專利名稱：含鉻熔融金屬的精煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用電爐等制造含鉻熔融金屬的精煉方法。
背景技術(shù)：
含鉻鋼，特別是不銹鋼中含有大量鉻。該熔融金屬中的鉻為高價(jià)金屬，因此如果精煉溫度低，鉻比鐵更容易被氧化，在精煉工序中成為損耗，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。
制造不銹鋼的工藝一般采用電爐法。該方法是通過電能將金屬?gòu)U料和合金鐵進(jìn)行加熱、熔融和升溫的工藝，特別是含有鉻·鎳的奧氏體系不銹鋼幾乎都是通過該方法對(duì)其粗熔融金屬進(jìn)行熔制。當(dāng)用電爐制造不銹鋼時(shí)，由于原料廢金屬、合金鐵的堆積密度小，因此要分兩次或三次將其裝入電爐內(nèi)，用電能順次將其熔融。完全熔融后還要繼續(xù)通電，對(duì)熔融金屬進(jìn)行升溫，達(dá)到預(yù)定溫度后排出熔融金屬。排出的熔融金屬在進(jìn)行排渣后，用稱為AOD(Argon Oxygen Decarburization)或VOD(VacuumOxygen Decarburization)的精煉爐進(jìn)行脫碳精煉，再進(jìn)行成分調(diào)整后用連續(xù)鑄造機(jī)鑄造成等半成品。
另一方面，在普通鋼的電爐操作中，為了促進(jìn)金屬?gòu)U料的熔融，從爐壁或出渣口的出口通過噴嘴吹入氧氣，利用由于金屬?gòu)U料的切割、燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱實(shí)施熔融。這在《最近爐制鋼法的進(jìn)展》(日本鋼鐵協(xié)會(huì)、1993年10月發(fā)行、P51～67)中有記載。金屬?gòu)U料熔融后，一邊繼續(xù)通電加熱，一邊從上述噴嘴吹入氧氣，使熔融金屬中的碳燃燒，通過氧氣噴射及產(chǎn)生的CO氣體對(duì)熔融金屬進(jìn)行攪拌，進(jìn)行所謂脫碳、升熱操作。熔融金屬達(dá)到預(yù)定的碳濃度和溫度后進(jìn)行排出，用LF(Ladle Furnace)等2次精煉裝置進(jìn)行成分調(diào)整等。
一般而言，電爐的熔融金屬攪拌力小，熔融金屬均勻混合所需的時(shí)間長(zhǎng)。原因在于，只是通過電極通電的方式對(duì)熔融金屬進(jìn)行攪拌。即使導(dǎo)入底吹或頂吹氣體，由于形狀，熔融金屬的深度淺，且熔融金屬的表面面積大，因此攪拌熔融金屬的效率極差。
熔制不銹鋼時(shí)，如上所述，金屬?gòu)U料、合金中含有鉻，為了防止該鉻被氧化，與普通鋼的電爐操作相同，通常回避向熔融金屬中吹入氧而進(jìn)行熔融金屬脫碳的做法。姑且不管出于任何目的，向不銹鋼熔融金屬中吹入氧，則鉻氧化量增大，在排出時(shí)需要用硅合金等將該鉻還原，回收高價(jià)的鉻。因此，在不銹鋼的電爐操作中，通常不會(huì)向電爐內(nèi)的熔融金屬吹入氧氣，而對(duì)熔融金屬進(jìn)行主動(dòng)脫碳(積極脫碳)的操作。熔融金屬的脫碳，通過稱為AOD、VOD等2次精煉裝置，利用真空、惰性氣體稀釋、強(qiáng)攪拌等使得盡可能不使熔融金屬中的鉻被氧化的方法。
用電爐熔制不銹鋼時(shí)，以購(gòu)入不銹鋼廢料以及在工廠內(nèi)回收的不銹鋼廢料等不銹鋼廢料為主進(jìn)行原料配合。理想地，優(yōu)選全部原料都由不銹鋼廢料組成，但從城市中無(wú)法充分地獲得不銹鋼廢料?？色@得的不銹鋼廢料量因該工廠所在的位置不同而有所不同，配合比為20～60質(zhì)量％左右。因此，分別配合普通鋼和鉻·鎳的合金鐵作為剩余的配合原料，作為不銹鋼的替代。在該鉻·鎳的合金中含有大量的碳。例如，在高碳鉻鐵合金鐵中含有6～8質(zhì)量％的碳，高碳鎳鐵合金鐵中含有2～3質(zhì)量％的碳。配合這些物質(zhì)的結(jié)果，全體原料中平均碳量一般為1～2質(zhì)量％左右，最多為2.5質(zhì)量％。
