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不銹鋼生產(chǎn)工藝 不銹鋼的一般制造工程如下:
一、煉鋼制造工程:
熱軋有兩種方式:熱連軋和可逆式軋制。 三、冷軋: AOD精煉技術(shù)的發(fā)展 (1)脫碳工藝的改進(jìn) 新日鐵光制鐵所當(dāng)w([C])≥0.7%時(shí),在60 t AOD采用純氧吹煉,溫度>1 580℃時(shí),w(Cr)20%,首先氧化碳,當(dāng)w([C])≤0.7%,采用O2;Ar(N2)連續(xù)變化方式脫碳,當(dāng)w([C])≤0.10%用純氬吹煉,用鋼中余氧及渣中的Cr2O3進(jìn)一步脫碳。光制鐵所采用這種方法,前期氧利用率與傳統(tǒng)方法一致,但脫碳速度得到提高,氧槍沒(méi)有出現(xiàn)熔損加大問(wèn)題,后期氧利用率CRE提高6%,結(jié)果FeSi消耗降低了0.7
kg/t。 (2)深脫硫工藝按照傳統(tǒng)的AOD操作,脫碳終了加入FeSi進(jìn)行Cr2O3的還原操作,然后扒去85%以上的渣子再加入CaO、CaF2及粉狀FeSi或CaSi進(jìn)行脫硫的精煉操作,這樣對(duì)成本、精煉時(shí)間、操作條件都十分不利。新日鐵光制所采用Al代替FeSi進(jìn)行脫硫,取得滿意的效果,w(S)<10×10-6,還原精煉時(shí)間縮短5~17 min,如下圖。
渣子堿度要求CaO+MgOΠSiO2+Al2O3=2.8~3.5
(3)以N2代Ar及供氧強(qiáng)度的提高Ar作為AOD精煉的主要?dú)怏w,因其價(jià)格較高,在不銹鋼精煉時(shí)用N2代Ar,其代Ar率達(dá)到20%~40%,對(duì)于w([N])為400×10-6~800×10-6的鋼可以在脫碳一期、二期代Ar,產(chǎn)品w([N])要求1 500×10-6~2 500×10-6,脫碳期全部用N2代Ar,產(chǎn)品w([N])要求3 000×10-6,可以全程用N2代Ar。日本太平洋金屬八戶廠在生產(chǎn)304鋼時(shí)代Ar率達(dá)到80%,產(chǎn)品w([N])<580×10-6,小于該鋼允許w([N])650×10-6的要求。AOD供氧強(qiáng)度提高:供氧強(qiáng)度Nm3/min·t是提高脫碳速度,縮短精煉時(shí)間,廢鋼加入量多少及降低成本的關(guān)鍵工藝參數(shù)。經(jīng)過(guò)不斷研究,供氧強(qiáng)度已由過(guò)去0.8 Nm3/min·t提高到1~1.5Nm3/min·t, 有頂槍時(shí)應(yīng)大于2Nm3Πmin·t。供氧強(qiáng)度提高后,熔池溫度的控制,國(guó)際上普遍采有加入5%~10%的清潔廢鋼或鐵合金的辦法,這樣初煉爐(電爐)的冶煉時(shí)間及電耗也得到了改善。
(4)AOD+頂槍(AOD-CB法)(KCB-S法)
日本大同特殊鋼公司星崎工場(chǎng),依據(jù)不同元素與氧反應(yīng)產(chǎn)生的熱量及相對(duì)成本進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)只有碳生成CO后再氧化為CO2時(shí),其反應(yīng)熱最高,相對(duì)成本最低。這是鋼水中Si、Mn、Cr、Al、Fe氧化結(jié)果所不如。于是發(fā)明了AOD-CB工藝,與傳統(tǒng)工藝相比,升溫速度由7℃Πmin提高到17.5℃/min。