼炉的整体冶炼效率的影响。因此，采用中国专利cn110819880a的初炼炉与精炼炉双联的不锈钢冶炼工艺，初炼和精练的整体冶炼时间往往偏长（110 min以上），冶炼效率偏低，同时，金属收得率也偏低。


技术实现要素：

6.本发明旨在提供一种ld与gor双联法冶炼不锈钢的工艺，该工艺通过合理设计经ld初炼炉得到的出钢铁液中[cr]含量与[c]含量之间的匹配关系，实现ld与gor的最佳组合方式，更合理的利用ld和gor的脱碳能力，同时，缩短ld和gor整体冶炼时间，提升ld和gor整体脱碳效率，从而降低冶炼不锈钢的综合成本。
[0007]
一种ld与gor双联法冶炼不锈钢的工艺，包括以下具体步骤：（1）将铁水兑入ld，吹氧进行脱硅和初脱碳，结束后挡渣出钢，所得ld出钢钢水中各元素的质量分数为：
[c]：1～4%、[si]：0.05～0.3%、[mn]：0.1～1.5%、[p]≤ 0.1%、[s]≤ 0.1%、[cr]：5～13%、[ni]：0.5～5%、[n]：0.01～0.1，其余为fe和其他元素；同时，所述ld出钢钢水中[cr]含量和[c]含量还需满足如下要求：当[cr]＜5%时，1.5%≤[c]≤3%；当5≤[cr]≤13%时，3%≤[c]≤3.5%；（2）将步骤（1）的ld出钢钢水兑入gor中，顶底复吹进行深脱碳，待gor炉中的钢水[c]含量合格（根据不同钢种对[c]含量的要求来确定，通常在0.03～0.3%）后，停止吹炼；（3）gor出钢。
[0008]
对于步骤（1），需合理设计ld出钢钢水[cr]含量与[c]含量（即ld吹炼的终点[c]含量），以充分利用ld进行初脱碳，并减少[cr]的氧化和ld炉渣中氧化铬含量，提高金属收得率；同时，控制“当[cr]＜5%时，1.6%≤[c]终点≤3%；当5≤[cr]≤13%时，3%≤[c]终点≤3.5%”，终点[c]含量与[cr]含量控制不当，将降低ld与gor冶炼效率，增加生产成本。当ld出钢[c]含量较高，[cr]含量较低，后续gor冶炼需补充大量的铬合金，目前冶炼过程铬合金主要有两类：高碳铬铁和微碳铬铁；为廉价生产不锈钢，通常铬含量不足时，需在gor冶炼过程中将添加大量高碳铬铁，而大量高碳铬铁的加入势必会导致gor入炉碳含量偏高，会进一步增加gor冶炼负担，gor冶炼周期大幅延长；此外，高碳铬铁通常含有3～4%的硅，gor入炉硅含量的增加也会增加gor冶炼渣量，易导致喷溅的发生。当ld出钢[cr]含量较高，终点[c]含量过低，将大幅增加ld冶炼时间和炉渣中氧化铬含量，降低金属收得率，同时也不利于发挥ld与gor双联法的脱碳保铬能力。总体而言，合理分配ld与gor冶炼脱碳量和铬合金化量，将有效缩短ld与gor的有效冶炼时间，提高整体冶炼效率；同时，还能够将[cr]金属收得率控制在94%以上，gor炉不会发生喷溅，且gor平均炉龄能够达到190炉以上。此外，所述步骤（1）中ld挡渣出钢，减少gor入炉渣量，且ld出钢钢水中[si]：0.05～0.3%，也避免gor冶炼时产生过多冶炼渣，使得 gor冶炼过程中不会出现喷溅问题。
[0009]
所述gor炉采用顶底同时复吹氧的吹氧方式进行深脱碳。优选的，所述步骤（2）中的gor炉顶枪吹氧气，底枪吹氧气与惰性气体的混合气体，且所述gor炉的深脱碳工艺分为以下五个阶段：动态1阶段：顶枪的氧气流量为1.2～1.4 nm3/(min
·
t)，底枪总流量为1.1～1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体的体积比为7～10，动态1阶段的终点[c]含量为0.5～0.55%；动态2阶段：停吹顶枪，底枪总流量为1.1～1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.8～1，动态2阶段的终点[c]含量为0.3～0.35%；动态3阶段：底枪流量为1.1～1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.54～0.6，动态3阶段的终点[c]含量为0.19～0.21%；动态4阶段：底枪流量为1.1～1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.43～0.45，动态4阶段的终点[c]含量为0.1～0.15%；动态5阶段：底枪流量为1.1～1.2 nm3/(min