作為熔融金屬中的不純物，必須將這些物質(zhì)除去，如上所述，用攪拌力弱的電爐，即使吹入氧，也難于在不使鉻氧化損失的情況下有效地進(jìn)行脫碳。因此，可以用AOD、VOD之類的2次精煉爐，用惰性氣體使氧氣稀釋，利用真空，或?qū)θ廴诮饘龠M(jìn)行強(qiáng)攪拌從而可以有效地進(jìn)行脫碳。但當(dāng)用2次精煉爐對(duì)含碳熔融金屬進(jìn)行脫碳時(shí)，精煉時(shí)間由其氧供給速度確定。例如，在AOD情況下，由于在大氣下進(jìn)行精煉，因此通過使底吹氧流量增大，或者設(shè)置頂吹噴嘴，以高氧流量吹入到熔融金屬中，即使上述熔融金屬中碳濃度為2～2.5質(zhì)量％，也可以達(dá)到精煉。另一方面，在VOD情況下，由于在真空下吹氧，大的送氧速度要求真空排氣能力增強(qiáng)，此外飛濺增加，金屬錠等操作容易變得困難。因此，與AOD相比，用VOD的設(shè)備可以操作的氧流量受到大幅度限制，因此，在處理開始時(shí)的熔融金屬中碳濃度限制在0.2～0.3質(zhì)量％范圍內(nèi)，例外地，其也可限制在0.7質(zhì)量％。這樣，如果從電爐中排出的熔融金屬中碳濃度過高，則處理時(shí)間顯著延長(zhǎng)，生產(chǎn)性降低，2次精煉成本增高，最糟的情況是其工藝不能實(shí)現(xiàn)。因此，考慮到2次精煉的脫碳能力，必須限制用電爐時(shí)的最終碳濃度。
由于用該電爐的排出碳濃度具有限制，需要在配合于電爐的原料中具有使用鐵水、生鐵塊、DRI(直接還原鐵)、HBI(熱壓塊鐵)等含碳鐵源。例如，在具有高爐的制鐵所中，可以比較便宜地得到鐵水、生鐵塊。又，在天然氣、石油、煤等能源資源為主的地方，用鐵礦石的直接還原法可以比較便宜地制備DRI、HBI等。另一方面，在國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)不發(fā)達(dá)的地域，大量消費(fèi)鋼鐵的歷史短，金屬?gòu)U料的產(chǎn)生少，必須從國(guó)外有剩余金屬?gòu)U料的地域進(jìn)口。在這種情況下，與金屬?gòu)U料大量產(chǎn)生地相比，金屬?gòu)U料價(jià)格相當(dāng)高。因此在有的地域，使用鐵水、生鐵塊、DRI、HBI等作為電爐的鐵源，比使用金屬?gòu)U料在經(jīng)濟(jì)上有利。
在普通鋼的電爐中，如上所述，從技術(shù)方面考慮氧氣是可以使用的，將該含碳鐵源積極地導(dǎo)入，可以享受經(jīng)濟(jì)上所具有的優(yōu)勢(shì)(例如，參照第114、115次西山紀(jì)念講座《最近的電爐操作技術(shù)的進(jìn)步》、日本鋼鐵協(xié)會(huì)、1986年9月發(fā)行、P55～60及P246～273)。另一方面，希望積極將鐵水、生鐵塊、DRI、HBI等含碳鐵源用于電爐的不銹鋼制造。但是，如上所述，使用含碳鐵源使配合原料中的碳濃度增高，從技術(shù)方面考慮，在不銹鋼熔制的電爐中還不能使用氧氣，在這種現(xiàn)狀下，電爐排出熔融金屬中碳濃度增高，超過了用2次精煉爐的吹氧脫碳所允許的碳濃度界限。
在目前的不銹鋼熔制用電爐中，尚不能夠有效利用該含碳鐵源的技術(shù)，因此強(qiáng)烈希望能夠解決該問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種操作方法，該方法在使用電爐對(duì)以不銹鋼為首的含鉻熔融金屬進(jìn)行熔制中，由于積極利用鐵水、生鐵塊、DRI、HBI等含碳鐵源，在技術(shù)上使使用氧氣成為可能，并且使以適當(dāng)比例含有鉻的合金鐵熔融，并且熔融金屬中鉻的氧化損失最小。
其要點(diǎn)如下所述。
1、一種含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于將金屬?gòu)U料、除了含鉻合金鐵之外的合金鐵·金屬錠類(日文原文為地金)之中的之一或兩者和含碳鐵源裝入精煉容器中，用電能進(jìn)行加熱、熔融的同時(shí)，吹入氧氣或含氧氣體將熔融金屬中的碳氧化除去，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的溫度、碳濃度后，停止吹入氧氣或含氧氣體，然后連續(xù)或間歇地投入含鉻合金鐵和含鉻金屬粉之中的之一或兩者，通過電能進(jìn)行熔融。
2、根據(jù)1記載的含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于將金屬?gòu)U料、除了含鉻合金鐵之外的合金鐵·金屬錠類之中的之一或兩者和含碳鐵源裝入精煉容器中，首先只通過電能進(jìn)行加熱、熔融，然后吹入氧氣或含氧氣體，將熔融金屬中的碳氧化除去。
3、根據(jù)1或2記載的含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于連續(xù)或間歇地投入含鉻合金鐵和含鉻金屬粉之中的之一或兩者，在通過電能進(jìn)行熔融時(shí)，吹入氧氣或含氧氣體，將熔融金屬中的碳或碳和硅除去。
4、根據(jù)3記載的含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于將含鉻合金鐵和含鉻金屬粉之中的之一或兩者連續(xù)或間歇地投入終止后，吹入氧氣或含氧氣體，將熔融金屬中的碳或碳和硅除去。