CRE提高5%,脫碳速度由0.055%Πmin提高到0.087%Πmin,電耗降低78 kW·hΠt,FeSi減少25%,時(shí)間減少11 min,爐齡達(dá)到235爐。頂吹工藝有軟吹硬吹兩種方式,硬吹即進(jìn)入熔池的氧全部與鋼水進(jìn)行反應(yīng),軟吹即60%進(jìn)行反應(yīng),40%與CO進(jìn)行二次燃燒生產(chǎn)CO2。硬吹工藝比傳統(tǒng)的AOD工藝其脫碳時(shí)間縮短44%。軟吹可縮短31%,但是軟吹可以提高廢鋼加入量,降低FeSi消耗及電耗。日本往友金屬和歌山工廠90 t AOD在1982年即進(jìn)行復(fù)吹技術(shù),精煉時(shí)間縮短20 min,FeSi降到7.5 kgΠt,氬耗降到11.3 Nm3/t。由于頂吹氧突出的優(yōu)點(diǎn),新建或改造AOD都把頂吹作為必備的工藝手段。
(5)AOD-VCR法(V-AOD法)
AOD精煉工藝在生產(chǎn)w([C])≥300×10-6的不銹鋼時(shí),優(yōu)越性十分突出,但是生產(chǎn)w([C+N])≤300×10-6時(shí)就非常困難,其結(jié)果是精煉時(shí)間長(zhǎng),氬氣消耗高,爐襯壽命低,FeSi消耗高。經(jīng)濟(jì)性差。日本新日鐵光制鐵廠,日本大同特殊鋼公司經(jīng)過(guò)研究開發(fā)了AOD+真空的精煉方法,大同制鋼于1990年在澀川廠投產(chǎn)20 t AOD-VCR,1992年在知多廠投產(chǎn)70 t AOD-VCR,光制鐵廠于1996年投產(chǎn)60 t V-AOD。其工藝技術(shù)為,當(dāng)鋼中w([C])>0.1%時(shí)按傳統(tǒng)工藝由底側(cè)處風(fēng)槍吹入O2/Ar(N2),當(dāng)w([C])<0.1%時(shí)停止吹氧改由Ar(N2),同時(shí)將真空罩套在AOD爐帽上,真空度為2.0~2.67 kpa,底吹Ar/(N2)流量為20~30 Nm3/min,在強(qiáng)大的攪拌下,鋼水中的余氧及渣中的氧化物,進(jìn)行脫碳, 經(jīng)過(guò)10~20 min,熔池溫降50~70℃,鋼中w([C+N])達(dá)到100×10-6以下。不同鋼種應(yīng)用AOD-VCR的碳、氮濃度見表3。AOD-VCR其底吹攪拌能力是SS-VOD的13~20倍,是VODC的32~44倍,因此創(chuàng)造了脫碳、脫氮?jiǎng)恿W(xué)及熱力學(xué)條件,若達(dá)到同樣[C]、[N]質(zhì)量分?jǐn)?shù),SS-VOD需40 min以上。若要求w([C])≤150×10-6,w([N])≤300×10-6,采用AOD—VCR比AOD可以縮短精煉時(shí)間21%。
(6)使用不同原料的AOD精煉工藝
HM-AOD法:用經(jīng)過(guò)脫磷,脫硅的鐵水直接入AOD的精煉方法,要求鐵水w(P)≤0.015%,w(Si)≤0.20%,鐵水溫度> 300℃。第一階段CRE達(dá)到90%與LD-AOD比,生產(chǎn)成本降低4%。用液態(tài)FeCr、FeNi直接生產(chǎn)不銹鋼方法:日太平洋公司八戶工場(chǎng)為了節(jié)約原料,降低能耗研制這種方法。通過(guò)調(diào)查不同爐型的熱效率發(fā),電弧爐為47%,LD為68%,相反AOD則為0%,所以把初煉爐定為AOD。通過(guò)把液態(tài)FeCr、FeNi兌入AOD-CB中進(jìn)行煉取得了明顯效果,鉻回收率達(dá)到99%,脫碳速提高0.018%Πmin,升溫提高20%~70%,FeSi耗減少10%~15%,以N2代Ar率達(dá)到84%。