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t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.25～0.32，动态5阶段的终点[c]含量为0.07～0.12%。根据钢液中碳含量，分为五个动态脱碳期；并根据实际冶炼情况，综合设计各阶段吹氧时间，实现高效率脱碳的同时，减少氧化铬的形成，提高铬的金属收得率。
[0010]
优选的，在所述步骤（3）中，先向gor炉内投入还原剂，还原形成1.5～2.5碱度炉
渣，之后再进行出钢。在动态脱碳期结束后，加入还原剂，还原炉渣中的金属氧化物，提高金属收得率；同时，降低钢水氧位，促进脱硫反应，降低钢液中[s]含量至≤0.003%，最终形成1.5～2.5碱度炉渣。在具体实施过程中，所述还原剂选用硅锰合金。
[0011]
优选的，在所述步骤（3）中进行gor拦渣出钢。gor挡渣出钢，可以有效避免后续精炼回硫，并减少钢液中卷渣类夹杂物，保证钢水洁净度。
[0012]
优选的，在所述步骤（1）中ld烂渣出钢之后，溅渣护炉，然后倒出炉渣。出钢后，采用溅渣护炉工艺可提高ld炉龄，增加ld有效冶炼周期。
具体实施方式
[0013]
以下结合实施例对本发明进一步详细说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0014]
实施例1本实施例采用ld与gor双联法冶炼不锈钢的工艺，生产钢种为09cr14mn10ni2cun，其冶炼步骤如下：（1）将铁水（即高炉铁水）兑入ld，吹氧进行脱硅和初脱碳，在脱硅和初脱碳末期加入7.4t高碳铬铁，ld吹炼结束后挡渣出钢；其中，所述高炉铁水中各元素的质量分数为：[c]：4.35%、[si]：0.85%、[mn]：0.97%、[p]：0.024%、[s]：0.025%、[cr]：4.92%、[ni]：1.46%、[cu]：0.05%、[n]：0.02%，其余为fe和其他元素；出钢钢水中各元素的质量分数为：[c]：3.365%、[si]：0.21%、[mn]：0.48%、[p]：0.049%、[s]：0.071%、[cr]：10.01%、[ni]：1.46%、[cu]：0.02%、[n]：0.01%，其余为fe和其他元素；所述ld出钢钢水中[cr]元素和[c]元素的含量满足如下要求：当[cr]＜5%时，1.5%≤[c]≤3%；当5≤[cr]≤13%时，3%≤[c]≤3.5%；在ld出钢后，采用溅渣护炉工艺，然后倒出炉渣；（2）将步骤（1）的ld出钢钢水兑入gor中，gor入炉钢水重量为85.7t，入炉温度为1395℃，顶底同时复吹氧进行深脱碳，待gor炉中的钢水[c]含量为0.07%时，停止吹炼；其中，所述gor炉顶枪吹氧气、底枪吹氧气与惰性气体的混合气体，所述gor炉的深脱碳工艺分为以下五个阶段：动态1阶段：顶枪氧气流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底枪总流量为1.2 nm3/(min
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t)，底枪氧气与惰性气体体积比为9，动态1阶段的终点[c]含量为0.5%；动态2阶段：停吹顶枪，底枪总流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为1，动态2阶段的终点[c]含量为0.3%；动态3阶段：底枪总流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.6，动态3阶段的终点[c]含量为0.2%；动态4阶段：底枪总流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.43，动态4阶段的终点[c]含量为0.1%；动态5阶段：底枪总流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.25，动态5阶段的终点[c]含量为0.07%；（3）并向gor炉内投入还原剂硅锰合金3.95t，还原形成碱度为1.8的炉渣，之后再进行出钢。gor出钢钢水的各成分的质量分数为：
