不銹鋼冶煉工藝技術簡介
不銹鋼冶煉工藝技術簡介
不銹鋼有許多優良的性能，外觀精美，使用壽命長，可以100%回收利用，因此得以廣泛應用。
不銹鋼冶煉工藝技術簡介，不銹鋼冶煉工藝技術的進步，特別是20世紀60年代以后，爐外精煉和連續鑄錠技術的使用，進一步促進了不銹鋼的快速發展，改善了不銹鋼的質量，提高了成材率，降低了生產成本。不銹鋼冶煉工藝技術簡介
中國從20世紀50年代初開始生產不銹鋼，當時用3t電弧爐冶煉，沒有爐外精煉設備和連鑄，年產量僅為幾百噸到幾千噸，質量、品種和成本均不能滿足要求。20世紀80年以來，太原鋼鐵公司和鋼鐵研究總院等單位率先在中國開發AOD爐外精煉工藝技術。隨后，各特殊鋼廠先后占安裝了18-40tAOD和15-60tVOD爐外精煉裝置，精煉比也得以顯著提高。1985年以前，中國不銹鋼的鑄錠一直采用落后的模鑄。太鋼1280立式連鑄機于1985年投產后，上鋼三廠、重慶特鋼和上鋼五廠相繼有板坯、方坯連鑄機投生產。1989年，成都無縫鋼管廠不銹鋼管坯水平連鑄機的投產，結束了我國不銹鋼鑄錠完全采用模鑄的歷史。但由于種種原因，中國不銹鋼年產量一直在30萬t左右徘徊，不銹鋼冶煉工藝技術的進展緩慢，嚴重制約了中國不銹鋼的發展。2000年以來，國家對鋼鐵行業結構進行了調整，采取一系列鼓勵不銹鋼行業發展的政策措施，使中國不銹鋼煉鋼生產實現跨越式發展，從1999年的35萬t增長到2003年的177.8萬t，年均增長率約50％，成為世界名名列第4位的不銹鋼煉鋼生產大國。
AOD爐裝備和工藝的發展
AOD爐是精煉不銹鋼的主要設備，目前世界上約有1-175tAOD爐155臺，其中1/2在不銹鋼廠，其余在鑄造廠。AOD精煉的不銹鋼產量約占世界不銹鋼80%以上。
****臺18tAOD爐自1983年9月投產以來，目前約有1-40tAOD爐20多座，其中18t以上AOD爐共8臺（包括太鋼3x40t、大連1x40t、浦東1x30t、上鋼五廠1x18t、長城118t和宜達lx18t等）。2004年，上鋼五廠60tAOD爐和上鋼一廠120tAOD爐的投產使中國AOD爐裝備水平有了明顯的提高。
太鋼是中國*早采用AOD爐生產不銹鋼的企業，目前AOD爐已累計生產不銹鋼200多萬t，積累了許多經驗。為了進一步擴大生產能力，太鋼對18tAOD爐實施兩次技術改造。經過**次改造，AOD爐容由18t擴至40t，生產能力由16萬t提高到40萬t。2004年實施**次改造，爐容進一步擴大至45t，增設頂吹氧槍，縮短了冶煉時間；引進奧鋼聯專家自動化控制系統，提高了冶煉控制精度；降低氨氣消耗，加大了除塵風機的除塵能力，改善了環境質量。經過兩次改造，太鋼AOD爐裝備水平達到******。此外，太鋼還計劃實施日元貸款環保項目，6座18t化鋼電爐將被改造成一座90t超高功率化鋼電爐，這不但消除了化鋼速度慢的生產瓶頸，也使生產能力進一步提高到50萬t，大大改善了環境質量，實現了真正的清潔生產。
近年來，中國AOD生產的操作技術取得了明顯的成績，主要進展如下：
（1）爐襯壽命的提高
AOD爐的爐襯壽命是AOD生產的主要技術經濟指標，經過多年來的技術攻關，特別是在改進操作工藝（例如，降低電爐出鋼時的硅含量，改進AOD造渣制度，脫碳期堿度從0.5提高到1．0，還原期堿度從0.8-1．0提高到2.0-3.5以及采用上等耐火材料改進筑爐工藝等方面做了不少工作，AOD爐襯壽命普遍有了提高。太鋼AOD爐爐襯壽命平均達110次，*高130次，其中使用太鋼自產耐火材料的平均壽命達92次。
(2）脫硫工藝的改進