5、根據(jù)1～4中任何一項(xiàng)記載的含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于通過底吹氣體、頂吹噴射氣體、電磁感應(yīng)攪拌裝置的至少一種在精煉容器中對(duì)熔融金屬進(jìn)行攪拌。
6、根據(jù)1～5中任何一項(xiàng)記載的含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于將金屬?gòu)U料、除了含鉻合金鐵之外的合金鐵·金屬錠類之中的之一或兩者和含碳鐵源裝入精煉容器時(shí)，裝入除了含鉻合金鐵之外的合金鐵·金屬錠類以及金屬?gòu)U料之中的一種或兩種和作為含碳鐵源的冷鐵源，或在裝入后設(shè)置用于裝入鐵水的空間，裝入鐵水等含碳鐵源。
7、根據(jù)1～6中任何一項(xiàng)記載的含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于在將金屬?gòu)U料、除了含鉻合金鐵之外的合金鐵·金屬錠類之中的之一或兩者和含碳鐵源裝入精煉容器時(shí)，在將金屬?gòu)U料、除了含鉻合金鐵之外的合金鐵·金屬錠類之中的之一或兩者和作為含碳鐵源的冷鐵源裝入后，在將鐵水等含碳鐵源裝入前，對(duì)該冷鐵源進(jìn)行預(yù)熱。
8、根據(jù)1～7中任何一項(xiàng)記載的含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于在對(duì)精煉容器供給電能時(shí)，相對(duì)于含電極的1式電源，在每1次熱處理中向兩個(gè)精煉容器交替通電。
9、一種含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于權(quán)利要求1～8中任何一項(xiàng)記載的熔制方法得到的熔融金屬及熔渣排出到鐵水包等容器里。


圖1(a)～(e)為本發(fā)明的使用電爐工藝中，鐵水使用方法的示意圖。
圖2為本發(fā)明的電爐操作圖案的示意圖。
圖3(a)～(e)為通過以往方法的使用電爐工藝中，鐵水使用方法的示意圖。
圖4為表示含鉻熔融金屬中鉻濃度、碳濃度、熔融金屬溫度的平衡關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
通過附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的電爐中含鉻熔融金屬熔制方法的概念圖，如圖1所示。在熔融前首先將預(yù)先配合的主原料3(冷鐵源)裝入作為精煉容器的電爐1中。主原料包括作為金屬?gòu)U料的購(gòu)入以及在所內(nèi)回收不銹鋼廢料、普通鋼廢料、以及作為除了含鉻合金鐵之外的合金鐵、金屬錠類的Ni金屬錠及Ni合金鐵等不含鉻合金鐵類等。此外，可以使用DRI或HBI等作為含碳鐵源的冷鐵源。又，通常也將生石灰、白云石、螢石等副原料裝入爐內(nèi)。
裝入結(jié)束后提供電能，通常使用電極4下降而通電的方法。通電開始后，將作為含碳鐵源的鐵水等裝入電爐內(nèi)。在鐵水的裝入過程中繼續(xù)通電，從而促進(jìn)爐內(nèi)金屬?gòu)U料等的熔融。
作為鐵水等的裝入方法，將設(shè)置于排出孔對(duì)側(cè)的排渣用孔的鐵水裝入門14打開，將鐵水裝入板7固定，將置于鐵水裝入臺(tái)車6的鐵水鍋5搬送到鐵水裝入板，傾斜鐵水鍋，使鍋內(nèi)的鐵水流到鐵水裝入板上，從而裝入到電爐內(nèi)。又，除了該方法，還有停止通電，將爐蓋打開，用使鐵水鍋傾斜而將鐵水從電爐的上方裝入的方法，從排出孔側(cè)的板導(dǎo)入的方法等。在這些方法中，可以采用對(duì)于電爐的類型、形狀、與其他設(shè)備的適合等各種設(shè)備、操作條件最適合的方法，本發(fā)明可以使用這些方法中的任何一個(gè)。
隨后，在鐵水裝入終止后，繼續(xù)連續(xù)通電熔融，為了促進(jìn)爐內(nèi)金屬?gòu)U料、金屬錠、合金鐵的熔融及將鐵水中碳除去，用氧氣或含氧氣體進(jìn)行吹氧。這里的氧氣是指純氧，此外含氧氣體為將Ar、N2等惰性氣體或CO2等氣體單獨(dú)或組合而與氧氣混合的氣體。當(dāng)使用惰性氣體等與氧的混合氣體時(shí)，盡管脫碳所需時(shí)間加長(zhǎng)，但由于氧分壓降低而具有使脫碳的氧效率提高的效果，因此使用哪種方法可以適當(dāng)選擇。