[c]：0.079%、[si]：0.37%、[mn]：10.53%、[p]：0.032%、[s]：0.002%、[cr]：13.73%、[ni]：1.41%、[cu]：0.85、[n]：0.145%，其余为fe和其他元素。
[0015]
实施例1中的ld炉采用现有的ld炉吹氧方式（底吹惰性气体，顶吹氧气的吹氧方式）进行脱硅和初脱碳。
[0016]
在实施例1中，由于gor入炉钢水[si] 含量为0.21%，其含量较低，冶炼过程中渣量较少，gor脱碳期无喷溅现象；并且，实施例1的ld炉的冶炼时间为29min，gor炉的冶炼时间为55min，ld和gor的总冶炼时间为84min，同时，实施例1的[cr]金属收得率为95.3%。
[0017]
实施例2本实施例采用ld与gor双联法冶炼不锈钢的工艺，生产钢种为12cr14mn10nin，其冶炼步骤与实施例1的不同之处在于：所述高炉铁水中各元素的质量分数为：[c]：4.53%、[si]：0.77%、[mn]：0.96%、[p]：0.026%、[s]：0.046%、[cr]：5.05%、[ni]：1.45%、[cu]：0.05%、[n]：0.018%，其余为fe和其他元素；所述ld出钢钢水中各元素的质量分数为：[c]：3.479%、[si]：0.19%、[mn]：0.68%、[p]：0.049%、[s]：0.033%、[cr]：10.26%、[ni]：1.43%、[cu]：0.02%、[n]：0.026%，其余为fe和其他元素；所述gor入炉钢水重量为83t，入炉温度为1440℃，待gor炉中的钢水[c]含量为0.09%时，停止吹炼；所述gor炉的深脱碳工艺分为以下五个阶段：动态1阶段：顶枪氧气流量为1.3 nm3/(min
·
t)，底枪总流量为1.1 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为7，动态1阶段的终点[c]含量为0.55%；动态2阶段：停吹顶枪，底枪总流量为1.1 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.8，动态2阶段的终点[c]含量为0.32%；动态3阶段：底枪总流量为1.1 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.54，动态3阶段的终点[c]含量为0.21%；动态4阶段：底枪总流量为1.1 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.45，动态4阶段的终点[c]含量为0.15%；动态5阶段：底枪总流量为1.1 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.3，动态5阶段的终点[c]含量为0.09%；所述还原剂硅锰合金的加入量为4.54t。
[0018]
所述gor出钢钢水中各成分的质量分数为：[c]：0.117%、[si]：0.42%、[mn]：9.68%、[p]：0.035%、[s]：0.002%、[cr]：13.46%、[ni]：1.24%、[cu]：0.32%、[n]：0.151%，其余为fe和其他元素。
[0019]
在实施例2中，由于gor入炉钢水[si] 含量为0.19%，其含量较低，冶炼过程中渣量较少，gor脱碳期无喷溅现象；并且，实施例2的ld炉的冶炼时间为27min，gor炉的冶炼时间为53min，ld和gor的总冶炼时间为80min，同时，实施例2的[cr]金属收得率为94%。
[0020]
实施例3本实施例采用ld与gor双联法冶炼不锈钢的工艺，生产钢种为13cr14mn10nin，其冶炼步骤与实施例1的不同之处在于：
所述高炉铁水中各元素的质量分数为：[c]：4.21%、[si]：0.86%、[mn]：0.96%、[p]：0.029%、[s]：0.043%、[cr]：4.56%、[ni]：1.41%、[cu]：0.03%、[n]：0.015%，其余为fe和其他元素；所述ld出钢钢水中各元素的质量分数为：[c]：2.1%、[si]：0.17%、[mn]：0.86%、[p]：0.046%、[s]：0.036%、[cr]：4.93%、[ni]：1.43%、[cu]：0.02%、[n]：0.021%，其余为fe和其他元素；所述gor入炉钢水重量为79t，入炉温度为1520℃，待gor炉中的钢水[c]含量为0.116%时，停止吹炼；所述gor炉的深脱碳工艺分为以下五个阶段：动态1阶段：顶枪氧气流量为1.4 nm3/(min
