[发明专利]一种快速氩氧精炼低碳铬铁合金的方法及其改进装置

说明书

技术领域

本发明涉及高碳高铬合金降碳的方法，特别是涉及一种将高碳铬铁合金精炼成低碳铬铁合金的方法。

背景技术

低碳铬铁合金是冶炼特种钢和超低碳合金结构钢的重要原料，它的碳含量越低和铬含量越高，其经济价值和使用价值就越高。

目前冶炼低碳铬铁合金的方法主要为三步法和“波伦法”(Perrin)，其主要步骤为先生产碳含量(wt.％)大于8％的高碳铬铁合金，再以这种高碳铬铁合金为原料生产硅铬合金，再以硅铬合金为原料生产低碳铬铁合金，由此可获得碳含量(wt.％)低于0.5％的低碳铬铁合金。这类方法的缺点是工序长，电耗高，铬损失大。

近年研究尝试采用不锈钢氩氧精炼方法，直接用转炉或AOD炉将碳含量(wt.％)大于8％、铬含量(wt.％)为60％～75％的高碳铬铁合金熔体进行顶、底复吹氩(氮)/氧混合气精炼，获得低碳铬铁合金。其中：顶吹氩(氮)/氧混合气的目的是大量氧化铬铁合金熔体中碳的同时，降低其熔体内和液面上的一氧化碳分压，以有利于碳的氧化反应并尽量降低铬的氧化；底吹氩(氮)/氧混合气的目的是通过强烈搅拌来加强氧与碳的充分接触并降低高碳铬铁合金熔体内的一氧化碳分压，从而促进碳的氧化并尽量减少铬的氧化。对氩(氮)/氧混合气中氧含量的控制，一般是考虑随着铬铁合金熔体中碳含量减少而逐步减少其氩(氮)/氧混合气中氧的比例。

授权专利申请(93109254.X)提出的底吹感应炉冶炼超低碳高铬合金钢工艺，在感应炉内将低碳废钢和铁合金混合熔化并升至一定温度后进行底吹氧气和惰气的混合气体，根据不同的碳含量区间采用不同的混合气体比例，通过吹气时间、温度和混合气体比例及流量的控制达到降碳目的，并在脱碳后加入还原剂，提高铬的收得率。

授权专利申请(95108548.4)的含Cr钢水的脱碳精炼方法，提出含铬(Cr)钢水在碳含量(wt.％)为1～0.05期间，仅向钢熔池表面喷吹惰性气体，向钢熔池表面之下吹入氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体，搅拌渣和钢水，使熔渣中的Cr₂O₃和钢水中的C积极地产生Cr₂O₃+3C→2Cr+3CO的反应。

授权专利申请(200710034451.7)提出一种低微碳铬铁合金的生产工艺，采用中频感应炉将高碳铬铁熔化后转入罐体进行氩氧吹炼，再在真空条件下对其铬铁熔体进行氩氧混合底吹获得低微碳铬铁合金。

专利申请(200810033920.8)提出将AOD炉中高碳母液采用大比例高强度氧进行侧顶复合吹方式进行不锈钢冶炼，可显著缩短冶炼时间并减少铬元素氧化量的方法。

上述专利申请所述的方法及目前文献提出的氩(氮)/氧精炼铬铁合金的方法，对常规冶炼温度与常压条件下氩氧精炼碳含量(wt.％)、铬含量(wt.％)都较低(碳≤1％，铬18％)的不锈钢熔体，会得到较好的“去碳保铬”效果。但对碳含量(wt.％)高约8％，特别是铬含量(wt.％)高达60％～75％的高碳铬铁合金熔体，也按照精炼不锈钢的氩氧精炼方法同样做到“去碳保铬”获得低碳铬铁合金，则会困难得多。对高碳铬铁合金熔体氩氧精炼与铬系不锈钢熔体氩氧精炼的难度比较为：

1)高碳铬铁合金熔体中的铬含量要比不锈钢熔体的铬含量高的多，若将高碳铬铁合金熔体在较低的常规温度下进行氩氧精炼，容易使铬优先于碳氧化，当其熔体碳含量(wt.％)降至约2％时，会有20～30％的铬被氧化并进入熔渣中，而当其熔体碳含量(wt.％)降至1％以下时，会有近50％的铬将被氧化。为减少铬的氧化损失，在精炼后期通常加入大量铝、硅铁、铬矿等对熔渣中的氧化铬进行还原，但因铬铁合金熔体中铬含量高并且熔渣中氧化铬含量也高，加入铝、硅铁只能使熔渣中的氧化铬部分还原，且需消耗大量铝、硅铁等而提高精炼成本。加入铬矿可适当补充铬铁合金熔体中的铬，但却不能降低熔渣中氧化铬的含量，同时会使铬铁合金熔体中碳、硫、磷等有害杂质含量增加。另外在加入大量铝、硅铁之前，还需要在氩氧精炼的氧化期加入大量氧化钙等造渣料及辅助化渣料，提高其熔渣碱度，为后期加入硅铁还原氧化铬做好准备，但加入大量氧化钙等渣料会在其熔体表面形成较厚且粘度较大的熔渣层，阻碍其熔体中的氧化气体排出，这对碳含量较高的高碳铬铁合金熔体来说，表面较厚且粘度较大的熔渣层，会极大地影响碳的氧化反应进行，并会引起铬的大量氧化。而且，增大熔渣量也会使熔渣中的氧化铬浓度降低，使氧化铬还原难度增大。