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    不鏽鋼冶煉工藝及發展

    發布時間:2019-09-09 9:58:05   來源:搜狐    瀏覽次數:222

    我國已成為不鏽鋼消費和生產大國,不鏽鋼需根據不同品種及原材料種類組織生產。目前,我國不鏽鋼生產發展方向是提高質量 、降低成本 、節能減排,同時在原材料和技術設備匹配上不斷優化。本文對不鏽鋼幾個典型的冶煉工藝流程進行了對比分析。

    不鏽鋼因其優異的耐腐蝕性和優良的綜合性能,日益廣泛地應用各個工業領域和民用領域。我國不鏽鋼生產起晚,2000年結束長期徘徊在30萬噸的狀況,呈現出跨越式、跳躍性迅猛發展的態勢。2018年全球不鏽鋼粗鋼產量 5073萬噸,中國不鏽鋼產量達2670.7萬噸,占全球產量的 52.6%。隨著產能的提升,如何通過優化工藝流程及降低原料成本,提升企業的市場競爭性力迫在眉睫。

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    不鏽鋼冶煉的發展

    20世紀初英國的謝菲爾德成功冶煉澆鑄第一爐商品級不鏽鋼,不鏽鋼從此進入人們視線 。到 20世紀40年代,美國人希爾蒂(D.C.Hilty)通過對 Cr-C溫度平衡的研究,提出在高溫條件下脫碳保鉻理論,奠定了不鏽鋼冶煉理論基礎 ,在此基礎上進一步研究了降低液化碳的分壓對不鏽鋼生產物化反應的影響,催生了不鏽鋼冶煉技術的進步。到 20世紀 60年代中後期 ,德國維騰公司 Edel工廠研製成功真空法 VOD,以及美國聯合碳化物公司的稀釋法 AOD,大大地降低了不鏽鋼冶煉成本,提高了不鏽鋼生產效率 ,使不鏽鋼大規模生產成為可能。

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    不鏽鋼冶煉設備

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

    不鏽鋼冶煉所用的裝備分為初煉設備和精煉設備兩大類 ,初煉設備包括 :電弧爐(EAF)、非真空感應爐(一般用於小規模生產 )、礦熱爐、轉爐。精煉設備主要包括鋼包型精煉設 備(VOD、SS—VOD、VOD—PB等 )、 轉爐型精煉設 備 (AOD、VODC、VCR、CLU、KCB—S、KOBMS、K—BOP、MRP—L、GOR等)及RH功能擴展型精煉設備(RH—OB、RH—KTB、RH—KPB等 )三大類。

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

    原料是鐵水時,初煉設備采用轉爐 +精煉設備的工藝;

    原料是廢鋼 +鐵水時 ,初煉設備采用電弧爐 +轉爐 +精煉設備的工藝 ;

    原料是鉻礦石 時,初煉設備采用熔融還原轉爐 +脫碳轉爐 +精煉設備的工藝(目前該工藝為日本川崎製鐵選用 );

    國內采用紅土鎳礦為原料時,初煉設備采用幹燥窯 +回轉窯 +礦熱爐 +轉爐+精煉設備的工藝。

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    不鏽鋼冶煉工藝路徑

    目前生產不鏽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

    早期的一步法不鏽鋼冶煉工藝是指在一座電爐內完成廢鋼熔化、脫碳、還原和精煉等工序,將爐料一步冶煉成不鏽鋼。這種僅用電爐冶煉不鏽鋼的一步法冶煉生產工藝,由於冶煉周期長,作業率低,生產成本高,被逐步淘汰。隨著爐外精煉工藝的不斷發展以及AOD 爐的廣泛應用,目前很多不鏽鋼生產企業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入AOD爐進行不鏽鋼的冶煉,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流程上取消了電爐這一冶煉環節,其優點包括:一是降低投資;二是降低生產成本;三是高爐鐵水冶煉降低了配料成本,降低了能耗,提高了鋼水純淨度;四是廢鋼比低,適應現有的廢鋼市場;五是對於冶煉400係列不鏽鋼尤為經濟。

    但新型一步法對原料條件和產品方案具有一定要求:一是要求AOD入爐鐵水磷含量低於0.03%以下,因此冶煉流程中須增加鐵水脫磷處理環節;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影響整個冶煉過程的熱平衡,不適用於成分複雜、合金含量高的不鏽鋼品種。

    新型一步法不鏽鋼生產工藝目前被廣泛應用於生產400係列不鏽鋼。作為發展中國家,中國廢鋼資源缺乏,又是極度貧鎳的國家,加之400係列不鏽鋼在日常生活和工業生產領域的應用範圍越來越廣,這些客觀條件使得新型一步法不鏽鋼冶煉被越來越多的生產企業采用。

    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工藝的產能約占世界不鏽鋼產能的70%左右,其中EAF爐主要用於熔化廢鋼和合金原料,生產不鏽鋼預熔體,不鏽鋼預熔體再進入到AOD爐中冶煉成合格的不鏽鋼鋼水。

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

    二步法不鏽鋼冶煉工藝被廣泛應用於生產各係列不鏽鋼,其優點包括:電爐對原材料要求不高,生產周期相對於一步法工藝稍短,靈活性好,可生產除了超低碳、氮不鏽鋼外95%的不鏽鋼品種。

    但二步法在介質消耗、品種方案等方麵仍須注意以下三點:一是近年來隨著冶煉工藝的進步和操作水平的提高,兩步法冶煉工藝的氬氣等介質消耗量明顯減少,但相比一步法和三步法其氬氣等介質消耗仍稍大;二是AOD爐脫碳到終點時,鋼水中氧含量較高,須加入矽鐵還原鋼水中的氧,因此矽鐵耗量高;三是目前還不能用於生產超低碳、氮不鏽鋼,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→複吹轉爐/AOD爐→真空精煉裝置。三步法是冶煉不鏽鋼的先進方法,產品質量好,適用於專業化的生產廠家,也適用於聯合鋼鐵企業的不鏽鋼生產。

    不鏽鋼三步法是在二步法的基礎上增加了深脫碳的環節,其冶煉工藝優點為:一是各環節分工明確,生產節奏快,操作優化;二是產品質量高,氮、氫、氧和夾雜物含量低,可生產的品種範圍廣;三是可采用鐵水冶煉,對原料的要求也不高,原料選擇靈活。

    不過,三步法不鏽鋼冶煉工藝將冶金功能分步實現,對生產投資會產生以下影響:一是增加了工藝環節,投資和生產成本較高;二是真空裝備係統複雜,維護量大。

    目前世界上生產不鏽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用於不鏽鋼生產,新型一步法不鏽鋼冶煉工藝也被越來越多的不鏽鋼生產企業采用。為適應不鏽鋼市場的激烈競爭,提高產品質量同時也降低生產成本,我國各企業根據自身的實際情況選擇合適的不鏽鋼冶煉工藝。

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