中國AOD爐大多采用單渣法吹煉工藝。為降低鋼中S含量，采用快速脫S工藝，精煉期渣中堿度控制在2.5左右，鋼包添加SiCa，利用出鋼時強烈攪拌作用脫硫，使鋼中殘留適量鈣。改進AOD工藝后，脫硫率在70%以上。目前，太鋼不銹鋼中硫含量穩定在0.005%以下，平均0.0034%。
(3)含N不銹鋼冶煉
含N不銹鋼中的氮合金化主要有兩條途徑：一是加人氮化錳、氮化鉻等合金進行合金化，二是用氮氣直接合金化，后者具有較低的生產成本。AOD爐可以用氮氣直接合金化，因而，冶煉不銹鋼具有很大的優勢。太鋼在18t和40tAOD爐中應用氮在不銹鋼中的溶解、脫除理論，建立了氮合金化工藝模型，冶煉中不需要在線分析鋼中氮含量就能較為**地控制成品中的氮含量，控制精±0.0135%。目前，太鋼已用氮氣直接合金化的方法應用該模型批量生產OCr19Ni9N、OCr19Ni9NbN、1Cr17Mn6Ni5N、00Cr18Ni5Mo3Si2N和00Cr22Ni5Mo3N等含氮不銹鋼鋼種。2003年，生產各類含N不銹鋼3.5萬t，取得了明顯的經濟效益。
(4)AOD除塵灰的利用
AOD爐冶煉時的粉塵量為鋼產量0.7%-1．0%，一般AOD粉塵中含Cr2O315%，NiO4%，CaO26%，Fe27%，MgO15%以及其它物質，粉塵粒度≤20μm，粉塵中Cr2O3和NiO是貴重金屬氧化物。若不回收，不僅造成資源浪費，也會污染環境。因此，如何回收AOD粉塵中的Cr、Ni二物是各不銹鋼煉鋼廠的重要課題。
太鋼經研究采用的回收工藝是按還氧化物所需的sic量與粉塵混合成型，經200℃干燥后送至中頻感應爐進行熔還原，鑄成高C鎳鉻合金（Cr13%－Ni6%），再送回電爐冶煉，用這種方法回收的AOD爐粉塵已取得較好的經濟效益。
鐵水冶煉不銹鋼技術的進展
中國是一個發展中的國家。廢鋼，特別是不銹鋼廢鋼的積蓄量很少，因此，開發用全部鐵水或部分鐵水冶煉不銹鋼是中國不銹鋼廠的目標，世界上有3家工廠用鐵水冶煉不銹鋼，包括日本新日鐵八幡廠、JFE集團川崎千葉廠以及巴西Acesita廠。中國太鋼于2003年建成一條以鐵水為主要原料的三步法生產工藝即鐵水預處理脫硅脫磷-30tUHP電爐預熔合金-75tK-OBM-S復吹轉爐脫碳-80tVOD精煉80tLF爐精煉—立彎式方板坯連鑄機。其關鍵設備鐵水預處理從日本JFE集團川崎引進，75tK-B0M-S轉爐從奧鋼聯引進，80tVOD從達涅利引進，這條生產線的設計不銹鋼產量55t。
該轉爐冶煉不銹鋼有以下特點：
(1)原料靈活，既可以用EAF預熔合金（15-30t）＋部分脫磷鐵水（30-50t），也可全部用脫磷鐵水（65t）冶煉不銹鋼；
(2)轉爐爐容較大，可以保證平穩操作而不產生飛濺；
(3)帶槍位控制的頂槍，可以獲得高的脫碳速度以及CO后吹操作，以保證冶煉操作中的熱能需要；
(4)底部風口冷卻氣體流量和壓力可以單獨控制，以保證*佳冷卻和延長風口的使用壽命；
(5)采用VAI-CON-TEMP連續測溫裝置；
(6)采用氣動擋渣器和IRIS測渣系統，減少出鋼時渣量過多，以保證下工序VOD操作順行；
(7)采用先進的LevelII自動控制系統和軟件模型，確保轉爐冶煉不銹鋼時的全自動控制，提高不銹鋼質量。
經過1年來的實踐，太鋼基本上掌握了K-OBM-S轉爐不銹鋼工藝，取得了以下成果：
(1)K-OBIII-S原設計產量為35萬t/a，2003年4月投產以來，當年生產不銹鋼26.05萬t，2004年安裝K-OBNI-S轉爐爐殼更換車，縮短了爐殼更換時間。完成改造后，不銹鋼設計產量為55萬t/a。
(2)爐襯壽命不斷提高，從開始的200次左右提高到目前的近700次，爐底壽命也在不斷提高，從開始時的50次提高到目前的近300次（每個爐襯更換2-3次爐底）。