當(dāng)爐內(nèi)的冷鐵源熔融基本終止后繼續(xù)通電及吹氧脫碳，直至熔融金屬的溫度及碳濃度達(dá)到預(yù)定值。這里所說(shuō)的預(yù)定值，是根據(jù)后述圖4為根據(jù)，熔融金屬的溫度設(shè)定在不引起耐火物等熔損的程度上，又，熔融金屬的碳濃度可以在不導(dǎo)致鉻被氧化的范圍內(nèi)適當(dāng)設(shè)定，并無(wú)特別規(guī)定，通常在熔融金屬碳濃度為約0.4～1.6質(zhì)量％、熔融金屬溫度為1500～1600℃下實(shí)施。
爐內(nèi)的熔融金屬11達(dá)到上述預(yù)定的碳濃度、溫度后，停止吹氧，從爐上料斗分別將含鉻合金鐵(以后稱為高碳鉻鐵合金)、含鉻金屬粉單獨(dú)或兩者一起(可以混合)連續(xù)投入。繼續(xù)通電，使電力的供給速度進(jìn)一步上升，調(diào)整高碳鉻鐵合金的投入速度以使熔融金屬的溫度能夠基本保持上述預(yù)定的溫度。為了使高碳鉻鐵合金的投入時(shí)間縮短，優(yōu)選盡可能使投入速度增快，但如果投入速度過快，則投入的高碳鉻鐵合金一部分沒有熔融便積聚在爐內(nèi)，投入終止后還需繼續(xù)熔融或存在于爐內(nèi)熔融效率差的地方，其結(jié)果是有時(shí)熔融時(shí)間延長(zhǎng)，因此考慮到這一點(diǎn)，優(yōu)選適宜設(shè)定投入速度。
又，有時(shí)無(wú)法用投入裝置連續(xù)投入，在這種情況下則須間歇投入。使用含鉻合金鐵1次投入量盡可能少?gòu)亩雇度氪螖?shù)增加的方法，以保持含鉻合金鐵的投入速度與電力供給產(chǎn)生的熔融速度的平衡。含鉻合金鐵的尺寸小則熔融時(shí)間縮短，因此優(yōu)選，但如果過小，則當(dāng)將含鉻合金鐵通過破碎變?yōu)樾”壤龝r(shí)，粉化率增大，而且將其團(tuán)塊化需要費(fèi)用，需要多余的成本。因此，考慮到總成本，優(yōu)選含鉻合金鐵具有最佳尺寸大小。又，優(yōu)選地，考慮電爐內(nèi)形狀或供給電力的電源容量(容量)及爐內(nèi)耐火物、水冷壁等的程度、爐上含鉻合金投入裝置的裝備水平等，設(shè)定各電爐最佳的含鉻合金的投入方法、速度。
根據(jù)以上記載的本發(fā)明所涉及的方法，首先將除去含鉻合金鐵的冷鐵源熔融，在鉻濃度低的狀態(tài)下進(jìn)行吹氧脫碳，然后只用電能將含鉻合金鐵熔融、升熱，當(dāng)原料中使用含碳鐵源對(duì)含鉻熔融金屬進(jìn)行熔制時(shí)，產(chǎn)生了可以顯著抑制鉻氧化的效果。
對(duì)上述作用進(jìn)行理論上的考察。圖4為熔融金屬中鉻濃度、碳濃度及熔融金屬溫度的平衡關(guān)系圖。不銹鋼溶鋼中鉻，其溫度越高，碳濃度越高，不易被氧化，又，鉻濃度越高，越易于被氧化。即，附圖曲線右上領(lǐng)域意味著鉻難于被氧化，左下領(lǐng)域意味著鉻容易被氧化。因此，熔融鉻時(shí)，盡可能在曲線的右上領(lǐng)域?qū)嵤┏蔀橐种沏t氧化的關(guān)鍵。特別地，當(dāng)氧化去除熔融金屬中的碳時(shí)，優(yōu)選盡可能在鉻濃度低的狀態(tài)下進(jìn)行。
又，本圖表示平衡狀態(tài)，有必要從速度論方面進(jìn)行考慮。與轉(zhuǎn)爐、AOD等比較，電爐即使在精煉爐內(nèi)，爐內(nèi)熔融金屬的攪拌力也很差。轉(zhuǎn)爐、AOD等用爐形狀及頂吹氧和底吹氣體產(chǎn)生的對(duì)熔融金屬的強(qiáng)攪拌，使精煉中熔融成分及溫度近于均勻狀態(tài)。但是，由于電爐熔融金屬深度淺，為所謂車型的形狀，或無(wú)底吹攪拌氣體，或流量極小，因此熔融金屬的攪拌弱，精煉中熔融金屬成分及溫度不能說(shuō)是均勻的。因此，在圖4平衡圖上，作為熔融金屬整體即使成分、溫度都處于鉻難以被氧化的領(lǐng)域，作為局部的熔融金屬成分，由于鉻濃度高或碳濃度低，實(shí)際上存在著成分、溫度處于在平衡上鉻容易被氧化的區(qū)域。
從以上理論上的考察可以看到，為了在電爐中使用含碳鐵源，在抑制鉻氧化的同時(shí)實(shí)施含鉻熔融金屬的熔制，不象用以往方法進(jìn)行的那樣，將全部原料熔融，在熔融金屬中鉻濃度高的狀態(tài)下進(jìn)行吹氧脫碳，而如本發(fā)明這樣，將含鉻合金鐵以外的冷鐵源熔融，在鉻濃度低的狀態(tài)下進(jìn)行吹氧脫碳，然后只用電能將含鉻合金鐵于高溫、高碳濃度熔融金屬中熔融、升溫，該方法極為合理，從而完成了本發(fā)明。
下面就將初期裝入的除了含鉻合金鐵之外的合金鐵等冷鐵源和鐵水進(jìn)行通電熔融及吹氧脫碳時(shí)的其他實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。