(7)不同能源介質(zhì)的AOD—TH法
日本大同特殊鋼采用頂槍油+氧燒咀產(chǎn)生2 600℃高溫,升溫速度提高140%,Cr損失明顯減少。
(8)AOD精煉方法在不銹鋼脫磷研究方面也取得進(jìn)步。目前正在開展的工作還有濺渣護(hù)爐,風(fēng)口噴粉(石灰、Fe2O3)技術(shù),風(fēng)口蘑菇頭的控制技術(shù),風(fēng)口不規(guī)則形狀的研究,側(cè)吹流體力學(xué)的研究,使?fàn)t體幾何尺寸、風(fēng)口位置、供氣等達(dá)到優(yōu)化。 不銹鋼冶煉工藝技術(shù)簡(jiǎn)介 不銹鋼有許多優(yōu)良的性能,外觀精美,使用壽命長(zhǎng),可以100%回收利用,因此得以廣泛應(yīng)用。 不銹鋼冶煉工藝技術(shù)的進(jìn)步,特別是20世紀(jì)60年代以后,爐外精煉和連續(xù)鑄錠技術(shù)的使用,進(jìn)一步促進(jìn)了不銹鋼的快速發(fā)展,改善了不銹鋼的質(zhì)量,提高了成材率,降低了生產(chǎn)成本。 中國(guó)從20世紀(jì)50年代初開始生產(chǎn)不銹鋼,當(dāng)時(shí)用3t電弧爐冶煉,沒(méi)有爐外精煉設(shè)備和連鑄,年產(chǎn)量?jī)H為幾百噸到幾千噸,質(zhì)量、品種和成本均不能滿足要求。20世紀(jì)80年以來(lái),太原鋼鐵公司和鋼鐵研究總院等單位率先在中國(guó)開發(fā)AOD爐外精煉工藝技術(shù)。隨后,各特殊鋼廠先后占安裝了18-40tAOD和15-60tVOD爐外精煉裝置,精煉比也得以顯著提高。1985年以前,中國(guó)不銹鋼的鑄錠一直采用落后的模鑄。太鋼1280立式連鑄機(jī)于1985年投產(chǎn)后,上鋼三廠、重慶特鋼和上鋼五廠相繼有板坯、方坯連鑄機(jī)投生產(chǎn)。1989年,成都無(wú)縫鋼管廠不銹鋼管坯水平連鑄機(jī)的投產(chǎn),結(jié)束了我國(guó)不銹鋼鑄錠完全采用模鑄的歷史。但由于種種原因,中國(guó)不銹鋼年產(chǎn)量一直在30萬(wàn)t左右徘徊,不銹鋼冶煉工藝技術(shù)的進(jìn)展緩慢,嚴(yán)重制約了中國(guó)不銹鋼的發(fā)展。2000年以來(lái),國(guó)家對(duì)鋼鐵行業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整,采取一系列鼓勵(lì)不銹鋼行業(yè)發(fā)展的政策措施,使中國(guó)不銹鋼煉鋼生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展,從1999年的35萬(wàn)t增長(zhǎng)到2003年的177.8萬(wàn)t,年均增長(zhǎng)率約50%,成為世界名名列第4位的不銹鋼煉鋼生產(chǎn)大國(guó)。 AOD爐裝備和工藝的發(fā)展 AOD爐是精煉不銹鋼的主要設(shè)備,目前世界上約有1-175tAOD爐155臺(tái),其中1/2在不銹鋼廠,其余在鑄造廠。AOD精煉的不銹鋼產(chǎn)量約占世界不銹鋼80%以上。 中國(guó)第一臺(tái)18tAOD爐自1983年9月投產(chǎn)以來(lái),目前約有1-40tAOD爐20多座,其中18t以上AOD爐共8臺(tái)(包括太鋼3x40t、大連1x40t、浦東1x30t、上鋼五廠1x18t、長(zhǎng)城118t和宜達(dá)lx18t等)。