[发明专利]铁合金的制备

说明书

本发明涉及由废钢制备铁合金(″铁合金″)，尤其涉及不锈钢的制备。

不锈钢是低碳铁合金，典型地包括铬和镍作为合金元素。典型的组合物包含18％重量的铬、8％重量的镍和小于0.1％重量的碳，余量是铁和任何其它合金元素(偶然的杂质除外)。一般通过在电弧炉中熔化软钢废料和高碳铁合金进料，以形成粗合金来制备不锈钢，该粗合金包含比产品中所期望的最高达0.5％重量的铬，碳含量为0.25％至2.5％重量，硅含量为0.2％至1.5％重量。碳和硅的具体水平取决于产品规格、炼钢实践和容器尺寸。粗合金在熔化状态下被转移到转炉，其中从熔化金属表面下方，用氧气吹熔化合金，以便氧化所得不锈钢至含碳量小于0.1％重量。在许多情况下，通过使用顶部喷枪补充浸没的吹气，以为精炼周期部分释放另外的氧气。

在吹风期间，随着碳水平逐渐减少，因此有氧气与铬反应形成氧化铬的趋势。因为氧化反应的放热性质，也有在转炉中产生过热温度的相关趋势。在实践中，可通过采用氩-氧脱碳(AOD)实践来抵消该趋势，通过用氩气逐渐或逐步地稀释氧气，以便降低一氧化碳的分压，从而先于铬的氧化促进碳的氧化。通过这种方法，大部分铬保留在熔化金属中。避免铬的氧化帮助将温度保持在可接受水平，例如不高于1750℃的温度。有时，添加非微粒废料以进一步促进温度控制。在典型的实例中，以氧气比氮气的比率(体积比)为3∶1开始吹风。在一系列步骤中改变该比率，在给定的步骤中用氩气代替氮气，改变至其中氧气而不是氩气成为气体混合物中较少组分的比率。气体混合物的精确系列和该方法的其它细节取决于所制备的钢的等级。在吹风之后，可加入一些硅铁以还原熔渣中的氧化铬，可引入石灰作为脱硫剂。

为了制备不锈钢，可用Creusot-Loire-Uddeholm(CLU)法代替AOD法。CLU法类似于AOD法，但一般使用蒸汽代替氩气，以稀释从熔体表面下方吹入熔体的氧气。

在电弧炉中熔化废钢和合金材料期间，可以以化学结合的形式加入一些氧原子，作为部分原材料，例如如果废料处于氧化状态，或如果使用含氧助熔剂例如石灰或石灰石。还有，环境中的一些氧气和可能的一些水分与熔化的金属反应。结果部分合金元素特别是铬被氧化，结果在电弧炉中熔化废钢期间，铬损失进入在熔化金属顶部形成的熔渣层中。

不仅熔渣层的氧化铬损失是不利的，因为这一原因，结果需要将不必要的大量的铬加入电弧炉中的废钢中，而且因为它对熔渣层的性质有不良影响，因而也是不利的。在电弧炉的常规操作形成软钢而不是合金钢期间，将含碳材料加入熔渣，以便通过碳和熔渣中的可还原氧化物反应产生一氧化碳泡沫。一氧化碳泡沫的形成引起泡沫熔渣。公认带泡沫熔渣的电弧炉的操作比具有静止熔渣的操作具有几个优点。详细地说，前一种情况能量消耗较小，在泡沫熔渣操作中，电极和熔炉壁的耐火内衬的消耗也比在静止熔渣操作中更少。然而，相当大比例的两性氧化物例如氧化铬的存在增加了熔渣的粘度，减少了可用于形成可还原氧化物例如氧化亚铁的氧气量。对于实际的目的，在不锈钢的制备中不可能操作带有泡沫熔渣的电弧炉。

WO-A-00/34532公开了可通过长柄勺将熔化钢从电弧炉转移到转炉，在从熔炉流出熔化钢和熔渣之前，将细微粒硅铁加入到电弧炉中的熔渣中。结果，硅铁与氧化铬在熔渣中进行反应，结果形成熔化铬金属，该熔化铬金属沉降至熔化金属中。然而，这样的过程难以令人满意地控制。不能准确得知进入电弧炉中熔体的氧气的准确量。如果添加太少的硅，熔渣的氧化铬含量将残留太高；如果添加太多的硅，在转移到转炉的钢中产生的硅含量将太高，因而增加精炼时间和增加转炉中形成的熔渣的量。WO-A-03/104508公开了精炼铁合金例如不锈钢的方法，该方法包括步骤：将分子氧或包含分子氧的气体混合物吹入铁合金的熔体中，其中从上面将冶金学上可接受的微粒材料例如铬铁或铬铁矿引入熔体中，用第一超声波气体喷嘴将微粒材料携载进入熔体中，该第一超声波气体喷嘴传送(travels)到熔体中，被第二气体喷嘴包裹。然而WO-A-03/104508没有解决在电弧炉中最初熔化钢的问题。

依照本发明，提供了制备不锈钢的方法，该方法包括步骤：

a)将钢进料熔化；

b)通过从置于熔化钢表面上方的喷枪将分子氧吹入熔化钢中，至少部分地精炼所得熔化钢；和

c)在精炼步骤期间，从喷枪将至少一种第一冶金学上可接受的微粒材料引入熔化钢中，该微粒材料选自铬金属、含铬合金和铬矿石；

其中在泡沫熔渣条件下将钢熔化。