不銹鋼精煉全解課件

1、現(xiàn)代不銹鋼冶煉工藝材料與冶金學(xué)院 董方第1頁，共35頁。不銹鋼:在空氣、水、酸、鹽的水溶液中及其它氧化性氣氛中具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性。鐵素體不銹鋼：含碳量一般小于0.1%，鉻1330%。單相的鐵素體組織，Cr17、 Cr25 、Cr28。馬氏體不銹鋼：含碳0.10.4%，鉻1618%。淬火得到馬氏體組織。 1Cr13、2Cr13、3Cr13。奧氏體不銹鋼：含鉻1720%，鎳911%，常溫仍保持奧氏體組織。不磁化、硬度小、加工性能好。Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、 1Cr18Ni9。強(qiáng)度低、塑性好，可用冷加工的方法使之加工硬化提高強(qiáng)度。第2頁，共35頁。不銹鋼二步法:是指初煉爐熔化精煉爐脫

2、碳的工藝流程,常見有初煉爐AOD爐；初煉爐MRP轉(zhuǎn)爐；初煉爐VOD爐等。不銹鋼三步法:在二步法基礎(chǔ)上增加深脫碳的裝備，通常有初煉爐AOD（LF） VOD；初煉爐MRP（LF） VOD；初煉爐MRP（LF） RH-OB等形式。初煉爐可以是電爐，也可以是轉(zhuǎn)爐；精煉爐一般指以脫碳為主要功能的裝備，例如AOD,VOD,RH-OB（KTB）,CLU，MRP等。其他不以脫碳為主要功能的裝備，例如LF鋼包爐、鋼包吹氬、噴粉等，在劃分二步法或三步法時(shí)則不算做其中的一步。此外，這里把專用爐熔化鉻鐵的操作，也不列入其中的一步。第3頁，共35頁。AOD(Argon Oxygen Decarburization)爐簡

3、圖 Ar,O2混合氣體出鋼口返回雙層套管風(fēng)口第4頁，共35頁。1 二步法冶煉不銹鋼的典型工藝1.1 初煉爐-AOD工藝 AOD法是世界上冶煉不銹鋼的主要方法，占世界不銹鋼產(chǎn)量的70-80%。 AOD的原理是吹惰性氣體(Ar)作稀釋氣體,降低碳-氧反應(yīng)產(chǎn)物CO的分壓(PCO),以達(dá)到去碳保鉻的目的. 為了減少鉻的氧化和防止鋼液溫度過高,在吹煉時(shí)要改變氬氧的混合比.實(shí)際操作中冶煉過程中分階段變化氧壓比例. 氮含量要求低的鋼種,應(yīng)使用純氬.對氮含量要求不高的鋼種可以使用粗氮或以氮?dú)獯鏆鍤? 為保護(hù)爐體耐火材料,鋼液溫度不應(yīng)超過1750C,氧化期溫度高時(shí)可加入清潔干燥的同鋼種返回鋼,以冷卻鋼液.第5

4、頁，共35頁。工藝參數(shù)氧氬比：AOD吹煉所用的混合氣體中氧氣和氬氣的體積比。氧氬比在很大程度上影響著AOD的脫碳速率，鉻的氧化速率以及溶池的升溫速率。為盡可能減少鉻的氧化和控制溶池溫度，吹煉過程中根據(jù)溶池含碳量和溫度調(diào)節(jié)氧氬比。氧氬比的理論值可以根據(jù)FeCrCO四元素的平衡條件，用熱力學(xué)的方法計(jì)算?；旌蠚怏w流量：氧氬比確定后，取決于氧氣流量。第6頁，共35頁。第7頁，共35頁。AOD法的工藝要點(diǎn)：AOD對電爐所煉半鋼的碳含量沒有嚴(yán)格的要求，通常波動(dòng)于12%；硅的含量一般控制在0.20.4%；對硫含量不做要求；出鋼溫度控制在162010 。AOD法吹入氧、氬氣體的比例一般為3個(gè)階段或4個(gè)階段。第

5、一階段O2：Ar（N2）=4:1(3：1)，將碳氧化到0.3%左右，此時(shí)熔池溫度約為1680C.第二階段O2：Ar=2：1或1：1將碳氧化到0.1%左右，熔池溫度約為1690-1720C.第三階段O2：Ar=1：2，將碳氧化到0.03%左右,當(dāng)煉碳含量小于0.01%的極低碳鋼種時(shí),第四階段O2：Ar=1：3(1:4)繼續(xù)脫碳。第8頁，共35頁。AOD法的工藝要點(diǎn)：最后用純氬吹煉35分鐘，使鋼水中溶解氧繼續(xù)脫碳，還可以減少還原Fe-Si的用量。鋼中碳含量達(dá)到要求時(shí),停止吹氧結(jié)束氧化期,加入硅鐵,鋁,石灰進(jìn)入還原期,還原溫度應(yīng)高于1700C,還原期間繼續(xù)向爐內(nèi)吹入氬氣,鉻的回收率99%,錳的回收率