2004年,上鋼五廠60tAOD爐和上鋼一廠120tAOD爐的投產(chǎn)使中國(guó)AOD爐裝備水平有了明顯的提高。 太鋼是中國(guó)最早采用AOD爐生產(chǎn)不銹鋼的企業(yè),目前AOD爐已累計(jì)生產(chǎn)不銹鋼200多萬(wàn)t,積累了許多經(jīng)驗(yàn)。為了進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)能力,太鋼對(duì)18tAOD爐實(shí)施兩次技術(shù)改造。經(jīng)過(guò)第一次改造,AOD爐容由18t擴(kuò)至40t,生產(chǎn)能力由16萬(wàn)t提高到40萬(wàn)t。2004年實(shí)施第二次改造,爐容進(jìn)一步擴(kuò)大至45t,增設(shè)頂吹氧槍,縮短了冶煉時(shí)間;引進(jìn)奧鋼聯(lián)專家自動(dòng)化控制系統(tǒng),提高了冶煉控制精度;降低氨氣消耗,加大了除塵風(fēng)機(jī)的除塵能力,改善了環(huán)境質(zhì)量。經(jīng)過(guò)兩次改造,太鋼AOD爐裝備水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。此外,太鋼還計(jì)劃實(shí)施日元貸款環(huán)保項(xiàng)目,6座18t化鋼電爐將被改造成一座90t超高功率化鋼電爐,這不但消除了化鋼速度慢的生產(chǎn)瓶頸,也使生產(chǎn)能力進(jìn)一步提高到50萬(wàn)t,大大改善了環(huán)境質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了真正的清潔生產(chǎn)。 近年來(lái),中國(guó)AOD生產(chǎn)的操作技術(shù)取得了明顯的成績(jī),主要進(jìn)展如下: (1)爐襯壽命的提高 AOD爐的爐襯壽命是AOD生產(chǎn)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),經(jīng)過(guò)多年來(lái)的技術(shù)攻關(guān),特別是在改進(jìn)操作工藝(例如,降低電爐出鋼時(shí)的硅含量,改進(jìn)AOD造渣制度,脫碳期堿度從0.5提高到1.0,還原期堿度從0.8-1.0提高到2.0-3.5以及采用優(yōu)質(zhì)耐火材料改進(jìn)筑爐工藝等方面做了不少工作,AOD爐襯壽命普遍有了提高。太鋼AOD爐爐襯壽命平均達(dá)110次,最高130次,其中使用太鋼自產(chǎn)耐火材料的平均壽命達(dá)92次。 (2)脫硫工藝的改進(jìn) 中國(guó)AOD爐大多采用單渣法吹煉工藝。為降低鋼中S含量,采用快速脫S工藝,精煉期渣中堿度控制在2.5左右,鋼包添加SiCa,利用出鋼時(shí)強(qiáng)烈攪拌作用脫硫,使鋼中殘留適量鈣。改進(jìn)AOD工藝后,脫硫率在70%以上。目前,太鋼不銹鋼中硫含量穩(wěn)定在0.005%以下,平均0.0034%。 (3)含N不銹鋼冶煉 含N不銹鋼中的氮合金化主要有兩條途徑:一是加人氮化錳、氮化鉻等合金進(jìn)行合金化,二是用氮?dú)庵苯雍辖鸹笳呔哂休^低的生產(chǎn)成本。AOD爐可以用氮?dú)庵苯雍辖鸹?,因而,冶煉不銹鋼具有很大的優(yōu)勢(shì)。太鋼在18t和40tAOD爐中應(yīng)用氮在不銹鋼中的溶解、脫除理論,建立了氮合金化工藝模型,冶煉中不需要在線分析鋼中氮含量就能較為精確地控制成品中的氮含量,控制精±0.0135%。