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    不銹鋼冶煉工藝及發(fā)展

    發(fā)布時(shí)間:2019-9-9 9:58:05   來源:搜狐    瀏覽次數(shù):1913

    我國已成為不銹鋼消費(fèi)和生產(chǎn)大國,不銹鋼需根據(jù)不同品種及原材料種類組織生產(chǎn)。目前,我國不銹鋼生產(chǎn)發(fā)展方向是提高質(zhì)量 、降低成本 、節(jié)能減排,同時(shí)在原材料和技術(shù)設(shè)備匹配上不斷優(yōu)化。本文對(duì)不銹鋼幾個(gè)典型的冶煉工藝流程進(jìn)行了對(duì)比分析。

    不銹鋼因其優(yōu)異的耐腐蝕性和優(yōu)良的綜合性能,日益廣泛地應(yīng)用各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域和民用領(lǐng)域。我國不銹鋼生產(chǎn)起晚,2000年結(jié)束長期徘徊在30萬噸的狀況,呈現(xiàn)出跨越式、跳躍性迅猛發(fā)展的態(tài)勢。2018年全球不銹鋼粗鋼產(chǎn)量 5073萬噸,中國不銹鋼產(chǎn)量達(dá)2670.7萬噸,占全球產(chǎn)量的 52.6%。隨著產(chǎn)能的提升,如何通過優(yōu)化工藝流程及降低原料成本,提升企業(yè)的市場競爭性力迫在眉睫。

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    不銹鋼冶煉的發(fā)展

    20世紀(jì)初英國的謝菲爾德成功冶煉澆鑄第一爐商品級(jí)不銹鋼,不銹鋼從此進(jìn)入人們視線 。到 20世紀(jì)40年代,美國人希爾蒂(D.C.Hilty)通過對(duì) Cr-C溫度平衡的研究,提出在高溫條件下脫碳保鉻理論,奠定了不銹鋼冶煉理論基礎(chǔ) ,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了降低液化碳的分壓對(duì)不銹鋼生產(chǎn)物化反應(yīng)的影響,催生了不銹鋼冶煉技術(shù)的進(jìn)步。到 20世紀(jì) 60年代中后期 ,德國維騰公司 Edel工廠研制成功真空法 VOD,以及美國聯(lián)合碳化物公司的稀釋法 AOD,大大地降低了不銹鋼冶煉成本,提高了不銹鋼生產(chǎn)效率 ,使不銹鋼大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。

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    不銹鋼冶煉設(shè)備

    不銹鋼冶煉工藝的選擇與鋼種和原材料有關(guān) ,這些原材料主要包括 :廢鋼 、鐵水 、鉻礦石 、鎳礦合金等 。

    不銹鋼冶煉所用的裝備分為初煉設(shè)備和精煉設(shè)備兩大類 ,初煉設(shè)備包括 :電弧爐(EAF)、非真空感應(yīng)爐(一般用于小規(guī)模生產(chǎn) )、礦熱爐、轉(zhuǎn)爐。精煉設(shè)備主要包括鋼包型精煉設(shè) 備(VOD、SS—VOD、VOD—PB等 )、 轉(zhuǎn)爐型精煉設(shè) 備 (AOD、VODC、VCR、CLU、KCB—S、KOBMS、K—BOP、MRP—L、GOR等)及RH功能擴(kuò)展型精煉設(shè)備(RH—OB、RH—KTB、RH—KPB等 )三大類。

    通常而言,冶煉原料為廢鋼時(shí),初煉設(shè)備采用電弧爐 +精煉設(shè)備的短流程工藝 ;

    原料是鐵水時(shí),初煉設(shè)備采用轉(zhuǎn)爐 +精煉設(shè)備的工藝;

    原料是廢鋼 +鐵水時(shí) ,初煉設(shè)備采用電弧爐 +轉(zhuǎn)爐 +精煉設(shè)備的工藝 ;

    原料是鉻礦石 時(shí),初煉設(shè)備采用熔融還原轉(zhuǎn)爐 +脫碳轉(zhuǎn)爐 +精煉設(shè)備的工藝(目前該工藝為日本川崎制鐵選用 );

    國內(nèi)采用紅土鎳礦為原料時(shí),初煉設(shè)備采用干燥窯 +回轉(zhuǎn)窯 +礦熱爐 +轉(zhuǎn)爐+精煉設(shè)備的工藝。

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    不銹鋼冶煉工藝路徑

    目前生產(chǎn)不銹鋼的冶煉工藝主要分為一步法、二步法和三步法。

    3.1 一步法冶煉工藝

    早期的一步法不銹鋼冶煉工藝是指在一座電爐內(nèi)完成廢鋼熔化、脫碳、還原和精煉等工序,將爐料一步冶煉成不銹鋼。這種僅用電爐冶煉不銹鋼的一步法冶煉生產(chǎn)工藝,由于冶煉周期長,作業(yè)率低,生產(chǎn)成本高,被逐步淘汰。隨著爐外精煉工藝的不斷發(fā)展以及AOD 爐的廣泛應(yīng)用,目前很多不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)采用部分低磷或脫磷鐵水代替廢鋼,將鐵水和合金作為原料進(jìn)入AOD爐進(jìn)行不銹鋼的冶煉,由此形成了新型一步法冶煉工藝。

