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不锈钢冶炼工艺技术分析

作者:lzq    发布于:2015年04月17日    来源:http://www.bxggc.com    点击:

不锈钢有许多优良的性能,外观精美,使用寿命长,可以100%回收利用,因此得以广泛应用。

不锈钢冶炼工艺技术的进步,特别是20世纪60年代以后,炉外精炼和连续铸锭技术的使用,进一步促进了不锈钢的快速发展,改善了不锈钢的质量,提高了成材率,降低了生产成本。

中国从20世纪50年代初开始生产不锈钢,当时用3t电弧炉冶炼,没有炉外精炼设备和连铸,年产量仅为几百吨到几千吨,质量、品种和成本均不能满足要求。20世纪80年以来,太原钢铁公司和钢铁研究总院等单位率先在中国开发AOD炉外精炼工艺技术。随后,各特殊钢厂先后占安装了18-40tAOD和15-60tVOD炉外精炼装置,精炼比也得以显著提高。1985年以前,中国不锈钢的铸锭一直采用落后的模铸。太钢1280立式连铸机于1985年投产后,上钢三厂、重庆特钢和上钢五厂相继有板坯、方坯连铸机投生产。1989年,成都无缝钢管厂不锈钢管坯水平连铸机的投产,结束了我国不锈钢铸锭完全采用模铸的历史。但由于种种原因,中国不锈钢年产量一直在30万t左右徘徊,不锈钢冶炼工艺技术的进展缓慢,严重制约了中国不锈钢的发展。2000年以来,国家对钢铁行业结构进行了调整,采取一系列鼓励不锈钢行业发展的政策措施,使中国不锈钢炼钢生产实现跨越式发展,从1999年的35万t增长到2003年的177.8万t,年均增长率约50%,成为世界名名列第4位的不锈钢炼钢生产大国。

AOD炉装备和工艺的发展

AOD炉是精炼不锈钢的主要设备,目前世界上约有1-175tAOD炉155台,其中1/2在不锈钢管厂,其余在铸造厂。AOD精炼的不锈钢产量约占世界不锈钢80%以上。

中国第一台18tAOD炉自1983年9月投产以来,目前约有1-40tAOD炉20多座,其中18t以上AOD炉共8台(包括太钢3x40t、大连1x40t、浦东1x30t、上钢五厂1x18t、长城118t和宜达lx18t等)。2004年,上钢五厂60tAOD炉和上钢一厂120tAOD炉的投产使中国AOD炉装备水平有了明显的提高。

太钢是中国最早采用AOD炉生产不锈钢的企业,目前AOD炉已累计生产不锈钢200多万t,积累了许多经验。为了进一步扩大生产能力,太钢对18tAOD炉实施两次技术改造。经过第一次改造,AOD炉容由18t扩至40t,生产能力由16万t提高到40万t。2004年实施第二次改造,炉容进一步扩大至45t,增设顶吹氧枪,缩短了冶炼时间;引进奥钢联专家自动化控制系统,提高了冶炼控制精度;降低氨气消耗,加大了除尘风机的除尘能力,改善了环境质量。经过两次改造,太钢AOD炉装备水平达到国际先进水平。此外,太钢还计划实施日元贷款环保项目,6座18t化钢电炉将被改造成一座90t超高功率化钢电炉,这不但消除了化钢速度慢的生产瓶颈,也使生产能力进一步提高到50万t,大大改善了环境质量,实现了真正的清洁生产。

近年来,中国AOD生产的操作技术取得了明显的成绩,主要进展如下:

(1)炉衬寿命的提高

AOD炉的炉衬寿命是AOD生产的主要技术经济指标,经过多年来的技术攻关,特别是在改进操作工艺(例如,降低电炉出钢时的硅含量,改进AOD造渣制度,脱碳期碱度从0.5提高到1.0,还原期碱度从0.8-1.0提高到2.0-3.5以及采用优质耐火材料改进筑炉工艺等方面做了不少工作,AOD炉衬寿命普遍有了提高。太钢AOD炉炉衬寿命平均达110次,最高130次,其中使用太钢自产耐火材料的平均寿命达92次。

(2)脱硫工艺的改进

中国AOD炉大多采用单渣法吹炼工艺。为降低钢中S含量,采用快速脱S工艺,精炼期渣中碱度控制在2.5左右,钢包添加SiCa,利用出钢时强烈搅拌作用脱硫,使钢中残留适量钙。改进AOD工艺后,脱硫率在70%以上。目前,太钢不锈钢中硫含量稳定在0.005%以下,平均0.0034%。

