不銹鋼的幾種冶煉方法介紹

天上一顆星 · 發(fā)表于 2008-3-21 14:34:07

不銹鋼的幾種冶煉方法介紹
不銹鋼是鉻含量為10％～30％的合金鋼,，鉻是主要的耐蝕成分。不銹鋼具有漂亮的外觀,，閃閃發(fā)光,，經(jīng)久耐用。通過改變鉻的含量,，并添加其他合金元素,，諸如鎳、鉬,、錳,、銅、鈦,、鈮等等,，即可形成奧氏體、鐵素體,、馬氏體、雙相和沉淀硬化不銹鋼,，并具有不同的顯微組織,、物理,、化學和力學性能，以適應特殊的應用要求,。
上世紀50年代,，采用電爐“一步法”生產(chǎn)不銹鋼，包括冶煉,、脫氧,、合金化、吹氧脫碳等,。這種方法的生產(chǎn)率不高,。此后，又采用了BOF,、電爐冶煉,、鋼包處理。
上世紀60年代,，通過提高溫度和降低一氧化碳分壓來提高鉻的收得率,，從而開發(fā)了精煉工藝，諸如AOD(氬氧脫碳),，采用電爐冶煉,，提高了不銹鋼生產(chǎn)的經(jīng)濟性。
當今,，68．7％的不銹鋼是采用AOD轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的,，19．5％是通過BOF轉(zhuǎn)爐－VOD(真空吹氧脫碳)、6．8％是通過VOD,、5％是采用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的,，即所謂“二步法”和“三步法”。
1．AOD精煉法
AOD是一種轉(zhuǎn)爐,，通過轉(zhuǎn)爐側(cè)面的風口噴吹氧氣,、氮氣、氬氣,、空氣和二氧化碳氣,，并從爐頂氧槍噴吹氧氣、氬氣和氮氣,。這種方法可以利用大量的廢鋼和高碳鉻鐵,。初始碳含量為3％，冶煉后可降至0．015％,。經(jīng)電爐冶煉的鋼水通過鋼包送入AOD爐,，向熔池噴吹氧氣和氬氣，降低碳含量，增加鉻的氧化,。為了確�,？焖倜撎迹档豌t損,，節(jié)省氬氣,，吹煉初期應采用低的氬氧比。隨著碳含量的降低,，提高氬氧比,。添加氧化物(如硅鐵)、熔劑(如石灰和螢石),，通過加強吹氬攪拌,，將氧化鉻轉(zhuǎn)化為金屬，以生產(chǎn)低硫不銹鋼,。如生產(chǎn)AISI304,，典型的消耗量是：氬氣約12Nm3／t鋼，氮氣約10Nm3／t鋼,，氧氣約＞6Nm3／t鋼,，石灰約5kg／t鋼，晶石約3kg／t鋼,，鋁約2kg／t鋼,，還原用硅約8kg／t鋼，脫碳金屬料約135kg／t,，從裝料到出鋼的時間通常為60min左右,。采用AOD法，鉻的收得率約為96％,，錳為88％,，總的金屬收得率為95％。
2．KAWASAKI－BOP和KAWASAKI－OBM－S法
KAWASAKI－BOP轉(zhuǎn)爐類似于從爐頂氧槍吹氧的BOF氧氣轉(zhuǎn)爐,，有7個可以吹氧的底部風口,，用丙烷氣冷卻風口(氣體裂化)。通過轉(zhuǎn)爐的風口還可噴吹石灰粉,。
Kawasaki－OBM－S轉(zhuǎn)爐是由奧鋼聯(lián)開發(fā)的,，是BOP法的發(fā)展，風口安裝于轉(zhuǎn)爐的側(cè)面或底部,，還裝有頂部氧槍,。頂部氣體采用氧氣、氮氣和氬氣,，通過底部風口噴吹氧氣,、氮氣,、氬氣和烴類氣體。天然氣和丙烷用于風口保護和提高耐火材料的壽命,。用這種轉(zhuǎn)爐精煉AISI304,，典型消耗量是：氧氣29Nm3／t鋼，氮氣約為13Nm3／t鋼,，氬氣約為16．5Nm3／t鋼，用于還原的硅約為11kg／t鋼,，石灰約為50kg／t鋼,，白云石20kg／t鋼，螢石約為8kg／t鋼,。
3．CREUSOTLOIREUDDEHOLM(CLU)法
這種轉(zhuǎn)爐法采用蒸汽作為稀釋氣體,，而不是通常所用的氬氣。此工藝是由瑞典的Uddeholm和法國的CreusotLoire共同開發(fā)的,。這種轉(zhuǎn)爐從底部吹氧氣,、蒸汽、氮氣和氬氣,，同時,，從爐頂吹氧氣、氮氣和氬氣,。脫碳時,，開始吹氧氣－蒸汽混合氣體。由于蒸汽和熔融金屬的吸熱反應而且鉻損較AOD法大得多,，因此,，該工藝的效率較低。采用這種轉(zhuǎn)爐,，耗氬量降低,，但耗硅量卻很高，而且鋼中氫含量增加,。目前的趨勢是用更多的氬氣來取代蒸汽,，以提高這種轉(zhuǎn)爐的效率。
用這種轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)AISI304,，耗氧量約為2Nm3／t鋼,，氮氣約為13．5Nm3／t鋼，蒸氣為10．4Nm3／t鋼,，氬氣為7Nm3／t鋼,，還原用硅約為15．5kg／t鋼，氫含量為5．9×10－6,。