    新型一步法冶煉工藝與早期一步法相比在生產(chǎn)流程上取消了電爐這一冶煉環(huán)節(jié),其優(yōu)點(diǎn)包括:一是降低投資;二是降低生產(chǎn)成本;三是高爐鐵水冶煉降低了配料成本,降低了能耗,提高了鋼水純凈度;四是廢鋼比低,適應(yīng)現(xiàn)有的廢鋼市場;五是對(duì)于冶煉400系列不銹鋼尤為經(jīng)濟(jì)。

    但新型一步法對(duì)原料條件和產(chǎn)品方案具有一定要求:一是要求AOD入爐鐵水磷含量低于0.03%以下,因此冶煉流程中須增加鐵水脫磷處理環(huán)節(jié);二是新型一步法中合金作為原料加入了AOD爐中,而AOD 爐中加入的高碳合金量過大會(huì)影響整個(gè)冶煉過程的熱平衡,不適用于成分復(fù)雜、合金含量高的不銹鋼品種。

    新型一步法不銹鋼生產(chǎn)工藝目前被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)400系列不銹鋼。作為發(fā)展中國家,中國廢鋼資源缺乏,又是極度貧鎳的國家,加之400系列不銹鋼在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣,這些客觀條件使得新型一步法不銹鋼冶煉被越來越多的生產(chǎn)企業(yè)采用。

    3.2 二步法冶煉工藝

    二步法工藝路線為EAF→AOD、EAF→VOD(電弧爐→VOD真空精煉爐)。EAF→AOD工藝的產(chǎn)能約占世界不銹鋼產(chǎn)能的70%左右,其中EAF爐主要用于熔化廢鋼和合金原料,生產(chǎn)不銹鋼預(yù)熔體,不銹鋼預(yù)熔體再進(jìn)入到AOD爐中冶煉成合格的不銹鋼鋼水。

    兩步法工藝若電爐入爐原料磷含量較高,則需在電爐和AOD 爐間加入不銹鋼預(yù)熔體脫磷的環(huán)節(jié)。目前較常采用的預(yù)熔體脫磷工藝有轉(zhuǎn)爐脫磷和鐵水罐頂噴脫磷。兩步法采用高爐鐵水作為不銹鋼冶煉主原料時(shí),若高爐磷含量高,則也需要加入脫磷的環(huán)節(jié)。

    二步法不銹鋼冶煉工藝被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)各系列不銹鋼,其優(yōu)點(diǎn)包括:電爐對(duì)原材料要求不高,生產(chǎn)周期相對(duì)于一步法工藝稍短,靈活性好,可生產(chǎn)除了超低碳、氮不銹鋼外95%的不銹鋼品種。

    但二步法在介質(zhì)消耗、品種方案等方面仍須注意以下三點(diǎn):一是近年來隨著冶煉工藝的進(jìn)步和操作水平的提高,兩步法冶煉工藝的氬氣等介質(zhì)消耗量明顯減少,但相比一步法和三步法其氬氣等介質(zhì)消耗仍稍大;二是AOD爐脫碳到終點(diǎn)時(shí),鋼水中氧含量較高,須加入硅鐵還原鋼水中的氧,因此硅鐵耗量高;三是目前還不能用于生產(chǎn)超低碳、氮不銹鋼,且鋼中含氣量較高。

    3.3 三步法冶煉工藝

    三步法的基本工藝流程為:初煉爐→復(fù)吹轉(zhuǎn)爐/AOD爐→真空精煉裝置。三步法是冶煉不銹鋼的先進(jìn)方法,產(chǎn)品質(zhì)量好,適用于專業(yè)化的生產(chǎn)廠家,也適用于聯(lián)合鋼鐵企業(yè)的不銹鋼生產(chǎn)。

    不銹鋼三步法是在二步法的基礎(chǔ)上增加了深脫碳的環(huán)節(jié),其冶煉工藝優(yōu)點(diǎn)為:一是各環(huán)節(jié)分工明確,生產(chǎn)節(jié)奏快,操作優(yōu)化;二是產(chǎn)品質(zhì)量高,氮、氫、氧和夾雜物含量低,可生產(chǎn)的品種范圍廣;三是可采用鐵水冶煉,對(duì)原料的要求也不高,原料選擇靈活。

    不過,三步法不銹鋼冶煉工藝將冶金功能分步實(shí)現(xiàn),對(duì)生產(chǎn)投資會(huì)產(chǎn)生以下影響:一是增加了工藝環(huán)節(jié),投資和生產(chǎn)成本較高;二是真空裝備系統(tǒng)復(fù)雜,維護(hù)量大。

    目前世界上生產(chǎn)不銹鋼的冶煉工藝主要還是采用二步法和三步法,其中EAF+AOD 或EAF+VOD 的兩步法工藝應(yīng)用最為廣泛,約占70%,三步法工藝約占20%。隨著低磷鐵水被廣泛應(yīng)用于不銹鋼生產(chǎn),新型一步法不銹鋼冶煉工藝也被越來越多的不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)采用。為適應(yīng)不銹鋼市場的激烈競爭,提高產(chǎn)品質(zhì)量同時(shí)也降低生產(chǎn)成本,我國各企業(yè)根據(jù)自身的實(shí)際情況選擇合適的不銹鋼冶煉工藝。

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