將初期裝入的除了含鉻合金鐵之外的合金鐵等冷鐵源和鐵水進(jìn)行通電熔融及吹氧脫碳時(shí)，如果在固相的冷鐵源和液相的鐵水共存狀態(tài)下進(jìn)行吹氧，則有時(shí)引起低溫狀態(tài)下的氧化，容易產(chǎn)生鐵的氧化及鉻的氧化。因此，優(yōu)選地，在兩者的混合狀態(tài)下，溫度相對(duì)低時(shí)，只用電能進(jìn)行熔融，在液相比率提高到某程度時(shí)進(jìn)行吹氧脫碳。這里對(duì)兩者混合狀態(tài)下溫度和上述液相的比率并無(wú)特別規(guī)定，可以適當(dāng)設(shè)定。
下面對(duì)一邊投入含鉻合金鐵或含鉻金屬粉的任意一種或兩種，一邊在用電能熔融時(shí)的氧氣或含氧氣體的吹送進(jìn)行說(shuō)明。
通過一邊將含鉻合金鐵或含鉻金屬粉從爐上連續(xù)投入，在用電能保持熔融金屬溫度時(shí)，進(jìn)行氧氣或含氧氣體的吹入，發(fā)現(xiàn)對(duì)溫度保持及促進(jìn)高碳鉻鐵合金的均勻熔融具有很大效果。這里所說(shuō)的氧氣是指純氧，含氧氣體是指將Ar、N2等惰性氣體或CO2等氣體單獨(dú)或組合而與氧氣混合的氣體。
但是，由于氧多時(shí)將促進(jìn)鉻的氧化，因此通過降低氧流量或用惰性氣體等使其稀釋而進(jìn)行吹氧，可以使鉻的氧化達(dá)到最小限度，而且可以保持溫度及高碳鉻鐵合金的均勻熔融。進(jìn)而還可以進(jìn)行熔融金屬中的碳或硅的氧化去除。當(dāng)使用惰性氣體等和氧氣的混合氣體時(shí)，盡管脫碳或脫硅所需時(shí)間延長(zhǎng)，但由于氧分壓降低，因此具有使脫碳的氧效率提高的效果，因此對(duì)于使用哪種方法可以進(jìn)行適當(dāng)選擇。在該方法中，最佳的氧流量及惰性氣體的稀釋比率等因各個(gè)電爐的不同而不同，需通過操作上的經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定。
下面對(duì)一邊投入含鉻合金鐵或含鉻金屬粉的任意一種或兩種，一邊在用電能熔融時(shí)的氧氣或含氧氣體的吹送的其他形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。
即，在供給電能的狀態(tài)下，在完成投入含鉻合金鐵或含鉻金屬粉的任意一種或兩種后，進(jìn)行氧氣或含氧氣體的吹入。
高碳鉻鐵合金等投入、熔融終止后，熔融金屬中碳、硅上升。這些是高碳鉻鐵合金中含有的成分，熔融中由于不使用氧，因此便原封不動(dòng)地轉(zhuǎn)移到熔融金屬中。然后，通過吹入氧氣或含氧氣體，進(jìn)行碳或硅的氧化去除。氧氣或含氧氣體從吹氧被吹入熔融金屬中。由于其中硅比熔融金屬中的鉻更容易被氧化，因此脫硅中鉻的氧化損失極小。
優(yōu)選地，熔融金屬中的硅并不都被脫除，在熔融金屬中殘留約0.4質(zhì)量％左右的硅，從而終止吹氧，原因在于例如在后工序中使熔融金屬與熔渣混合時(shí)，硅可以還原鉻酸。
又，在吹入氧氣或含氧氣體時(shí)可以停止通電，如果繼續(xù)進(jìn)行則可以將熔融金屬溫度迅速升溫到約1500～1600℃左右。
如上所述，由于電爐的形狀及攪拌源的不足，熔融金屬的攪拌力很弱。因此，在裝入冷鐵源及鐵水后的通電、吹氧中，可能會(huì)有氧化鉻、氧化鐵生成。在連續(xù)或間歇投入鉻合金鐵等的熔融時(shí)，可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)均勻地迅速熔融。
因此，為了賦予熔融金屬的攪拌力，采用的方法是從底吹口或天井部或從側(cè)壁通向熔融金屬的浸漬噴嘴等向熔融金屬內(nèi)吹送氬、氮等惰性氣體，在爐底近邊設(shè)置電磁感應(yīng)攪拌裝置，用電磁力對(duì)熔融金屬進(jìn)行攪拌。
這樣，在裝入冷鐵源及鐵水后的通電、吹氧時(shí)，可以促進(jìn)冷鐵源的熔融、熔融金屬的升溫、脫碳。又，在含鉻合金鐵等的熔融時(shí)，可以促進(jìn)含鉻合金鐵等的熔融、熔融金屬的升溫、脫碳、脫硅。
裝入冷鐵源、鐵水時(shí)，鐵水容易進(jìn)入爐內(nèi)，因此在操作上優(yōu)選。例如，如果在側(cè)壁設(shè)計(jì)有鐵水裝入門近邊的爐內(nèi)空間填充金屬?gòu)U料，裝入的鐵水可能不從鐵水板順利地滑入爐內(nèi)，而泄漏到爐外，因此，要使裝入速度極端降低，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的鐵水裝入。又，當(dāng)鐵水裝入終止而向爐內(nèi)吹入氧時(shí)，如果氧噴嘴前面有金屬?gòu)U料，則氧直接接觸金屬?gòu)U料，容易引起金屬?gòu)U料中的鐵成分被氧化，或不銹鋼屑中的鉻過度被氧化。
