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摘要:通過對國內(nèi)外主要不銹鋼冶煉方法和工藝路線的詳細(xì)論述,、分析和比較,,提出了在不同的生產(chǎn)規(guī)格、產(chǎn)品大綱,、原料及動(dòng)力供應(yīng)條件下,,如何選擇合理經(jīng)濟(jì)的不銹鋼冶煉工藝路線,以及相應(yīng)的工藝設(shè)備,。
* }% ]9 e- m. C @+ p) p6 Q0 X0前言
/ f- j ]8 m3 X! k3 o1 K( P5 x6 u 中國從1989年到1999年間,,歷年不銹鋼粗鋼產(chǎn)量為25~30萬t,不銹鋼鋼材產(chǎn)量20~ 26萬t一直徘徊不前,。從1999年開始,,我國不銹鋼表觀消費(fèi)量、進(jìn)口量和產(chǎn)量均迅速上升,。不銹鋼表觀消費(fèi)量從1999年150萬t猛增到2003年的420萬t,年增長率45 %,,成為世界上繼美國之后第二消費(fèi)大國,。自產(chǎn)不銹鋼鋼材從1999年26萬t猛增到2003年的177. 8萬t.年增長率145 %.4年增長了6. 8倍,成為世界上不銹鋼產(chǎn)能增長最快的國家,。不銹鋼的進(jìn)口量從1999年的125萬t增長到2003年的296萬t,,進(jìn)口平均增長率為34. 2%,中國成為世界上最大的不銹鋼進(jìn)口國,。
# T) q1 t" m6 ]/ O 鑒于目前國內(nèi)不銹鋼缺口較大,,銷售市場前景看好,企業(yè)紛紛投資建設(shè)不銹鋼鋼廠。由于不銹鋼鋼種繁多,,鋼材用途廣泛,,原料各異,形成了不同的冶煉工藝路線,,本文試圖從上述幾個(gè)因素探討合理的冶煉工藝路線,,供建設(shè)廠家參考。8 i8 Q+ n6 K3 a1 A2 [+ g: X. f
1 不銹鋼的涵義和鋼種分類
9 l- s6 U- D! z9 j$ v6 i$ U6 N 不銹鋼一般是不銹鋼和耐酸鋼的總稱,�,! � $ T d, Y- r# W$ [8 I
不銹鋼鋼種繁多,性能各異,,見于各種教科書中的分類不下五六種之多,,但日常習(xí)慣和工程習(xí)慣分為兩類,一類按鋼的組織結(jié)構(gòu)分類,,即奧氏體不銹鋼,、馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼,、雙相(奧氏體+鐵素體)不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼;另一類是參照美國USI和日本JIS標(biāo)準(zhǔn),,通常稱為200 ,300和400系列不銹鋼。
( i |( ^! g4 F* o; r4 k3 ^ 不銹鋼材由于其獨(dú)特的耐蝕性,、抗腐性和耐酸性,,廣泛應(yīng)用于建筑、廚房,、電氣,、運(yùn)輸和工業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域。最近,,考慮到環(huán)保效果和水質(zhì)保潔等因素,,上下水管道及水處理裝置己逐漸接受不銹鋼水管,又稱之為水管的“綠色革命”,。隨著壽命成本概念的推出和應(yīng)用,,橋梁、高速公路,、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施中也開始更多地采用不銹鋼和不銹鋼筋,。
3 t0 q Q7 ]5 h: b 不銹鋼冶煉工藝路線選擇在很大程度上取決于冶煉不銹鋼的主要原料,主要包括不銹鋼返回廢鋼,、普通廢鋼,、高爐鐵水、含鉻鐵水,、鉻礦石和合金,。7 ?% n8 I6 u- q7 v
2 不銹鋼主要冶煉工藝設(shè)備的配置8 R; z6 @, }% _
2.1 初煉爐
* M9 S' F& N2 m A; N$ @ 無論哪種工藝路線.都要配置初煉爐,。只是在一步法生產(chǎn)時(shí).初煉爐還要完成精煉爐的精煉任務(wù)。
