不锈钢生产技术的新进展(共12页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上不锈钢生产技术的新进展由于不锈钢用途广泛,价格-寿命比低,可100%回收使用,以及冶金和材料的新工艺、新技术的迅速发展,使世界不锈钢成本大幅度下降,产量高速增长1,也使不锈钢产量占钢总产量的比例有较大提高2,3。同时,不锈钢的品种质量也有显著发展47。1不锈钢冶炼工艺1.1AOD法AOD法仍然是冶炼不锈钢的主要方法。目前世界上约有1185 t AOD炉155台,其中1/2在不锈钢厂,另外1/2在铸造厂。AOD法生产的不锈钢已突破1 000万t,约占世界不锈钢总产量的68.7%8,见表1。表1各种方法冶炼的不锈钢占不锈钢总产量的比例Table 1Proportion o
2、f stainless output produced by various melting processes to total stainless output冶炼方法占不锈钢总产量的比例/%1983年1996年AOD71.868.7转炉/VOD10.419.5VOD9.26.8电炉4.2-其它转炉(CLU,ASM,SFR等)4.45.0注:世界不锈钢总产量,1983:655万t;1996:1 500万t近年来AOD工艺有不少改进,主要有:(1)增加顶枪吹氧。在脱碳过程中,通过风口吹入1/31/5的Ar/O2混合气体和通过顶枪吹入100%的氧。顶枪吹氧工艺,有“硬吹”和“软吹”,“硬吹”就
3、是通过顶枪吹入的氧100%同熔池反应;“软吹”就是通过顶枪吹入的氧,约60%同熔池反应,40%在炉帽空间将CO燃烧成CO2。图1表明顶枪“硬吹”工艺(KCBS工艺)比普通AOD工艺可缩短脱碳时间44%9。图1无顶枪AOD与有“硬吹”顶枪AOD脱碳比较Fig 1Comprison of decarbonisation of AOD without top lance and AOD with blowing hardtop lance另外“软吹”工艺缩短脱碳时间是“硬吹”的70%。但是由于它能产生附加的热能并传递给熔池,因而还能减少硅的消耗、增加废钢用量并降低电炉出钢温度。(2) 计算机智能控制
4、:许多工厂已经发展了计算机静态和动态控制模型。(3) 用AOD法生产超低碳-超低氮铁素体不锈钢如409L和439L。用AOD法生产的铁素体钢其碳和氮的含量很低(见表2)、接近于VOD法生产的钢,这种趋势还会发展下去。正在开发的AOD技术:不锈钢脱磷技术;通过风口喷粉技术;使用不规则形状风口、溅渣护炉技术等。80 t AOD炉的技术经济指标见表3。表2AOD冶炼的铁素体不锈钢中的C和N含量Table 2Obtained C and N content in ferrite stainless steel melting by AOD process钢号C/10-6N/10-6典型最好典型最好11
5、%13%Cr16%18%Cr70701003060801101001306080注:表中结果也可在冶炼奥氏体不锈钢中获得。表380 t AOD炉中生产304不锈钢技术经济指标Table 3Technical and economic index for 304 stainless steel produced by an 80 t AOD furnace名称指标典型最好氩气/m3.t-1129氮气/m3.t-19119氧气/m3.t-12532-石灰/kg.t-1506042萤石/kg.t-132铝/kg.t-121还原用硅/kg.t-1896炉衬砖/kg.t-1592脱碳金属/kg.t-11
6、35-兑钢至出钢时间/min508040总铬收得率(EAF/AOD)/%969799.5总锰收得率(EAF/AOD)/%8895总金属收得率(EAF/AOD)/%9597注:初始碳含量1.8%,成品:N0.05%,S0.005%。1.2三步炼钢法三步炼钢法是80年代开发出来的不锈钢冶炼新工艺。从表1可看出该方法在不锈钢生产中所占比例已接近20%。与电炉-AOD二步法不同,三步炼钢法实质上是初炼炉-转炉-真空精炼炉9,10,根据工厂的原料及其它条件,初炼炉既可选电炉也可以选转炉。转炉的型式有普通的复吹转炉LD、曼内斯曼.德马克公司开发的MRP-L转炉和奥钢联开发的K-OBM转炉。转炉的功能主要是