因此，當(dāng)將鐵水裝入冷鐵源投入的爐內(nèi)時(shí)，優(yōu)選留出空間。作為具體的實(shí)施方法，可以按如下做法進(jìn)行實(shí)施例如，在金屬?gòu)U料裝入后，用將鐵水裝入的地方壓縮，留出空間，或在裝入金屬?gòu)U料時(shí)預(yù)先用阻擋板等留出空間。又，當(dāng)從電爐頂方裝入鐵水時(shí)，用電極通電，在金屬?gòu)U料中開孔，將鐵水注入其中。
下面對(duì)熔融冷鐵源前的預(yù)熱方法進(jìn)行說(shuō)明。將冷鐵源預(yù)熱后，投入鐵水等，通過進(jìn)行熔融、吹氧，容易引起冷鐵源的熔融，由于對(duì)節(jié)約電能有貢獻(xiàn)，因此優(yōu)選。
對(duì)預(yù)先裝入的金屬?gòu)U料進(jìn)行預(yù)熱一般在電爐中進(jìn)行，但在不銹鋼的電爐制造中并不太普遍。原因在于，預(yù)先裝入的金屬?gòu)U料、合金鐵的平均鉻濃度高，鉻氧化損失大，從而抵消了電能節(jié)約的優(yōu)點(diǎn)。
但是，在本發(fā)明中，由于預(yù)先裝入的冷鐵源為不銹鋼廢料及普通鋼廢料、除了含鉻合金鐵之外的合金鐵、金屬錠類及去除鐵水的含碳鐵源等冷鐵源，因此它們的平均鉻濃度低。因此，被氧化的鉻損失小，可以享受電能節(jié)約的優(yōu)點(diǎn)。
金屬?gòu)U料等冷鐵源的預(yù)熱方法可以與通常的金屬?gòu)U料預(yù)熱相同地進(jìn)行實(shí)施，或利用從其他電爐排出的氣體為熱源，或利用通過將液體、固體、氣體燃料的任何一個(gè)以上組合的燃料而得到的熱源。
又，作為預(yù)熱之外的利用方法，其包括在將冷鐵源及鐵水裝入后，用電能進(jìn)行加熱、熔融，在用含氧氣體進(jìn)行脫碳、升溫的同時(shí)，在爐內(nèi)使LNG、LPG、重油、輕油等燃料燃燒從而促進(jìn)加熱、熔融、升溫，在生產(chǎn)性提高方面產(chǎn)生很大的效果。
又，與含有電極的1式電源相比，通過每1次熱處理交替向2個(gè)電爐通電進(jìn)行加熱、熔融、升溫等，可以有效地在電爐中進(jìn)行生產(chǎn)。
作為具體例，首先，在一爐中，在鐵水裝入后，從通電、吹氧脫碳開始一直進(jìn)行到脫碳終了后的含鉻合金鐵的連續(xù)或間歇投入中的通電熔融，在另一電爐中進(jìn)行從含鉻合金鐵投入、熔融終止后的調(diào)整脫硅開始一直進(jìn)行到熔融金屬排出、排渣、爐修補(bǔ)、裝入冷鐵源及裝入鐵水。相互重復(fù)進(jìn)行該操作，可以有效地供給電能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)性的提高。
裝入鐵水及脫硅的調(diào)整不必在通電中進(jìn)行，可以選擇與各電爐的設(shè)備、操作條件相適合的方法。
又，如上所述，優(yōu)選地，用本發(fā)明的方法熔制的熔融金屬中的硅并不都被脫除，在熔融金屬中殘留約0.4質(zhì)量％左右的硅，從而結(jié)束吹氧，原因在于例如在從后工序的電爐排出到鐵水包中時(shí)，積極地將熔融金屬與熔渣混合時(shí)，熔融金屬的硅可以還原熔渣中的鉻酸。這里，作為使熔融金屬與熔渣混合的方法如下所述。
即，脫硅、升溫終止，達(dá)到目標(biāo)溫度和成分后停止吹氧、通電，使電爐傾斜，將爐內(nèi)的熔融金屬與熔渣一起排出到鐵水包中。排出中爐內(nèi)的熔渣同時(shí)在鍋內(nèi)排出，在鍋內(nèi)對(duì)熔融金屬和熔渣進(jìn)行強(qiáng)攪拌，熔融金屬中的硅將熔渣中的鉻酸還原。這樣，在熔融中產(chǎn)生的鉻酸在熔渣中濃度減少的同時(shí)，熔融金屬中鉻濃度上升。鐵水包內(nèi)熔渣中鉻濃度降低，則熔渣的熔點(diǎn)降低，流動(dòng)性提高，隨后進(jìn)行的熔渣排渣操作變得容易，鍋內(nèi)殘留的熔渣也大幅度減少。熔渣排渣后，將該粗熔融金屬裝入后工序的AOD中。
實(shí)施例用圖1及圖2對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。圖1為電爐中含鉻熔融金屬熔制方法的概念圖，圖2為用本發(fā)明的電爐法熔制作為一般不銹鋼的18％Cr-8％Ni鋼的操作圖案。
如圖1(a)所示，熔融前首先將預(yù)先計(jì)算好配合量的主原料3(冷鐵源)用金屬?gòu)U料料斗2裝入電爐1中。主原料分為購(gòu)入及在所內(nèi)不銹鋼廢料、普通鋼廢料、Ni金屬錠及Ni合金鐵等不含鉻的合金鐵類。如圖2所示，這里裝入的主原料3(冷鐵源)為不足全部主原料的約30％，即使考慮堆積密度，用1料斗可以充分裝入爐內(nèi)。此外，生石灰、白云石、螢石等副原料也從料斗10裝入爐內(nèi)。
