轉(zhuǎn)爐高效冶煉不銹鋼技術(shù)

轉(zhuǎn)爐高效冶煉不銹鋼技術(shù)轉(zhuǎn)爐高效冶煉不銹鋼技術(shù)前言不銹鋼以其優(yōu)良的特性在化學(xué)、電力、交通運輸、航空航天工業(yè)、1912年德國Crupp公司在感應(yīng)爐上成功地開發(fā)出不銹鋼冶煉工藝，并成功應(yīng)用于生產(chǎn)實踐以來，90了不懈的努力，開發(fā)出了多種不銹鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)。20世紀(jì)80脫磷和脫硫技術(shù)開發(fā)成功并應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，為轉(zhuǎn)爐供給低磷、低硫鐵水制造了條件。同時轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹技術(shù)日益完善，開發(fā)出了較強(qiáng)的、便少調(diào)整的、可供多種氣體的底吹功能，使轉(zhuǎn)爐吹煉不銹鋼的條件更加優(yōu)越，鉻的氧化損失進(jìn)一步降低。更為重要的是爐外精煉技術(shù)的進(jìn)展格外迅猛，特別是RH-OR、RH-KTB、VOD等真空吹氧脫碳技術(shù)的開發(fā)，擴(kuò)大轉(zhuǎn)爐的不銹鋼的品種。因此，隨著鐵水預(yù)處理，頂?shù)讖?fù)吹和爐外精煉技術(shù)獻(xiàn)進(jìn)展使得轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼的生產(chǎn)規(guī)模逐步擴(kuò)大。不銹鋼冶煉工藝承受轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)不銹鋼工藝路線如表1所示。不銹鋼的冶煉方法依據(jù)原料的不同主要有三類，一類是以固態(tài)原料為主，如廢鋼或合金，先在電爐中熔化爐料，然后在不同的轉(zhuǎn)爐中精煉(包拒AOD、CLU、K—OBM、KCB、MRP、LD—0B等)。既可以承受最終為VOD二步法。這種方法用電爐作為初煉爐，主要用于熔化爐料，生產(chǎn)不銹鋼AOD二步法冶煉不銹鋼，占不銹鋼總產(chǎn)量獻(xiàn)65%以上。其次類是以鐵水為原料，不使用電爐熔化廢鋼，而是轉(zhuǎn)爐內(nèi)用鐵水榨煉，這種方法由于鐵水作為原料，可以降低不銹鋼的生產(chǎn)本錢，因而在一些鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中得到了應(yīng)用。+轉(zhuǎn)爐進(jìn)展冶煉，再經(jīng)真空EAFAOD和EAF＋VOD的優(yōu)點結(jié)合起來，到達(dá)快節(jié)奏、低本錢、低氬耗的生產(chǎn)超低碳、超低氮的不銹鋼目的。該工藝承受脫磷鐵水與EAF熔化爐的高溫合金預(yù)熔液混合兌入轉(zhuǎn)爐，在轉(zhuǎn)爐內(nèi)完成脫碳、脫硫、復(fù)原、粗調(diào)合金成分等任務(wù)，然后再進(jìn)展真空處理，完成最終脫碳及合金成分調(diào)整等精煉工作。表1轉(zhuǎn)爐用鐵水冶煉不銹鋼的主要生產(chǎn)工藝路線序號國家生產(chǎn)廠工藝路線產(chǎn)品組成產(chǎn)量/〔萬t·a-1〕投產(chǎn)時間1日日鐵HMDe-P+1×120tCr系：98.4%24.1198本八幡LD-OB+VODNi-Cr:1.6%32 日川崎千1×185tSR-KCB(鐵Ni-Cr:36.9%60199本葉〔No.4〕水廢鋼)+1185tDC-KCB+VOD/RH-KTBCr系:主產(chǎn)品6.53 中臺灣中HMDe-P+120t199國鋼CSCB+VOD4.74 南ISCORHMDe-P+1×90t50199非Pretoria廠UHP+1×125tK-OBM-S+VOD6.75 