4 a) m! k+ W0 V7 k) m( G 初煉爐只起熔化初煉作用,,負(fù)責(zé)向精煉爐提供初煉鋼水,,或稱之為不銹鋼母液。視原料條件和規(guī)格不同可以選擇感應(yīng)爐,、電爐或轉(zhuǎn)爐,。
: J8 b8 j. ]: s' y/ p 以返回廢鋼作為主原料時(shí),感應(yīng)爐和電爐均可作為初煉爐,,而感應(yīng)爐一般用于小規(guī)模生產(chǎn),。4 \1 d) K# {' y9 S3 U& F
以普通廢鋼作為主原料時(shí),選擇電爐作為初煉爐,,熔化廢鋼和合金,。
$ n# x, A* } ? 以高爐鐵水作為主原料時(shí),選擇LD ,OTB ,AOD ,K-OBM-S等轉(zhuǎn)爐作為初煉爐,,用于脫磷和初脫碳,,以及熔化少量廢鋼和合金。若原料中廢鋼量和合金比例較大時(shí),,仍然要選擇電爐熔化合金和廢鋼,,但此時(shí)電爐根據(jù)需要,還可以提供混勻不銹鋼母液成分和溫度的功能,。若原料中合金大量來源于礦石時(shí),,如鉻礦、錳礦和鎳礦,,可采用轉(zhuǎn)爐作為初煉爐還原礦石中合金元素,。如日本川崎就采用了鉻礦石還原獲得金屬鉻。) P3 }5 ]5 l: ]+ r2 Q3 G
一般認(rèn)為,,轉(zhuǎn)爐作為初煉爐是不經(jīng)濟(jì)的,。因?yàn)樗枰郀t鐵水提供母液和熱量來源,必然延長工藝路線,,一次性投資增加,。只有在電力匱乏的情況下,或者采用電爐作為初煉爐時(shí)電力成本難以接受時(shí),,可以考慮選用轉(zhuǎn)爐作為初煉爐,。" Y @6 c3 t9 `, Y m" J
2.2 精煉爐% I% p& I9 I9 X+ B
精煉爐的功能主要是降碳保鉻,同時(shí)伴隨脫硫的過程,。生產(chǎn)不銹鋼最為常用的精煉爐是轉(zhuǎn)爐,主要有AOD ,K-BOP ,K-OBM-S ,M RP ,CLU ,KCR-S等,。4 V! L x( ^) T; I/ d
AOD,,全稱Argon-Oxygen DecarburizationConverter,,通常稱為氬氧爐。AOD是最為常用的精煉爐,,不銹鋼精煉爐中約有70%為AOD,,大量使用在二步法和三步法冶煉工藝中。傳統(tǒng)的AOD是在轉(zhuǎn)爐下部安裝側(cè)吹風(fēng)嘴,,噴吹氧氣和氬氣,,進(jìn)行脫碳和精煉。目前在AOD轉(zhuǎn)爐的基礎(chǔ)上增加頂槍,,噴吹氧氣和混合氣體,,稱之為AOD-L精煉爐,可以加快脫碳速度.縮短冶煉周期和提高生產(chǎn)能力,。日本大同(Daido)制鋼公司在AOD轉(zhuǎn)爐的基礎(chǔ)上增加真空系統(tǒng).定義為AOD-VCR精煉爐,,可以用于生產(chǎn)低碳不銹鋼。還可以降低氬氣和硅鐵消耗,,縮短冶煉周期,。
" |- t- y( ^! T4 n4 g! h# \ K-BOP是川崎制鋼公司(Kawasaki Steel Corporation)在頂吹堿性氧氣轉(zhuǎn)爐BOF基礎(chǔ)上增加了底吹噴嘴,可以噴吹氧氣和冷卻介質(zhì)甲烷.還可以噴吹石灰,。% ~, ^( ~7 O! Z3 @# `9 x
K-OBM-S是由奧鋼聯(lián)公司(VA1)在K- BO P基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展的技術(shù),,它在頂吹堿性氧氣轉(zhuǎn)爐BOF基礎(chǔ)上增加了底吹噴嘴或側(cè)吹噴嘴。實(shí)際上K- BO P和K-OBM-S最初都是頂?shù)讖?fù)吹堿性氧氣轉(zhuǎn)爐,,最近K-OBM-S又增加使用了側(cè)吹噴嘴,,與AOD-L非常類似。K- BOP和K-OBM-S可以適用于現(xiàn)有的頂?shù)讖?fù)吹堿性氧氣轉(zhuǎn)爐,,經(jīng)局部改造后生產(chǎn)不銹鋼,,當(dāng)然僅有設(shè)備是不夠的,還要摸索一套冶煉工藝模型,。