·
t)，底枪总流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为10，并且，在动态1阶段的过程中加入14t高碳铬铁，动态1阶段的终点[c]含量为0.51%；动态2阶段：停吹顶枪，底枪流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.8，动态2阶段的终点[c]含量为0.34%；动态3阶段：底枪流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.56，动态3阶段的终点[c]含量为0.19%；动态4阶段：底枪流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.43，动态4阶段的终点[c]含量为0.15%；动态5阶段：底枪流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.32，动态5阶段的终点[c]含量为0.116%；所述还原剂硅锰合金的加入量为4.73t。
[0021]
所述gor出钢钢水中各成分的质量分数为：[c]：0.123%、[si]：0.45%、[mn]：9.76%、[p]：0.033%、[s]：0.003%、[cr]：13.41%、[ni]：1.23%、[cu]：0.29%、[n]：0.153%，其余为fe和其他元素。
[0022]
在实施例3中，由于gor入炉钢水[si] 含量为0.17%，其含量较低，冶炼过程中渣量较少，gor脱碳期无喷溅现象；并且，实施例3的ld炉的冶炼时间为23min，gor炉的冶炼时间为64min，ld和gor的总冶炼时间为87min，同时，实施例3的[cr]金属收得率为94.6%。
[0023]
此外，按照实施例1或2或3的ld与gor双联法冶炼不锈钢的工艺，gor平均炉龄达到190炉以上。
[0024]
对比例1本实施例采用gor冶炼不锈钢的工艺，生产钢种为09cr14mn10ni2cun，其包括如下步骤：（1）将高炉铁水直接兑入gor，gor入炉铁水重量76.1t，入炉温度为1300℃，所述高炉铁水的各成分的质量分数为：[c]：4.43%、[si]：1.2%、[mn]：1.07%、[p]：0.055%、[s]：0.044%、[cr]：4.41%、[ni]：1.65%、[cu]：0.04%、[n]：0.019%，其余为fe和其他元素；gor炉顶底复吹氧气进行深脱碳，待gor炉中的钢水[c]含量为0.066%时，停止吹炼；其中，所述gor炉顶枪吹氧气，底枪吹氧气与惰性气体的混合气体，所述gor炉的深脱碳工艺分为以下五个阶段：动态1阶段：顶枪氧气流量为1.3 nm3/(min
·
t)，底枪流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底
枪氧气与惰性气体体积比为9，并且，在动态1阶段的过程中加入18t高碳铬铁，动态1终点碳含量为0.6%；动态2阶段：停吹顶枪，底枪流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为1，动态2阶段的终点[c]含量为0.4%；动态3阶段：底枪流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.66，动态3阶段的终点[c]含量为0.25%；动态4阶段：底枪流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.42，动态4阶段的终点[c]含量为0.15%；动态5阶段：底枪流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.25，动态5阶段的终点[c]含量为0.07%；（2）gor钢水碳含量合格后，加入还原剂硅锰合金5.35t，还原形成碱度为1.78的炉渣，之后再进行出钢；所述gor出钢钢水的各成分的质量分数为：[c]：0.074%、[si]：0.37%、[mn]：10.57%、[p]：0.036%、[s]：0.003%、[cr]：13.67%、[ni]：1.33%、[cu]：0.89%、[n]：0.21%，其余为fe和其他元素。
[0025]