裝入終止后，如圖1(b)所示，將爐蓋13蓋上，使電極4下降，開始通電。通電開始后，將設(shè)置于出料口對(duì)側(cè)的排渣用孔的鐵水裝入門14打開，固定鐵水裝入板7，將裝載于鐵水裝入臺(tái)車6上的鐵水鍋5搬送到鐵水裝入板上，邊傾斜旋轉(zhuǎn)鐵水鍋邊使鍋內(nèi)的鐵水流到鐵水裝入板上，從而裝入到電爐內(nèi)。在鐵水裝入中仍繼續(xù)通電，促進(jìn)爐內(nèi)金屬?gòu)U料等的熔融。
原料的具體配合例、平均成分、平均溫度、電力、吹氧圖案等如圖2所示。原料配合為不銹鋼廢料10質(zhì)量％、普通金屬?gòu)U料2.7質(zhì)量％、鐵水45質(zhì)量％、Ni金屬錠5.2質(zhì)量％、Ni合金鐵8.3質(zhì)量％、含鉻合金鐵28.7質(zhì)量％。初期將除了含鉻合金鐵之外的冷鐵源和鐵水熔融、吹氧脫碳時(shí)熔融金屬中的平均鉻濃度約為2.7質(zhì)量％。然后，如圖1(c)所示，一邊將該除了含鉻合金鐵之外的鐵源進(jìn)行通電熔融，一邊進(jìn)行吹氧脫碳，使熔融金屬溫度為1550℃，碳濃度約為1質(zhì)量％。由于對(duì)低鉻濃度的熔融金屬進(jìn)行吹氧脫碳，因此熔融金屬中鉻的氧化損失很小。然后，如圖1(d)所示，用爐上料斗10將高碳鉻鐵合金連續(xù)投入，用高電力進(jìn)行通電，使熔融金屬溫度保持在1550℃。然后，如圖1(e)所示，用約20分鐘完成投入和熔融，為了在降低電力的同時(shí)降低熔融金屬中的硅濃度，從鐵水裝入門裝入噴嘴9實(shí)施吹氧。熔融金屬硅濃度約為0.4質(zhì)量％時(shí)停止吹氧，熔融金屬溫度為1600℃時(shí)停止通電。熔融金屬碳濃度約為2.7質(zhì)量％。直接傾斜旋轉(zhuǎn)電爐，將熔融金屬排出到鐵水包，熔融金屬排出終止后進(jìn)行排渣，將熔融金屬裝入下一工序的AOD中。用該方法可以熔制18％Cr-8％Ni的熔融金屬。
另一方面，作為比較例，圖3表示用以往電爐工藝的鐵水使用方法。如圖3(a)、(b)、(c)所示，以往工藝是將包含含鉻合金鐵的全部金屬?gòu)U料、合金鐵在初期裝入。然后，與圖1相同將鐵水裝入爐內(nèi)。然后，如圖3(d)所示，只用電能進(jìn)行熔融，在基本熔融時(shí)，用吹氧將熔融金屬中的碳、硅氧化去除。一般不銹鋼的配合鉻濃度約為18質(zhì)量％，因此用該以往法進(jìn)行吹氧脫碳時(shí)熔融金屬中鉻的平均濃度，由于將原料全部熔融，約為18質(zhì)量％。脫碳、升溫后，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的溫度1600℃，碳濃度2.7質(zhì)量％時(shí)，由于被氧化的鉻以鉻酸的形式存在于熔渣中，因此為了將其還原，如圖3(e)所示，投入硅鐵17用于還原熔渣中的鉻酸，實(shí)施鉻還原，將熔融金屬排出。
其結(jié)果，得到的熔制溶鋼的鉻濃度約為18質(zhì)量％。但是，與本發(fā)明法相比，增加了多余的鉻酸還原用硅鐵及生石灰，而且必須進(jìn)行硅鐵的投入及還原操作。即，由于硅鐵及生石灰使用量增加從而使成本增加，以及工序增多使電爐熔制時(shí)間延長(zhǎng)等，與本發(fā)明法相比，其在成本及生產(chǎn)性方面極為不利。
如上所述，本發(fā)明確立了一種其在用電爐對(duì)含鉻熔融金屬進(jìn)行熔制中，使用含碳鐵源作為主原料，使熔融金屬中鉻的氧化損失達(dá)到最低限度，不使AOD等后工序中的精煉時(shí)間顯著延長(zhǎng)的脫碳熔制方法。根據(jù)其制得的設(shè)備、操作上的效果如下所述。
第1，由于脫碳產(chǎn)生的鉻氧化損失可以顯著減少，因此可以減少用于鉻酸還原的硅鐵的使用量，以及減少與此相伴的堿度調(diào)整用生石灰、渣化用螢石及耐火物保護(hù)用白云石。又，由于可以減少爐內(nèi)生成熔渣量，因此可以延長(zhǎng)耐火物壽命及削減耐火物成本。
第2，由于投入了鉻合金鐵等，其含有硅，因此出料時(shí)熔融金屬中硅濃度高，即使不使用還原用硅鐵，通過出料過程中在鐵水包內(nèi)攪拌熔渣與溶鋼，熔渣中的鉻酸被熔融金屬中的硅還原。因此，可以使用于還原鉻酸的硅鐵的用量為0，與此相伴的堿度調(diào)整用生石灰、渣化用螢石及耐火物保護(hù)用白云石可以大幅度削減。又，由于爐內(nèi)生成熔渣量減少，因此耐火物壽命延長(zhǎng)，可以減少耐火物成本。
第3，可以省略出料前用硅鐵進(jìn)行的鉻酸還原，使電爐精煉時(shí)間縮短，生產(chǎn)性提高，消耗電力減少，減少底吹氣體量。
權(quán)利要求