# V* O' c) K# U c9 F7 _- z | GOR是烏克蘭在頂?shù)讖?fù)吹堿性氧氣轉(zhuǎn)爐上開發(fā)的,,底吹噴嘴采用天然氣或碳?xì)浠衔镞M(jìn)行保護(hù),與K- BO P和K-OBM-S相當(dāng),。
7 Y) V, b+ D7 `3 R! T4 I: N5 O% O! G M RP是Metal Refining Process的縮寫,,由曼內(nèi)斯曼德馬克胡金根廠(Mannesmann Demag Hut-tentechnik)在底吹轉(zhuǎn)爐基礎(chǔ)上發(fā)展的,早期通過底吹噴嘴交替噴吹氧氣和惰性氣體,。后期又增加了頂槍,,頂部噴吹氧氣,底吹噴吹惰性氣體,,形成MRP-L型精煉爐,。 F' e N+ N% ]3 w# d
CLU是由U ddeholm of Belgium and CreusotLoire of France聯(lián)合開發(fā)的,類似于AOD,,但底吹稀釋氣體改成了水蒸汽,,并且是從底部吹入,。
" z/ Q7 K! q. Z) d/ A% W7 r, N KCB-S是Krupp combined blowingstainless的縮寫,由Krupp Stahl AG在AOD爐的基礎(chǔ)上增加了頂吹,,與AOD- L非常相當(dāng),。
2 S2 v9 Y* k# a, I- x, {( S" Q2.3真空吹氧精煉爐9 t' V5 ?4 I0 E7 \ P' i; t
真空吹氧精煉爐(主要有VOD和RH-OB/ RH-KTB等)的功能是在真空狀態(tài)下進(jìn)一步脫碳,完成最終成分的微調(diào),、純凈度的控制,。該法最初用于生產(chǎn)超低碳、超低氮的不銹鋼,,當(dāng)Ar氣氣源不能保證或不夠充足時(shí),,也常在二步法后增設(shè)真空吹氧精煉爐,從而降低Ar氣消耗,,達(dá)到同樣的精煉效果,。9 \) A0 U( V/ Q2 V
VOD和 RH-OB/ RH-KTB是在VD真空爐和RH真空爐的基礎(chǔ)上增加了一套氧槍。RH-OB在真空室側(cè)壁上安裝氧槍,,而VOD和RH-KTB則在真空室頂部安裝了氧槍,,目的都是向真空室內(nèi)的鋼水噴吹氧氣。# q- Z& O3 S1 r+ h4 f
2.4各種精煉設(shè)備的比較
M$ J) E5 I7 f1 l% r 各種精煉設(shè)備的比較如表1所示,。! C3 E; J" S+ n! z* w
% `1 F* [! C( U+ y, I$ S表1 各種精煉設(shè)備的比較' I6 N2 A( I3 n% @9 e1 z0 Q- s, O
工藝設(shè)備 噴嘴安裝位置 底吹或側(cè)吹介質(zhì) 頂吹介質(zhì) 投資" \# o5 D0 _+ t& B% B
AOD 側(cè)部 O2,、N2、Ar,、Air,、CO2 O2、N2,、Ar 1
/ r% X/ d, T& i* eKCB-S 側(cè)部 O2,、N2、Ar O2,、N2,、Ar 13 d2 D4 @( W) {1 n$ D+ S
K-BOP/K-OBM-S 底部或側(cè)部 O2、N2,、Ar,、碳?xì)浠衔?nbsp; O2、N2,、Ar 1.3~1.5
6 j" q* q) e2 nMRP,,ASM 底部 O2、N2,、Ar 1
- X3 u; u- e' T3 o% z6 [( |CLU 底部 O2,、H2O(蒸汽)、N2,、Ar O2,、N2,、Ar 1
: G+ a5 E& V# G0 ?! mGOR 底部 O2、N2,、Ar、碳?xì)浠衔?nbsp; O2,、N2、Ar 1.3~1.5
) m/ w n$ ~ j, a! L. E4 N2 |0 VAOD-VCR 側(cè)部 O2,、N2,、Ar 1.1~1.2
t2 t8 E: n0 z* z- EVOD/SSVOD 底部 O2、Ar O2 1.1~1.2+ G& Y" V: H8 o" M! _
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