巴AcesitaHMDe-P+2×33t30199西EFA+1×75tMRP-L+VOD6.56 日室蘭廠HMDe-P+155t50197本LD-CB+RH-OB2Cr系:63.1%注:HM為鐵水,De-P表示鐵水脫磷，SR-KCB即熔融復(fù)原轉(zhuǎn)爐，DC-KCB即脫碳轉(zhuǎn)爐，LD-OB即日鐵開發(fā)的頂?shù)讖?fù)合冶煉方法，MRP-L即曼內(nèi)斯曼德馬克開發(fā)的精煉方法，CSCB即臺灣中Cr系:63.1%轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼的關(guān)鍵技術(shù)脫碳保鉻由于不銹鋼的主要合金——鉻元素在高溫下很簡潔氧化，因此在轉(zhuǎn)失。依據(jù)冶金學(xué)原理，鋼水溫度越高越有利于脫碳反響的進(jìn)展；轉(zhuǎn)爐內(nèi)CO的分壓越低有利于鉻的復(fù)原，在吹氧脫碳的同時，可抑制鉻元素的氧化損失。為了符合熱力學(xué)理論的要求，在轉(zhuǎn)爐通常承受的是稀釋精煉CO的濃度，降低CO的分壓。同時，也可促進(jìn)鋼水的攪拌，加速脫碳反響。此外，在鋼水溫度掌握方面，首先要抑制熱源缺乏的問題，然后才能有效到達(dá)高溫(≥1700℃)操作。熱補(bǔ)償由于不銹鋼是高合金鋼，在冶煉時需參加大量的冷料合金，如僅以鐵水的顯熱和氧化熱在轉(zhuǎn)爐內(nèi)煉鋼，其熱能明顯是不夠的。[w(Ni)=25%]及鐵水冶煉430304不銹鋼的物料平430鋼種的熱缺乏率為5.29%，冶煉304鋼種的熱缺乏率為12.35%。依據(jù)臺灣中鋼針對304、316、410、420和430等鋼種通過數(shù)學(xué)模型計算出加廢鋼和加17%的熱量缺乏率如表2所示。表2中鋼不銹鋼轉(zhuǎn)爐冶煉的熱缺乏率%鋼種不加廢鋼加17%的廢鋼SUS4305.414.2SUS4106.115.0SUS4208.016.8SUSSUS30411.521.8SUS31614.623.8400系列低合金牌號不銹鋼有著明顯的優(yōu)勢，日鐵和臺灣中鋼的產(chǎn)品構(gòu)造也證明白這一點。冶煉304以上高合金牌號不銹鋼時在不加廢鋼時熱缺乏率在10%轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼時熱量缺乏的問題，川崎千葉第四煉鋼廠、臺灣中鋼等都是通過向轉(zhuǎn)爐中參加焦碳，通過焦碳反響產(chǎn)生的CO二次燃燒放出的期，同時還會增加轉(zhuǎn)爐和后工序的脫硫負(fù)擔(dān)。爐底壽命由于頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐在冶煉不銹鋼時，其底吹氣體的流量是冶煉低碳鋼的20倍以上，承受雙重吹管，加上高溫操作的因素，皆會加速爐底耐火材料的熔損。因此，降低本錢底耐火材料熔損速度技術(shù)，提高爐底耐火材料的壽命，成為降低轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼本錢重要一環(huán)。為了解決轉(zhuǎn)爐不銹鋼時爐底壽命較低的問題，開發(fā)出了可更換爐底技術(shù)。爐底壽命的長短，取決于底吹噴嘴的壽命。底吹噴嘴通常為雙層套管形式，內(nèi)管依據(jù)冶煉不同的階段要求噴吹氧氣、氫氣或氮氣，外管吹入冷卻性氣體，在噴嘴區(qū)域形成保護(hù)性“蘑菇頭降低耐火材料的消耗，同時可確保鋼液充分?jǐn)嚢?。常用的冷卻氣體有天然氣、丙烷和丁烷。常用冷卻氣體的保護(hù)氣體的冷卻效果如表3所示。序號氣體名稱裂解能(298~1623)序號氣體名稱裂解能(298~1623)顯熱/(kJ·mol-1)總熱量/(kJ·mol-3)K/(kJ·mol-1)1自然氣77.4107.481432丙烷103.7240.8153913丁烷125.6307.619525高效脫硫技術(shù)一般不銹鋼成品的硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求在3.0×10-5的硫含量就盡可能在此水平，減輕后工序精煉的脫硫的負(fù)擔(dān)。