目前,太鋼已用氮?dú)庵苯雍辖鸹姆椒☉?yīng)用該模型批量生產(chǎn)OCr19Ni9N、OCr19Ni9NbN、1Cr17Mn6Ni5N、00Cr18Ni5Mo3Si2N和00Cr22Ni5Mo3N等含氮不銹鋼鋼種。2003年,生產(chǎn)各類含N不銹鋼3.5萬(wàn)t,取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 (4)AOD除塵灰的利用 AOD爐冶煉時(shí)的粉塵量為鋼產(chǎn)量0.7%-1.0%,一般AOD粉塵中含Cr2O315%,NiO4%,CaO26%,Fe27%,MgO15%以及其它物質(zhì),粉塵粒度≤20μm,粉塵中Cr2O3和NiO是貴重金屬氧化物。若不回收,不僅造成資源浪費(fèi),也會(huì)污染環(huán)境。因此,如何回收AOD粉塵中的Cr、Ni二物是各不銹鋼煉鋼廠的重要課題。 太鋼經(jīng)研究采用的回收工藝是按還氧化物所需的sic量與粉塵混合成型,經(jīng)200℃干燥后送至中頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔還原,鑄成高C鎳鉻合金(Cr13%-Ni6%),再送回電爐冶煉,用這種方法回收的AOD爐粉塵已取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 鐵水冶煉不銹鋼技術(shù)的進(jìn)展 中國(guó)是一個(gè)發(fā)展中的國(guó)家。廢鋼,特別是不銹鋼廢鋼的積蓄量很少,因此,開發(fā)用全部鐵水或部分鐵水冶煉不銹鋼是中國(guó)不銹鋼廠的目標(biāo),世界上有3家工廠用鐵水冶煉不銹鋼,包括日本新日鐵八幡廠、JFE集團(tuán)川崎千葉廠以及巴西Acesita廠。中國(guó)太鋼于2003年建成一條以鐵水為主要原料的三步法生產(chǎn)工藝即鐵水預(yù)處理脫硅脫磷-30tUHP電爐預(yù)熔合金-75tK-OBM-S復(fù)吹轉(zhuǎn)爐脫碳-80tVOD精煉80tLF爐精煉—立彎式方板坯連鑄機(jī)。其關(guān)鍵設(shè)備鐵水預(yù)處理從日本JFE集團(tuán)川崎引進(jìn),75tK-B0M-S轉(zhuǎn)爐從奧鋼聯(lián)引進(jìn),80tVOD從達(dá)涅利引進(jìn),這條生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)不銹鋼產(chǎn)量55t。 (1)原料靈活,既可以用EAF預(yù)熔合金(15-30t)+部分脫磷鐵水(30-50t),也可全部用脫磷鐵水(65t)冶煉不銹鋼; 經(jīng)過(guò)1年來(lái)的實(shí)踐,太鋼基本上掌握了K-OBM-S轉(zhuǎn)爐不銹鋼工藝,取得了以下成果: 寶鋼集團(tuán)上鋼一廠年產(chǎn)72萬(wàn)t以鐵水和鉻鐵水為主要原料的一條不銹鋼煉鋼生產(chǎn)線已投產(chǎn)。其工藝路線是鐵水預(yù)處理-100tUHP電爐預(yù)熔鉻鐵水和合金-120tVOD精煉-120tVOD精煉-連鑄。該生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)爐采用AOD-L。這條生產(chǎn)線的投產(chǎn)進(jìn)一步提高了中國(guó)用鐵水冶煉不銹鋼的技術(shù)水平。 連鑄技術(shù)的進(jìn)展 經(jīng)過(guò)改造,太鋼在連鑄工藝方面取得了以下進(jìn)展:
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