6、90%以上,還原期可脫硫.第9頁，共35頁。AOD法的工藝要點(diǎn)脫碳終了以后如果不是冶煉含鈦不銹鋼,不需要脫硫操作，一般采用AOD單渣法,不扒渣直接進(jìn)入還原期。由于脫碳終點(diǎn)溫度約在1710-1750，為了控制出鋼溫度并有利于爐襯壽命，在脫碳后期需添加清潔的本鋼種廢鋼作為冷卻劑。隨后加入Fe-Si、Si-Cr、Al等還原劑和石灰造渣材料，成分、溫度合適即可出鋼。原料條件不好或成品硫要求50ppm時(shí)采用雙渣法操作.AOD爐的冶煉時(shí)間一般為90分鐘左右。氣體消耗視原料情況及終點(diǎn)碳水平而不同。一般氬氣消耗為1223Nm3/噸，氧為1525Nm3/噸。Fe-Si用量為820Kg/噸，石灰4080Kg/噸，

7、冷卻劑為鋼水量的310%。第10頁，共35頁。AOD主要特點(diǎn)l可以大量使用廉價(jià)的高碳鉻鐵、粗氬和氮?dú)?；l工藝穩(wěn)定，效率高,產(chǎn)品質(zhì)量好；l爐齡150300次,高于VOD法；l脫硫效率高于VOD法，可高達(dá)90%；l鉻收得率95-99%,高于VOD法；l投資少,約為VOD法的1/3。第11頁，共35頁。l AOD改進(jìn)工藝在C0.7%脫碳期采用純O2吹煉，此時(shí)不會(huì)發(fā)生鉻的氧化，其結(jié)果與O2/Ar=4/1時(shí)是一樣的。60噸AOD的供O2速度由2880NM3/h增大到3600Nm3/h，使脫碳速度提高了0.02%/min，Ar消耗減少了2.8 Nm3/t，冶煉時(shí)間縮短3分鐘。l AOD改進(jìn)工藝把在鋼水碳含

8、量0.11-0.7%區(qū)間分階段降低O2/Ar改為連續(xù)降低O2/Ar，脫碳效率提高了6%，硅鐵使用量降低了0.7Kg/t。l AOD改進(jìn)工藝在鋼水碳含量0.11%時(shí)采用純氬吹煉，提高脫碳速度，減少鉻的氧化。鋼水溫度由原工藝的提高1-4/min，變成降低3-6/min。 改進(jìn)的AOD工藝 ：基本特征是更加靠近C-Cr-T平衡曲線第12頁，共35頁。頂?shù)讖?fù)吹A(chǔ)OD法 傳統(tǒng)AOD法脫碳期的氧效率（單位供氧量/脫碳量）只有70%左右，大約有30%的氧被鉻等金屬的氧化所消耗。日本星崎廠開發(fā)了頂?shù)讖?fù)吹A(chǔ)OD法。目前新上的AOD設(shè)備都配有頂吹氧系統(tǒng)。頂?shù)讖?fù)吹A(chǔ)OD法的特征是在C0.5%的脫碳一期從底部風(fēng)槍送一

9、定比例的氧、氬混合氣體，從頂部氧槍吹入一定速度的氧氣，進(jìn)行軟吹或硬吹，反應(yīng)生成的CO經(jīng)二次燃燒，其釋放的熱量約有7590%傳到熔池，使鋼水的升溫速度由通常的127/%C提高到195/%C，脫碳速度從0.055%/分提高到0.087%/分。AOD-VCR(Vacuum Converter Refiner)工藝 AOD法適于大量生產(chǎn)不銹鋼,但由于在大氣下冶煉,存在著鉻的氧化性增加和極低碳范圍的脫碳問題。為此,日本涉川廠開發(fā)了AOD-VCR工藝,在AOD爐上增設(shè)真空裝置,一方面利用AOD的強(qiáng)攪拌特征,另一方面在真空下不吹氧，而是利用鋼中溶解氧和渣中氧化物，在低碳范圍改善脫碳的效率。第13頁，共35頁