但由于轉(zhuǎn)0.5%左右。(鐵水、焦炭和合金)總硫量的一半以上。假設(shè)參加廢鋼，須參加更多的焦炭.則焦炭所，片比例高達(dá)三分之二以上。所以，轉(zhuǎn)爐工藝需有足夠的脫硫力量，才能使鋼水硫含量降至規(guī)定的范圍內(nèi)。依據(jù)文獻(xiàn)轉(zhuǎn)爐的脫硫主要是在不銹鋼冶煉復(fù)原期進(jìn)展，脫硫率與復(fù)原期的爐渣有正相關(guān)性，爐渣的堿度愈高愈有利少脫硫反響((CaO)＋[S]＝CaS)＋[O])在1.5以上時，由脫硫率可達(dá)80%以上。轉(zhuǎn)爐工藝加上后工序精煉的脫硫功能，可以使處理后的鋼水含硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在2.0×10-5左右。轉(zhuǎn)爐高效冶煉不銹鋼的工藝鐵水預(yù)處理P有大量的鉻，從熱力學(xué)角度分析，高鉻鋼液脫P困難，目前無高效、簡潔的脫磷手段；而承受鐵水作為原料，可以利用鐵水預(yù)處理工藝將鐵水中的P0.015%，避開承受廢鋼為原料時帶入P高的問題，解決轉(zhuǎn)爐冶煉過程中的脫磷難題。轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹冶煉技術(shù)不銹鋼母液、快速脫碳。就其冶煉特點，可以分為單轉(zhuǎn)爐冶煉、雙轉(zhuǎn)爐煉不銹鋼模式。單轉(zhuǎn)爐模式單轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼以日鐵八幅廠、室蘭廠和臺灣中鋼為代表，日鐵八幅廠生產(chǎn)不銹鋼工藝流程圖見圖1所示。該工藝是在一個轉(zhuǎn)爐完成不銹鋼冶煉。經(jīng)過脫硅、脫硫和脫磷鐵水兌入頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐中，轉(zhuǎn)爐的冶煉大致可以用分為三個階段；第一階段是1200~1250℃，鐵水中硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)也只有0.05%以下，所以需要以添加焦炭的方式來補(bǔ)償熱源缺乏；其次階段為脫碳保鉻期，此階段需從料倉中連續(xù)添加大量的高碳鉻鐵及適量的高碳錳鐵、鎳粒等合金料，以氧氣來連續(xù)進(jìn)展脫碳反響1700增加熔池的攪拌功能步{降低爐內(nèi)CO的分壓，脫碳保鉻；第三階段為復(fù)原期，當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)脫至0.2%~0.3%時，轉(zhuǎn)爐的脫碳任務(wù)完畢，停頓吹氧，此時渣中的氧化鉻含量較高，需進(jìn)展復(fù)原回收金屬鉻，可通過添加硅鐵或鋁來進(jìn)展。轉(zhuǎn)爐冶煉完畢后，鋼水再經(jīng)VOD或RH等精煉設(shè)備進(jìn)行最終的脫碳和合金成分的調(diào)整。臺灣中鋼CSCB轉(zhuǎn)鋼冶煉不銹鋼的吹煉模式圖見圖2。雙轉(zhuǎn)爐模式雙轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼工藝是以川崎制鐵千葉廠No.4藝流程見圖3。不銹鋼冶煉承受兩個轉(zhuǎn)爐進(jìn)展。由于冶煉不銹鋼時，鉻煉不銹鋼的本錢，開發(fā)出了鉻礦熔融復(fù)原工藝。該工藝是在不銹鋼精煉前，將鉻礦砂和焦炭從爐子的頂部參加熔融復(fù)原轉(zhuǎn)爐(SR-KCB)中，利用焦炭和氧氣反響熱以及炭的復(fù)原力量將鉻礦熔融并鉻礦復(fù)原進(jìn)入鋼液中，從而生產(chǎn)不銹鋼的初煉鋼液。然后將熔融復(fù)原成含鉻的鋼液再在脫碳轉(zhuǎn)爐(DC-KCB)脫碳、精煉工藝。