4．金屬精煉法(MRP)
這種轉(zhuǎn)爐是由曼內(nèi)斯曼•德馬克開發(fā)的,，該工藝包括含鉻,、鎳熔融金屬的裝料，采用氧和惰性氣體脫碳,。通過轉(zhuǎn)爐底部的風口交替地吹氣,，氧氣未經(jīng)惰性氣體稀釋，只是吹氧后再吹惰性氣體,，降低一氧化碳分壓,，加快脫碳率，提高鉻的收得率,，降低耗硅量和渣中的氧化鉻,。MRP－L轉(zhuǎn)爐是一種改進型，氧氣從爐頂吹入,，惰性氣體從轉(zhuǎn)爐底部的多孔塞吹入并可取代底部風口,。該工藝可采用比AOD法更高的噴吹率，而且風口侵蝕最少,。在轉(zhuǎn)爐中的熔融金屬的中間碳達到一定水平后,，轉(zhuǎn)入脫碳。
5．克虜伯復合吹煉法(KCB－S)
該工藝由克虜伯開發(fā),，是BOF轉(zhuǎn)爐的改進型,，通過氧槍和轉(zhuǎn)爐側(cè)壁的風口進行復合吹煉，同時,，導入工藝氣體以提高脫碳率,。與AOD法相比，冶煉305鋼的冶煉時間縮短,。吹煉開始時,，同時從爐頂氧槍和側(cè)壁風口吹純氧，吹氧達到一定溫度后,，加入鐵合金和廢鋼,。碳含量達到臨界值后降低工藝氣體的氧含量，加入惰性氣體,，如氮氣或氬氣,，比例為4∶1，2∶1,，1∶1,，1∶2和1∶4，逐漸降低碳含量,。碳含量達到0．15％時,，中斷氧槍，只從風口導入工藝氣體,。達到目標碳含量時,，加硅以降低渣中的氧化鉻,，加石灰和熔劑，降低溶解氧含量,，優(yōu)化脫硫,。
6．氬氣二次精煉法(ASM)
該工藝由德國MANGHH開發(fā)，風口位于轉(zhuǎn)爐的底部,，吹氧氣,、氮氣和氬氣。這種轉(zhuǎn)爐是在配有爐頂氧槍的ASM－L轉(zhuǎn)爐的基礎上稍加改進而成,。
7．住友頂?shù)讖痛捣?STB)
該工藝是被住友金屬工業(yè)公司概念化的工藝,。該工藝克服了單從頂部或單從底部吹氣的困難，將二者結(jié)合起來,，有助于降低風口的侵蝕，通過爐頂氧槍加大富氧氣體的吹量,，提高了脫碳率,，縮短了脫碳時間。
8．頂?shù)讖痛禋宸?TMBI)
該工藝為AlleghenyLedlum公司所采用,，類似于BOF轉(zhuǎn)爐,，底部裝有風口，吹入惰性氣體,，為氬氣或氮氣,。吹煉初始，先從爐頂吹入混合氣體,，作為中間轉(zhuǎn)爐,，加鉻以后再轉(zhuǎn)入另一座轉(zhuǎn)爐。該工藝主要用于生產(chǎn)鐵素體不銹鋼,。
9．RUHRSTAHL－HEREUSOB法
該工藝由新日本鋼鐵公司開發(fā),，高爐鐵水直接送入BOF爐，進行鉻合金化和吹煉,，在不銹鋼二次精煉爐RH－OB中進行最終脫碳,，直至碳含量降至0．5％～0．6％。
10．AOD／VCR法
大同鋼公司和新日本鋼鐵公司進行試驗,，應用轉(zhuǎn)爐上方真空的概念,，縮短脫碳時間，減少鉻的氧化,，并將氬氣消耗量降至最低,。在AOD爐中將碳含量降至0．085％～0．10％，取樣,、用真空蓋定位,，進行脫碳,，加硅，還原氧化鉻,。該工藝降低了氬氣和硅的消耗量,，在送進AOD爐前，在鋼包內(nèi)先行脫硫,。該工藝的問題是耐火材料消耗量較高,，不能熔煉廢鋼，維護成本較高,。
11．真空吹氧脫碳法(VOD)
該工藝是生產(chǎn)不銹鋼最合適的真空法之一,，被認為是生產(chǎn)低碳、低氮,、低氬不銹鋼的最有效方法,。鋼包中的鋼水經(jīng)過處理，碳含量降至1％左右,。該工藝從真空度為100～250torr(1torr＝133．322Pa)的爐頂氧槍吹氧,，硅首先被氧化，接著是碳被氧化,。在熔池達到一定溫度和硅含量時,，一氧化碳開始生成，脫碳開始,。監(jiān)測CO∶CO2值,，熔池碳含量達到0．08％時，該比值快速升高,。此后,，脫碳率下降，與氧氣流速無關,。停止吹氧,，轉(zhuǎn)爐壓力降低，吹氬攪拌,，以加強溶解氧和殘余碳的反應,。加鋁、還原硅,，同時,，加石灰和螢石以更有效地脫硫。
12．精煉法的選擇
精煉法的選擇取決于投資費用,、運行成本,、原料、物流,、下游設備的利用以及所生產(chǎn)不銹鋼的種類,。在此基礎上,，精煉法可分為二步法或三步法。廢鋼成本高,，則利用高碳鉻鐵,，提高脫碳率；碳鋼廢鋼用作冷卻劑,。鐵合金或不銹鋼廢鋼太貴的地方可代之以鉻礦石,。氬氣成本高，可采用真空法,，并安裝鋼包爐,。

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