1.一種含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于將金屬?gòu)U料、除了含鉻合金鐵之外的合金鐵·金屬錠類之中的之一或兩者和含碳鐵源裝入精煉容器中，用電能進(jìn)行加熱、熔融的同時(shí)，吹入氧氣或含氧氣體將熔融金屬中的碳氧化除去，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的溫度、碳濃度后，停止吹入氧氣或含氧氣體，然后連續(xù)或間歇地投入含鉻合金鐵或含鉻金屬粉之中的之一或兩者，通過電能進(jìn)行熔融。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于將金屬?gòu)U料、除了含鉻合金鐵之外的合金鐵·金屬錠類之中的之一或兩者和含碳鐵源裝入精煉容器中，首先只通過電能進(jìn)行加熱、熔融，然后吹入氧氣或含氧氣體，將熔融金屬中的碳氧化除去。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2記載的含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于連續(xù)或間歇地投入含鉻合金鐵和含鉻金屬粉之中的之一或兩者，在通過電能進(jìn)行熔融時(shí)，吹入氧氣或含氧氣體，將熔融金屬中的碳或碳和硅除去。
4.根據(jù)權(quán)利要求3記載的含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于將含鉻合金鐵和含鉻金屬粉之中的之一或兩者連續(xù)或間歇地投入終止后，吹入氧氣或含氧氣體，將熔融金屬中的碳或碳和硅除去。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)記載的含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于通過底吹氣體、頂吹噴射氣體、電磁感應(yīng)攪拌裝置的至少一種在精煉容器中對(duì)熔融金屬進(jìn)行攪拌。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)記載的含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于將金屬?gòu)U料、除了含鉻合金鐵之外的合金鐵·金屬錠類之中的之一或兩者和含碳鐵源裝入精煉容器時(shí)，裝入除了含鉻合金鐵之外的合金鐵·金屬錠類以及金屬?gòu)U料之中的一種或兩種和作為含碳鐵源的冷鐵源，或在裝入后設(shè)置用于裝入鐵水的空間，裝入鐵水等含碳鐵源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任何一項(xiàng)記載的含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于在將金屬?gòu)U料、除了含鉻合金鐵之外的合金鐵·金屬錠類之中的之一或兩者和含碳鐵源裝入精煉容器時(shí)，在將金屬?gòu)U料或除了含鉻合金鐵之外的合金鐵·金屬錠類之中的之一或兩者和作為含碳鐵源的冷鐵源裝入后，在將鐵水等含碳鐵源裝入前，對(duì)該冷鐵源進(jìn)行預(yù)熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任何一項(xiàng)記載的含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于在對(duì)精煉容器供給電能時(shí)，對(duì)于含電極的1式電源，在每1次熱處理中向兩個(gè)精煉容器交替通電。
9.一種含鉻熔融金屬的熔制方法，其特征在于權(quán)利要求1～8中任何一項(xiàng)記載的熔制方法得到的熔融金屬及熔渣排出到鐵水包等容器里。
全文摘要
提供一種為了用電爐熔制含鉻熔融金屬，在配合鐵水、DRI、HBI等含碳鐵源為主原料時(shí)，抑制熔融金屬中鉻及鐵的氧化損失，熔融、脫碳、升溫方法；一種用電爐的含鉻熔融金屬的熔制方法，其包括將金屬?gòu)U料、不含鉻的合金鐵及含碳鐵源等原料裝入電爐后，通過電能進(jìn)行加熱、熔融、升溫的同時(shí)，用氧將熔融金屬中的碳氧化除去，在熔融金屬達(dá)到預(yù)定溫度、碳濃度后，連續(xù)投入含鉻合金鐵，通過電能進(jìn)行熔融。
文檔編號(hào)C22C33/00GK1497054SQ20031010280
公開日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2003年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月18日
發(fā)明者山下幸介, 新井貴士, 內(nèi)田新司朗, 司朗, 士 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社