(3)氫卸消耗大幅度降低，原設計冶煉304不銹鋼氫氣消耗為8m3/t，現在底部風口全流程以N2代Ar，取得明顯的經濟效益。
(4)取消電爐熔化合金工序，實施了100%脫磷鐵水，鉻鐵全部加人轉爐內冶煉400系列不銹鋼的二步法生產工藝流程，大幅度降低生產成本。
(5)由于采用脫P鐵水冶煉不銹鋼，鋼中P含量低于以廢鋼為主要原料冶煉的不銹鋼，鋼中As，Su，Cu等有害元素也大大降低。
寶鋼集團上鋼一廠年產72萬t以鐵水和鉻鐵水為主要原料的一條不銹鋼煉鋼生產線已投產。其工藝路線是鐵水預處理-100tUHP電爐預熔鉻鐵水和合金-120tVOD精煉-120tVOD精煉-連鑄。該生產線的轉爐采用AOD-L。這條生產線的投產進一步提高了中國用鐵水冶煉不銹鋼的技術水平。
連鑄技術的進展
中國不銹鋼連鑄技術起點較晚，直至1985年，太鋼投產了****臺立式板坯不銹鋼連鑄機。由于這臺連鑄機采用單爐連鑄離線切割方式，鋼包容量只有18t，*高年產量僅5.8萬t，不能實現全連鑄生產。1999年，太鋼決定對這臺連鑄機實施技術改造。其改造目的是增加鋼包和中間包容量，采用在線切割方式實現多爐連鑄，改變二冷方式，提高鑄坯質量。2004年，又決定對這臺連鑄機實施**次技術改造。這次改造目的是增加鑄坯厚度規格至200mm，提高鑄坯質量，降低鑄坯修磨損失。其主要內容是將結晶器振動方式改為DYNAFLEX液壓振動，二冷系統實施動態冷卻(DYNACS)，安裝VAI一Q質量控制專家系統，增設粒狀保護渣自動加人裝置和鑄坯打印機。
經過改造，太鋼在連鑄工藝方面取得了以下進展：
(1)不銹鋼連鑄比明顯提高。立式連鑄機的連鑄比從1999年的51.4%提高到2003年的97.5%。
(2)連澆爐數明顯提高。對于304鋼種來說，連澆爐數在6爐以上，連鑄坯收得率提高2.37個百分比，平均96.97％。
不銹鋼有許多優良的性能，外觀精美，使用壽命長，可以100%回收利用，因此得以廣泛應用。
不銹鋼冶煉工藝技術的進步，特別是20世紀60年代以后，爐外精煉和連續鑄錠技術的使用，進一步促進了不銹鋼的快速發展，改善了不銹鋼的質量，提高了成材率，降低了生產成本。
中國從20世紀50年代初開始生產不銹鋼，當時用3t電弧爐冶煉，沒有爐外精煉設備和連鑄，年產量僅為幾百噸到幾千噸，質量、品種和成本均不能滿足要求。20世紀80年以來，太原鋼鐵公司和鋼鐵研究總院等單位率先在中國開發AOD爐外精煉工藝技術。隨后，各特殊鋼廠先后占安裝了18-40tAOD和15-60tVOD爐外精煉裝置，精煉比也得以顯著提高。1985年以前，中國不銹鋼的鑄錠一直采用落后的模鑄。太鋼1280立式連鑄機于1985年投產后，上鋼三廠、重慶特鋼和上鋼五廠相繼有板坯、方坯連鑄機投生產。1989年，成都無縫鋼管廠不銹鋼管坯水平連鑄機的投產，結束了我國不銹鋼鑄錠完全采用模鑄的歷史。但由于種種原因，中國不銹鋼年產量一直在30萬t左右徘徊，不銹鋼冶煉工藝技術的進展緩慢，嚴重制約了中國不銹鋼的發展。2000年以來，國家對鋼鐵行業結構進行了調整，采取一系列鼓勵不銹鋼行業發展的政策措施，使中國不銹鋼煉鋼生產實現跨越式發展，從1999年的35萬t增長到2003年的177.8萬t，年均增長率約50％，成為世界名名列第4位的不銹鋼煉鋼生產大國。
AOD爐裝備和工藝的發展
AOD爐是精煉不銹鋼的主要設備，目前世界上約有1-175tAOD爐155臺，其中1/2在不銹鋼廠，其余在鑄造廠。AOD精煉的不銹鋼產量約占世界不銹鋼80%以上。