(3)含N不锈钢冶炼

含N不锈钢中的氮合金化主要有两条途径:一是加人氮化锰、氮化铬等合金进行合金化,二是用氮气直接合金化,后者具有较低的生产成本。AOD炉可以用氮气直接合金化,因而,冶炼不锈钢具有很大的优势。太钢在18t和40tAOD炉中应用氮在不锈钢中的溶解、脱除理论,建立了氮合金化工艺模型,冶炼中不需要在线分析钢中氮含量就能较为精确地控制成品中的氮含量,控制精±0.0135%。目前,太钢已用氮气直接合金化的方法应用该模型批量生产OCr19Ni9N、OCr19Ni9NbN、1Cr17Mn6Ni5N、00Cr18Ni5Mo3Si2N和00Cr22Ni5Mo3N等含氮不锈钢钢种。2003年,生产各类含N不锈钢3.5万t,取得了明显的经济效益。

(4)AOD除尘灰的利用

AOD炉冶炼时的粉尘量为钢产量0.7%-1.0%,一般AOD粉尘中含Cr2O315%,NiO4%,CaO26%,Fe27%,MgO15%以及其它物质,粉尘粒度≤20μm,粉尘中Cr2O3和NiO是贵重金属氧化物。若不回收,不仅造成资源浪费,也会污染环境。因此,如何回收AOD粉尘中的Cr、Ni二物是各不锈钢炼钢厂的重要课题。

太钢经研究采用的回收工艺是按还氧化物所需的sic量与粉尘混合成型,经200℃干燥后送至中频感应炉进行熔还原,铸成高C镍铬合金(Cr13%-Ni6%),再送回电炉冶炼,用这种方法回收的AOD炉粉尘已取得较好的经济效益。

铁水冶炼不锈钢技术的进展

中国是一个发展中的国家。废钢,特别是不锈钢废钢的积蓄量很少,因此,开发用全部铁水或部分铁水冶炼不锈钢是中国不锈钢厂的目标,世界上有3家工厂用铁水冶炼不锈钢,包括日本新日铁八幡厂、JFE集团川崎千叶厂以及巴西Acesita厂。中国太钢于2003年建成一条以铁水为主要原料的三步法生产工艺即铁水预处理脱硅脱磷-30tUHP电炉预熔合金-75tK-OBM-S复吹转炉脱碳-80tVOD精炼80tLF炉精炼—立弯式方板坯连铸机。其关键设备铁水预处理从日本JFE集团川崎引进,75tK-B0M-S转炉从奥钢联引进,80tVOD从达涅利引进,这条生产线的设计不锈钢产量55t。

该转炉冶炼不锈钢有以下特点:

经过1年来的实践,太钢基本上掌握了K-OBM-S转炉不锈钢工艺,取得了以下成果:
(1)K-OBIII-S原设计产量为35万t/a,2003年4月投产以来,当年生产不锈钢26.05万t,2004年安装K-OBNI-S转炉炉壳更换车,缩短了炉壳更换时间。完成改造后,不锈钢设计产量为55万t/a。
(2)炉衬寿命不断提高,从开始的200次左右提高到目前的近700次,炉底寿命也在不断提高,从开始时的50次提高到目前的近300次(每个炉衬更换2-3次炉底)。
(3)氢卸消耗大幅度降低,原设计冶炼304不锈钢氢气消耗为8m3/t,现在底部风口全流程以N2代Ar,取得明显的经济效益。
(4)取消电炉熔化合金工序,实施了100%脱磷铁水,铬铁全部加人转炉内冶炼400系列不锈钢的二步法生产工艺流程,大幅度降低生产成本。
(5)由于采用脱P铁水冶炼不锈钢,钢中P含量低于以废钢为主要原料冶炼的不锈钢,钢中As,Su,Cu等有害元素也大大降低。

 

(1)原料灵活,既可以用EAF预熔合金(15-30t)+部分脱磷铁水(30-50t),也可全部用脱磷铁水(65t)冶炼不锈钢;
(2)转炉炉容较大,可以保证平稳操作而不产生飞溅;
(3)带枪位控制的顶枪,可以获得高的脱碳速度以及CO后吹操作,以保证冶炼操作中的热能需要;
(4)底部风口冷却气体流量和压力可以单独控制,以保证最佳冷却和延长风口的使用寿命;
(5)采用VAI-CON-TEMP连续测温装置;
(6)采用气动挡渣器和IRIS测渣系统,减少出钢时渣量过多,以保证下工序VOD操作顺行;
(7)采用先进的LevelII自动控制系统和软件模型,确保转炉冶炼不锈钢时的全自动控制,提高不锈钢质量。




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