10、。AOD-VCR工藝第14頁，共35頁。 1.2 初煉爐 VOD工藝重要特點(diǎn)VOD法在真空下吹氧脫碳，適于冶煉超低碳、氮不銹鋼，精煉后碳30 ppm，氮50ppm（而AOD法碳100 ppm，氮100ppm）；氫1-3ppm，氧30-60 ppm（而AOD法氫3-5ppm，氧40-60ppm）； EAF-VOD法鉻回收率（90-95%）低于EAF-AOD（95-99%）；脫S效果比AOD法為差，VOD法脫S率30-70%，而 AOD法脫S率60-90% ；爐齡較低，一般50次。第15頁，共35頁。第16頁，共35頁。VOD工藝要點(diǎn)回顧l電弧爐的原料和操作與普通電弧爐煉鋼法基本沒有差別，溫度達(dá)到

11、1580開始吹氧脫碳，C從0.8-1.5%降至0.3%。插鋁脫氧和還原渣中氧化鉻,再添加高堿度渣，經(jīng)過出鋼可使S0.004。lVOD爐的入爐鋼水條件為：碳0.3%、硅0.3%，并扒渣。l真空度達(dá)到150-200Torr后開始吹氧，并不斷提高真空度， 為了減少噴濺量，適當(dāng)提高氧槍的高度。l脫碳末期，氧在鋼中的擴(kuò)散成為脫碳反應(yīng)速度的限制環(huán)節(jié)，所以供氧速度要減小，氬氣攪拌要強(qiáng)化。VOD爐脫碳速度約為0.02%/分。l臨近脫碳終點(diǎn)時(shí)停氧，用氬氣攪拌促使真空C脫O。根據(jù)廢氣成分、廢氣流量、真空度及耗氧量來判定脫碳的終點(diǎn)。l冶煉超低碳不銹鋼時(shí)，加強(qiáng)氬氣攪拌和控制溫度，以便在降低終點(diǎn)碳含量的同時(shí)抑制成本的增

12、大和精煉時(shí)間的延長。第17頁，共35頁。SSVOD法 帶有強(qiáng)攪拌的VOD法稱為SSVOD法。傳統(tǒng)的VOD法的降C、N效果均以50ppm（甚至100ppm）為界，而SSVOD采用多個(gè)包底透氣磚或2-4mm不銹鋼管吹氬，氬流量是通常的10-20倍。由于大量用Ar，C含量可降至3010ppm的水平，適于冶煉超低碳不銹鋼和超純鐵素體不銹鋼。第18頁，共35頁。 三步法冶煉不銹鋼的典型工藝三步法的基本步驟是：初煉爐MRP（或AOD）VOD（或RH-OB）LFCCl第一步：初煉爐主要起熔化和合金化作用，為第二步的MRP轉(zhuǎn)爐或AOD爐提供液態(tài)金屬；l第二步：快速脫碳并防止鉻的氧化；l第三步：在VOD或RH-

13、OB、RH-KTB的真空條件下對鋼水進(jìn)行深脫碳和調(diào)整成分。第19頁，共35頁。2.1 川崎用鉻礦砂和雙轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼工藝： 日本川崎公司開發(fā)出利用南非鉻礦砂、熔融還原為特點(diǎn)的不銹鋼生產(chǎn)工藝，1994年投入生產(chǎn)，目前生產(chǎn)正常,能夠降低能耗和成本，適合于大量生產(chǎn)鉻不銹鋼。 該工藝主要包括：l轉(zhuǎn)爐熔融還原鉻礦砂；l頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐脫C；lVOD爐深脫C；l STAR熔融還原爐處理煉鋼含鉻粉塵。第20頁，共35頁。川崎制鐵不銹鋼生產(chǎn)工藝示意圖第21頁，共35頁。工藝流程SRKCB中以預(yù)處理后的鐵水和通過STAR爐還原轉(zhuǎn)爐塵得到的生鐵和廢鋼作為主要原料，熔融還原鉻鐵礦，大容量爐體，從噴槍直接添加粉狀生鉻礦，

14、可大量熔化廢鋼。DCKCB中添加FeCr、Ni合金、廢鋼，熔融還原和脫碳在頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行，采用頂吹氧槍噴吹碳粉、底吹風(fēng)管為雙重管，內(nèi)管吹入氬氣和氮?dú)庀♂尯蟮难鯕?，從外管吹入丙烷氣，?shí)現(xiàn)大流量噴吹的強(qiáng)攪拌力。第22頁，共35頁。(1) 熔融還原轉(zhuǎn)爐(SR-KCB)川崎不銹鋼流程的核心是其轉(zhuǎn)爐熔融還原工藝，該工藝主要有以下特點(diǎn)：l采用頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，爐底設(shè)有8個(gè)雙層管風(fēng)口，底吹氧氣流量為0.51.2 Nm3/min/t。由于底吹對熔池的強(qiáng)攪拌作用，能夠獲得高的鉻收得率和熔化大量廢鋼。l采用大容積轉(zhuǎn)爐，使?fàn)t內(nèi)能夠容納大量的爐渣。l采用大流量供氧(950 Nm3/min)，使鉻的還原能夠在限定的時(shí)間