7、快速脱碳并避免铬的氧化,第3步的真空精炼炉主要采用VOD,个别厂采用RH-OB或RH-KTB。目的是将钢水在真空下进一步精炼并调整成分。以MRP为代表的三步炼钢法主要优点是:转炉炉衬寿命高(9001 100炉次)、产品范围广、质量好(O、N、H低)、有利于同连铸机匹配(提高连铸炉数)。表4是近年来新建的三步炼钢法不锈钢厂。 表4三步炼钢法冶炼不锈钢的工厂Table 4Some stainless steel works using three step melting process厂名转炉型式工艺路线产品设计产量竣工日期韩国浦项K-OBM185 t EAF+190 t K-OBM-S+VOD
8、+CC不锈钢板坯45万t1996.8南非伊斯柯K-OBMEAF+1125t K-OBM-S+VOD(双出)+CC不锈钢板坯50万t1995.5日本川崎K-OBMH/MDep+1160 t KMS-S+1160 t K-OBM-S+VOD(RH-KTB)不锈钢板坯普通钢板坯(60万t)1996.5比利时阿尔兹MRP190 t EAF+100 t MRP-S+2100 t VOD+CC不锈钢板坯50万t1988.4巴西阿谢西塔MRP235 t EAF+175 t MRP-S+VOD+CC不锈钢板坯35万t(10万t)1996.5日本日新LD190 t EAF+275 t430 t EAF LD-O
9、B+VOD+CC不锈钢板坯48万t(54万t)-日本新日铁八幡LDEAF+1150 t LD-OB(160 t AOD)+VOD+CC不锈钢板坯碳钢板坯(20万t)-注:表中括号内数字为1996年产量。1.3其它转炉法其它转炉法占世界不锈钢总产量的5%,例如:1996年CLU法南非哥伦布厂生产的28万t,瑞典Degefors厂生产18万t,ASM法印度Jindal厂生产9万t,SFR法日本福山厂生产9万t。CLU法是由瑞典Uddeholm和法国Creusot Loire厂发明的,是电炉-转炉二步法。第1座70 t工业炉于1973年在瑞典Degefors厂投产,1995年5月南非哥伦布厂投产了由
10、奥钢联建设的2座100 t CLU炉子,设计年产不锈钢54万t。该工艺的主要特点是在脱碳过程中通过底部风口吹入的过热水蒸汽进入钢水后分解成氢和氧,氢可作为稀释气体代替氩来降低脱碳过程中的CO分压,氧则可进行氧化反应,同时在水蒸气分解过程中要吸收大量的热量,降低温度,因而无须像AOD工艺那样在脱碳末期加入固态冷却剂。CLU法同AOD法相比氩气消耗可减少70%11。最近大型钢铁联合企业利用脱磷铁水的优势,将传统的LD转炉改造用于生产不锈钢。例如,1990年9月日本钢管福山厂将120 t转炉改造成为顶底吹炼的还原炉-SRF炉。生产过程是将经脱磷和脱硫的铁水以及不锈钢废钢装入SRF炉内,同时装入铬矿石
11、、镍矿石以及作为能源、还原剂的焦炭;先进行熔炼还原,然后再进行脱碳精炼,出钢后钢水经NK-AP处理或RH脱气处理,由于实施焦炭二次燃烧和强迫熔池 搅拌技术,转炉内可加入大量铬矿石代替铬铁,创造了冶炼不锈钢铬铁消耗量仅为7.7 kg/t的新记录(过去消耗量为40 kg/t),炉衬寿命达到2 000次,生产能力可达1万t/月12。2不锈钢连铸工艺技术2.1普通不锈钢连铸机从70年代以来不锈钢连铸发展很快,目前用于浇注不锈钢方坯、板坯的专用普通连铸机已达77台,不锈钢连铸比已超过95%13。普通不锈钢连铸浇注的板坯厚度一般为200 mm,其发展趋势如下:(1) 产量规模不断扩大。例如:奥钢联新建的浦
12、项公司和哥伦布不锈钢厂专用板坯连铸机以及改造的芬兰奥托昆普公司不锈钢专用板坯连铸机的规模都达到50万t以上。(2)多炉连铸比不断提高,例如:浦项不锈钢厂90 t钢包连铸机的连铸炉数从1989年1.6炉提高至1995年的4.1炉,最近又提高到7炉,连铸时间长达420 min14。(3)板坯表面质量大大提高。例如浦项不锈钢厂,通过安装大包探渣器避免大包下渣;中间包筑坝改善钢水流动,提高中间塞杆耐火材料质量以控制结晶器液面水平;确定最佳结晶器振动频率(160180次/min)、浸入式水口插入深度(110130 mm);保护渣最佳消耗量(0.40.5 kg/t)以改善振痕深度,使不锈钢板坯质量大大提高