鉻礦的熔融復(fù)原日木川崎制鐵千葉廠No.4車間熔融復(fù)原操作大致可以分三個階段：第一階段為返回料熔化期：連續(xù)吹煉熔化不銹鋼返回料，并升溫到預(yù)定的溫度(1813~1833K)；其次階段為熔融復(fù)原期：依據(jù)供氧速度，將鉻礦和小塊焦炭按肯定的比例參加爐中，一邊保持熔池溫度恒定，一邊進(jìn)展熔融復(fù)原反響。由頂槍的供氧條件和鉻礦的參加速度。第三階段為精煉復(fù)原期：調(diào)整爐渣成分，以復(fù)原殘留在爐渣中的鉻Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)9%~12%的不銹鋼的母液，此時鋼液中[C]的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~6%范圍內(nèi)，溫度為1540~1580℃，爐渣的堿度為2.5~3.00。轉(zhuǎn)爐的脫碳將熔融復(fù)原爐得到的鋼液再倒入脫碳爐(DC—KCB)煉，開頭鋼液中碳含量較高，需要加大氧氣流量進(jìn)展高速脫碳，以提高0.1%~0.2%時即可出1.0%1700℃左右的較窄的范圍內(nèi)。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至0.1%~0.3%低碳區(qū)時實施頂吹氮氣，并加大底吹惰性氣體流量，這樣可以起到稀釋CO分壓并加鋼渣界面的反響動能，有利于防止鋼液中鉻的氧化。然后將鋼水在VOD或RH一KTB中進(jìn)展精煉。鉻的回收工藝在熔融復(fù)原爐和脫碳爐冶煉時產(chǎn)生爐塵，通過STAR(ShaftTypeAirRefining)爐進(jìn)展回收處理。將焦炭從STAR爐的爐頂裝入。爐子的下部有二排風(fēng)口，枯燥的原料通過壓縮空氣從上部風(fēng)口送入。經(jīng)處理后的金屬液用鑄錠機(jī)進(jìn)展鑄造，送到轉(zhuǎn)爐作為鉻和鎳的主要來源。經(jīng)STAR工藝處理后98%的鉻進(jìn)入到鋼液中，在渣中和爐塵中鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在1%左右。電爐一轉(zhuǎn)爐模式該模式是為了解決轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼時參加冷料合金量大的問題，承受電爐供給含鉻鐵水。該模式的最大特點是廢鋼和合金在電爐中熔化，轉(zhuǎn)爐吹煉時無需參加焦炭補(bǔ)償熱量，冶煉品種范圍也較廣。不銹鋼的精煉二次脫碳冶煉不銹鋼的一個首要的任務(wù)就是要防止鉻氧化的前提下加速鋼液的脫碳。通常是通過降低CO的分壓可以有效地實現(xiàn)這一目標(biāo)。因此，在轉(zhuǎn)爐脫碳冶煉中通過氧氣和吹入惰性氣體可以降低CO在鋼液中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%氧化，提高氧氣的利用率，且會脫去更多的碳。目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的不銹鋼精煉方法很多，但和轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼匹配的主要是VOD和RH-KTB。依據(jù)ShujiTakeuchi等對SU5304、SUS430和SUH409不銹鋼在真空條件下鋼液中CCr含量計算結(jié)果如圖33中可以看出，SUS304和SUS430不銹鋼在6.67kPa或更低的壓力下進(jìn)展脫碳時無鉻的氧化行為發(fā)生，SUH409在4.00kPa壓力下可以將碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)脫至0.02%的水平面鉻的氧化。承受RH-KTB對SUH409(含鉻11%超低碳不銹鋼)不銹鋼精煉時處理過程如圖44.00kPa進(jìn)展處理。通過KTB法吹氧的方法進(jìn)展脫碳會導(dǎo)致鋼液中氧含量增加，0.O1%時，從Cr變化空脫碳降低鋼液中氧量，通過脫碳過程中產(chǎn)生的CO氣泡來加速脫氮。承受RH-KTB工藝