15、里完成。此外還采用的二次燃燒技術(shù)。l使用特制的水冷噴槍，向爐內(nèi)噴吹鉻礦砂。鉻礦砂尺寸為38500m，如采用傳統(tǒng)的頂部加料工藝，大量鉻礦砂將會(huì)被吹出爐外。川崎制鐵專門開發(fā)了加料噴槍，將鉻礦砂噴入熔池，鉻礦砂的收得率高達(dá)97以上。第23頁，共35頁。(2) 強(qiáng)攪拌頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐(DC-KCB) 熔融還原轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)出的碳飽和鋼液約含913Cr，在后步的脫碳工序，川崎制鐵采用了強(qiáng)攪拌氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，在吹煉初期大量供氧、快速升溫，并改進(jìn)氧氣噴頭設(shè)計(jì)避免了大量供氧造成的噴濺增加。由于供氧速率高，其脫碳速率高于AOD爐。當(dāng)碳降低到0.1%/min，可在短時(shí)內(nèi)使高碳鋼水脫碳，減少了精煉時(shí)間和耐火材料消耗。第27

16、頁，共35頁。不銹鋼冶煉流程的主要特點(diǎn)比較第28頁，共35頁。 方法工藝流程主要特點(diǎn) 代表廠家 二步法 EAF + AOD廢鋼、氬氣 瑞典Sandivck EAF + AOD/VCR廢鋼、氬氣、真空日本知多廠 EAF + VOD廢鋼、真空冶煉日本橫濱廠 EAF + RH-OB廢鋼、真空循環(huán)脫氣日本山陽廠 EAF + CLU廢鋼、蒸汽瑞典Kanthal EAF+ MRP-L + VOD電爐熔化鉻鐵、脫磷鐵水、轉(zhuǎn)爐脫碳巴西阿塞西塔 EAF+ BOP + AOD廢鋼 、液態(tài)鉻鐵芬蘭Tormio 三步法 SR-KCB + DC-KCB + VOD（KMS-S + K-OBM-S + VOD）鐵水、轉(zhuǎn)爐

17、使用鉻礦砂熔融還原、轉(zhuǎn)爐脫碳日本川崎千葉廠 K-BOP1 + K-BOP2 + RH/KTB 日本川崎千葉廠 EAF + K-OBM-S + VOD鐵水、轉(zhuǎn)爐使用予還原鉻球團(tuán)廢鋼、復(fù)吹轉(zhuǎn)爐脫碳比利時(shí)阿爾茲 EAF + AOD + VOD廢鋼冶煉奧地利伯樂鋼廠 EAF + 復(fù)吹A(chǔ)OD + VOD頂?shù)讖?fù)吹A(chǔ)OD 韓國浦項(xiàng)不銹鋼廠第29頁，共35頁。特點(diǎn)二步法 三步法 大量使用高碳鉻鐵 使用鐵水、鉻礦超低碳、氮鋼種冶金質(zhì)量爐齡工藝優(yōu)化生產(chǎn)效率流程均衡和銜接可靠性投資規(guī)模表示優(yōu)勢第30頁，共35頁。 從表中兩種工藝的比較可以看出，三步法中各步的碳含量約為1.8-2.0% ，0.2-0.3% ，0.03

18、-0.01%。第二步一般采用AOD，因?yàn)樘己繌?.8% 降至0.2% 時(shí)AOD脫碳效率高。第三步采用VOD, 因?yàn)閂OD要求的入爐碳含量應(yīng)小于0.6%,而把碳含量從0.2-0.3%降至0.03-0.01%,正是VOD經(jīng)濟(jì)合理的范圍。 VOD入爐碳含量過高則造成噴濺嚴(yán)重，延長脫碳時(shí)間，使?fàn)t襯損失嚴(yán)重。第31頁，共35頁?？偨Y(jié)l不銹鋼二步法多使用AOD爐與初煉爐配合，可以大量使用高碳鉻鐵，效率高，經(jīng)濟(jì)可靠，投資少，可以與連鑄相配合。初煉爐-AOD法雖然脫碳能力很強(qiáng)，但隨著AOD爐入爐鋼水碳含量的增加，則精煉時(shí)間延長，一般在90-120分鐘，不利于爐-機(jī)匹配。此外，F(xiàn)eSi和氬氣用量較高，風(fēng)口耐火材料壽命降低，鋼液氫、氮含量較高。l不銹鋼二步法使用VOD爐與初煉爐配合時(shí)，因?yàn)閂OD爐脫碳速度低，入爐碳含量不應(yīng)大于0.6%，使得電爐需要配入一些低、中碳鉻鐵。但VOD爐