13、。目前304钢板修磨比为5%,热轧钢卷修磨比0.5%,430钢板坯修磨比为10%,热轧钢卷修磨比为5%14。(4)其它新技术的运用:如等离子中间包加热技术,电磁搅拌技术等。2.2薄板坯连铸机薄板坯连铸机已广泛用于生产普通钢,浇注板坯厚度为40127 mm,主要方法有西马克开发的CSP技术,德马克开发的ISP技术、达涅利开发的FTSR技术、奥钢联开发的ConRoll技术、美国莱平斯开发的TSP技术和住友金属开发的QSP技术。但目前工业化的只有CSP和ConRoll生产技术,见表5。表5CSP和ConRoll生产线Table 5CSP and ConRoll production line新技术厂
14、名冶炼设备连铸设备热轧设备产品、规格及产量CSP纽柯公司克劳福茨维尔厂2150 t EAF1150 t AOD2150 t LF1150 t VDF2SMS薄板坯连铸机厚度 4050 mm宽度9001 350 mm长度 max 47 m铸速 max 6 m/min连铸机半径 3 m辊底式均热炉(长162 m,4个加热区,100个烧嘴),精轧机47 000 kW(现已变成5机架,将改造成6机架),液压AGC、CVC,工作辊弯曲普通钢,不锈钢2.012.7 mm9001 350 mm2条线160万t/年,其中不锈钢20万tConRollAvesta175 t EAF175 t AODVA1型连铸机
15、(经改造)厚度80200 mm,宽度6602 100 mm,连铸机半径8 m。步进式加热炉2座粗轧(4辊)6 600 kW精轧(炉卷轧机)115 000 kW液压AGC、CVC,工作辊移动(125 mm)工作辊弯曲(1 500 kN/每个辊颈)不锈钢卷板及中板212.7 mm2 100 mm60万t/年(可增至82.5万t/年)Armco曼斯菲尔德厂2117 t/135 t EAF(经改造)1117 t AOD(经改造)1117 t/135 t LMFVAI型薄板坯连铸机厚度75125 mm宽度6351 283 mm长度 max 18.3 m铸速3.75 m/min连铸机半径5 m步进式加热炉
16、(可放13块板坯,5个加热区)粗轧(2辊) 17 000 HP精轧63 000 HP液压AGC普通钢不锈钢1.812.7 mm75万t/年(可扩至120万t/年)其中不锈钢18万t薄板坯连铸技术首先用于不锈钢是1988年,当时瑞典Avesta厂把不锈钢连铸坯厚度从原来的最小厚度140 mm减至80 mm,其动机有2个:一是对专用的高合金奥氏体钢(约20%Cr、18%25%Ni,4.5%6.2%Mo)避免二次轧制,另外是改进这些钢种的内部质量(减少偏析,铁素体分布均匀),为此该公司将原来能浇注140200 mm6601 600 mm板坯的连铸机,改造成为:80200 mm6002 100 mm的
17、薄板坯连铸机,改造范围是结晶器、弯曲段、弧形段和矫直段15。美国Armco公司曼斯菲尔德厂,原有2台电炉、1台AOD炉,1套热连轧机(1架粗轧机,6架精轧机),1993年12月开始同奥钢联合作,采用ConRoll技术进行改造,铸坯厚度75125 mm。1995年4月投产以来顺利地生产409 铁素体不锈钢,最高月产达到1.8万t,Armco公司30%的409不锈钢,由曼斯菲尔德厂生产,同时板坯表面质量良好,板坯最终缺陷指数从30降至2以下。409不锈钢表面废品率小于0.2%16。纽柯公司克劳福兹维尔厂1989年投产了世界上第1条CSP生产线,1995年又建成第2条CSP生产线并投资2 000万美
18、元,安装1台150 t AOD炉,为生产不锈钢创造了条件。19951996年分别生产2.16万t和3.12万t的409铁素体不锈钢(主要用于汽车排气管);1997年该厂又投资1 200万美元建成一条酸洗线,既能处理400系列不锈钢又能处理普通碳钢,不久将能生产409冷轧退火不锈钢。另外该厂还试验了439和304不锈钢。希望最终形成20万t规模(409钢9.6万t、439钢6.4万t、304钢4万t17)。CSP工艺在钢板表面质量上存在局限性,因为铸坯薄(4050 mm)没有机会改善板坯表面质量,这点需要今后进一步改进。2.3薄带连铸机用连铸机直接浇注厚度为216 mm的不锈薄带钢是钢铁界正在积
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