****臺18tAOD爐自1983年9月投產以來，目前約有1-40tAOD爐20多座，其中18t以上AOD爐共8臺（包括太鋼3x40t、大連1x40t、浦東1x30t、上鋼五廠1x18t、長城118t和宜達lx18t等）。2004年，上鋼五廠60tAOD爐和上鋼一廠120tAOD爐的投產使中國AOD爐裝備水平有了明顯的提高。
太鋼是中國*早采用AOD爐生產不銹鋼的企業，目前AOD爐已累計生產不銹鋼200多萬t，積累了許多經驗。為了進一步擴大生產能力，太鋼對18tAOD爐實施兩次技術改造。經過**次改造，AOD爐容由18t擴至40t，生產能力由16萬t提高到40萬t。2004年實施**次改造，爐容進一步擴大至45t，增設頂吹氧槍，縮短了冶煉時間；引進奧鋼聯專家自動化控制系統，提高了冶煉控制精度；降低氨氣消耗，加大了除塵風機的除塵能力，改善了環境質量。經過兩次改造，太鋼AOD爐裝備水平達到******。此外，太鋼還計劃實施日元貸款環保項目，6座18t化鋼電爐將被改造成一座90t超高功率化鋼電爐，這不但消除了化鋼速度慢的生產瓶頸，也使生產能力進一步提高到50萬t，大大改善了環境質量，實現了真正的清潔生產。
近年來，中國AOD生產的操作技術取得了明顯的成績，主要進展如下：
（1）爐襯壽命的提高
AOD爐的爐襯壽命是AOD生產的主要技術經濟指標，經過多年來的技術攻關，特別是在改進操作工藝（例如，降低電爐出鋼時的硅含量，改進AOD造渣制度，脫碳期堿度從0.5提高到1．0，還原期堿度從0.8-1．0提高到2.0-3.5以及采用上等耐火材料改進筑爐工藝等方面做了不少工作，AOD爐襯壽命普遍有了提高。太鋼AOD爐爐襯壽命平均達110次，*高130次，其中使用太鋼自產耐火材料的平均壽命達92次。
(2）脫硫工藝的改進
中國AOD爐大多采用單渣法吹煉工藝。為降低鋼中S含量，采用快速脫S工藝，精煉期渣中堿度控制在2.5左右，鋼包添加SiCa，利用出鋼時強烈攪拌作用脫硫，使鋼中殘留適量鈣。改進AOD工藝后，脫硫率在70%以上。目前，太鋼不銹鋼中硫含量穩定在0.005%以下，平均0.0034%。
(3)含N不銹鋼冶煉
含N不銹鋼中的氮合金化主要有兩條途徑：一是加人氮化錳、氮化鉻等合金進行合金化，二是用氮氣直接合金化，后者具有較低的生產成本。AOD爐可以用氮氣直接合金化，因而，冶煉不銹鋼具有很大的優勢。太鋼在18t和40tAOD爐中應用氮在不銹鋼中的溶解、脫除理論，建立了氮合金化工藝模型，冶煉中不需要在線分析鋼中氮含量就能較為**地控制成品中的氮含量，控制精±0.0135%。目前，太鋼已用氮氣直接合金化的方法應用該模型批量生產OCr19Ni9N、OCr19Ni9NbN、1Cr17Mn6Ni5N、00Cr18Ni5Mo3Si2N和00Cr22Ni5Mo3N等含氮不銹鋼鋼種。2003年，生產各類含N不銹鋼3.5萬t，取得了明顯的經濟效益。
(4)AOD除塵灰的利用
AOD爐冶煉時的粉塵量為鋼產量0.7%-1．0%，一般AOD粉塵中含Cr2O315%，NiO4%，CaO26%，Fe27%，MgO15%以及其它物質，粉塵粒度≤20μm，粉塵中Cr2O3和NiO是貴重金屬氧化物。若不回收，不僅造成資源浪費，也會污染環境。因此，如何回收AOD粉塵中的Cr、Ni二物是各不銹鋼煉鋼廠的重要課題。
太鋼經研究采用的回收工藝是按還氧化物所需的sic量與粉塵混合成型，經200℃干燥后送至中頻感應爐進行熔還原，鑄成高C鎳鉻合金（Cr13%－Ni6%），再送回電爐冶煉，用這種方法回收的AOD爐粉塵已取得較好的經濟效益。
鐵水冶煉不銹鋼技術的進展