在对比例1中，由于入炉硅含量较高，冶炼过程中渣量较大，在动态1阶段出现明显喷溅，导致金属收得率仅为89%；同时渣量较大也导致gor炉龄偏低，gor平均炉龄为140炉；gor炉的脱碳效率低，既便gor的动态1阶段采用更高的顶枪氧气流量，由于其氧化期时间较长，gor炉的冶炼时间依然较长，达到87min，gor冶炼效率低。
[0026]
对比例2本实施例采用ld gor冶炼不锈钢的工艺，生产钢种为09cr14mn10ni2cun，其冶炼步骤与实施例1的不同之处在于：高炉铁水中各元素的质量分数为：[c]：4.35%、[si]：0.93%、[mn]：0.95%、[p]：0.022%、[s]：0.046%、[cr]：4.43%、[ni]：1.39%、[cu]：0.04%、[n]：0.016%，其余为fe和其他元素；所述ld冶炼过程中加入17t高碳铬铁；所述ld出钢钢水中各元素的质量分数为：[c]：3.2%、[si]：0.4%、[mn]：0.86%、[p]：0.046%、[s]：0.036%、[cr]：14.6%、[ni]：1.46%、[cu]：0.06%、[n]：0.025%，其余为fe和其他元素；所述gor入炉钢水重量为86t，入炉温度为1420℃，待gor炉中的钢水[c]含量为0.076%时，停止吹炼；gor炉顶底同时复吹氧进行深脱碳，待gor炉中的钢水[c]含量为0.066%时，停止吹炼；其中，所述gor炉顶枪吹氧气、底枪吹氧气与惰性气体的混合气体，所述gor炉的深脱碳工艺分为以下五个阶段：动态1阶段：顶枪氧气流量为1.3 nm3/(min
·
t)，底枪流量为1.2 nm3/(min
·
t)，底枪氧气与惰性气体体积比为9，动态1终点碳含量为0.63%；动态2阶段：停吹顶枪，底枪流量为1.2 nm3/(min
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t)，底枪氧气与惰性气体体积比为1，动态2阶段的终点[c]含量为0.35%；动态3阶段：底枪流量为1.2 nm3/(min
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t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.66，动态3阶段的终点[c]含量为0.25%；
动态4阶段：底枪流量为1.2 nm3/(min
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t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.42，动态4阶段的终点[c]含量为0.15%；动态5阶段：底枪流量为1.2 nm3/(min
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t)，底枪氧气与惰性气体体积比为0.25，动态5阶段的终点[c]含量为0.076%；（2）gor钢水碳含量合格后，加入还原剂硅锰合金5.63t，还原形成碱度为1.81的炉渣，之后再进行出钢；所述gor出钢钢水的各成分的质量分数为：[c]：0.081%、[si]：0.41%、[mn]：10.62%、[p]：0.031%、[s]：0.004%、[cr]：13.73%、[ni]：1.37%、[cu]：0.85%、[n]：0.2%，其余为fe和其他元素。
[0027]
在对比例2中，由于gor入炉铬含量较高，同时入炉温度较低，导致冶炼前期钢液中铬氧化较多，脱碳效率降低，冶炼过程渣量明显增加，gor冶炼时间达到77min，同时ld冶炼时间也有35min，ld gor冶炼总时间达到112min。
[0028]
上述实施例2、3以及对比例2中ld炉也均采用实施例1的现有的ld炉吹氧方式（底吹惰性气体，顶吹氧气的吹氧方式）进行脱硅和出脱碳。
[0029]
上述各个实施例以及对比例的ld出炉钢水中[c] 含量、[cr]含量以及对应的冶炼总时间（min）、[cr]金属收得率(%)、gor平均炉龄列举如下表1：表1综上所述，采用本发明的冶炼工艺方法，可以实现ld与gor高效冶炼，有效抑制gor脱碳期的喷溅，提高金属收得率；通过合理设计ld与gor双联法冶炼工艺，可以提升ld与gor的脱碳效率，缩短gor冶炼周期，提高gor炉龄，降低冶炼不锈钢的综合成本。