中國是一個發展中的國家。廢鋼，特別是不銹鋼廢鋼的積蓄量很少，因此，開發用全部鐵水或部分鐵水冶煉不銹鋼是中國不銹鋼廠的目標，世界上有3家工廠用鐵水冶煉不銹鋼，包括日本新日鐵八幡廠、JFE集團川崎千葉廠以及巴西Acesita廠。中國太鋼于2003年建成一條以鐵水為主要原料的三步法生產工藝即鐵水預處理脫硅脫磷-30tUHP電爐預熔合金-75tK-OBM-S復吹轉爐脫碳-80tVOD精煉80tLF爐精煉—立彎式方板坯連鑄機。其關鍵設備鐵水預處理從日本JFE集團川崎引進，75tK-B0M-S轉爐從奧鋼聯引進，80tVOD從達涅利引進，這條生產線的設計不銹鋼產量55t。
該轉爐冶煉不銹鋼有以下特點：
(1)原料靈活，既可以用EAF預熔合金（15-30t）＋部分脫磷鐵水（30-50t），也可全部用脫磷鐵水（65t）冶煉不銹鋼；
(2)轉爐爐容較大，可以保證平穩操作而不產生飛濺；
(3)帶槍位控制的頂槍，可以獲得高的脫碳速度以及CO后吹操作，以保證冶煉操作中的熱能需要；
(4)底部風口冷卻氣體流量和壓力可以單獨控制，以保證*佳冷卻和延長風口的使用壽命；
(5)采用VAI-CON-TEMP連續測溫裝置；
(6)采用氣動擋渣器和IRIS測渣系統，減少出鋼時渣量過多，以保證下工序VOD操作順行；
(7)采用先進的LevelII自動控制系統和軟件模型，確保轉爐冶煉不銹鋼時的全自動控制，提高不銹鋼質量。
經過1年來的實踐，太鋼基本上掌握了K-OBM-S轉爐不銹鋼工藝，取得了以下成果：
(1)K-OBIII-S原設計產量為35萬t/a，2003年4月投產以來，當年生產不銹鋼26.05萬t，2004年安裝K-OBNI-S轉爐爐殼更換車，縮短了爐殼更換時間。完成改造后，不銹鋼設計產量為55萬t/a。
(2)爐襯壽命不斷提高，從開始的200次左右提高到目前的近700次，爐底壽命也在不斷提高，從開始時的50次提高到目前的近300次（每個爐襯更換2-3次爐底）。
(3)氫卸消耗大幅度降低，原設計冶煉304不銹鋼氫氣消耗為8m3/t，現在底部風口全流程以N2代Ar，取得明顯的經濟效益。
(4)取消電爐熔化合金工序，實施了100%脫磷鐵水，鉻鐵全部加人轉爐內冶煉400系列不銹鋼的二步法生產工藝流程，大幅度降低生產成本。
(5)由于采用脫P鐵水冶煉不銹鋼，鋼中P含量低于以廢鋼為主要原料冶煉的不銹鋼，鋼中As，Su，Cu等有害元素也大大降低。
寶鋼集團上鋼一廠年產72萬t以鐵水和鉻鐵水為主要原料的一條不銹鋼煉鋼生產線已投產。其工藝路線是鐵水預處理-100tUHP電爐預熔鉻鐵水和合金-120tVOD精煉-120tVOD精煉-連鑄。該生產線的轉爐采用AOD-L。這條生產線的投產進一步提高了中國用鐵水冶煉不銹鋼的技術水平。
連鑄技術的進展
中國不銹鋼連鑄技術起點較晚，直至1985年，太鋼投產了****臺立式板坯不銹鋼連鑄機。由于這臺連鑄機采用單爐連鑄離線切割方式，鋼包容量只有18t，*高年產量僅5.8萬t，不能實現全連鑄生產。1999年，太鋼決定對這臺連鑄機實施技術改造。其改造目的是增加鋼包和中間包容量，采用在線切割方式實現多爐連鑄，改變二冷方式，提高鑄坯質量。2004年，又決定對這臺連鑄機實施**次技術改造。這次改造目的是增加鑄坯厚度規格至200mm，提高鑄坯質量，降低鑄坯修磨損失。其主要內容是將結晶器振動方式改為DYNAFLEX液壓振動，二冷系統實施動態冷卻(DYNACS)，安裝VAI一Q質量控制專家系統，增設粒狀保護渣自動加人裝置和鑄坯打印機。
經過改造，太鋼在連鑄工藝方面取得了以下進展：
(1)不銹鋼連鑄比明顯提高。立式連鑄機的連鑄比從1999年的51.4%提高到2003年的97.5%。
(2)連澆爐數明顯提高。對于304鋼種來說，連澆爐數在6爐以上，連鑄坯收得率提高2.37個百分比，平均96.97％。
不銹鋼冶煉工藝技術簡介，詳情參考：www.wrfe.cn
