现代冶金技术及装备 三级项目报告

1、现代冶金技术及装备三级项目报告 冶炼不锈钢的工艺设计学院：机械工程学院专业：机械装备及自动化班级：机械装备二班组员：隋昊 卢鼎 荆雪松 武吉祥 李龙 王守东 英光雨 陈旭夕指导教师：高新亮时间：2015/10/18摘要摘要：介绍了不锈钢炼钢的总体概况和品种, 论述了不锈钢在转炉、电炉、二次精炼等方面的典型工艺流程,概述了国内外不锈钢的生产和消费现状，提出了不锈钢生产流程未来的发展方向。关键词：不锈钢；生产流程；精炼；II现代冶金技术及装备三级项目报告目录摘要：I一、前言2二、不锈钢简介22.1不锈钢的定义22.2不锈钢的特点32.3不锈钢的分类3三、不锈钢冶炼技术及发展43.1不锈钢冶炼工艺流

2、程43.2不锈钢冶炼技术53.2.1采用侧吹氧的工艺方法53.2.2采用底吹氧的工艺方法63.2.3采用底吹搅拌的工艺方法63.2.4不锈钢冶炼工艺的评价与选择63.3不锈钢精炼技术73.3.1 VD73.3.2 VOD73.3.3 SS-VOD83.3.4 RH-KTB83.3.5 不同精炼工艺的钢水洁净度8四、国内外不锈钢的生产和消费情况84.1世界不锈钢的生产和消费情况84.2我国不锈钢的生产和消费情况9五、结论9六、感想与体会10七、组员分工10参考文献：11一、前言不锈钢是指具有抵抗大气 、酸 、碱和盐等腐蚀作用的合金钢的总称。 通常所说的“不锈”是指其抗腐蚀性能可归因于在氧化的环境

3、中，形成一层氧化铬表面膜。这层薄膜具有不溶解、能自行恢复和无气孔的特点。不锈钢具有良好的耐腐蚀、耐高温、耐磨损、外观精美等特性，用途非常广泛，是石油、化工、化肥、制药、食品、国防、餐具、合成纤维和石油提炼等行业中广泛使用的金属材料。不锈钢有许多优良的性能，外观精美，使用寿命长，可以100%回收利用，因此得以广泛应用。 不锈钢冶炼工艺技术的进步，特别是20世纪60年代以后，炉外精炼和连续铸锭技术的使用，进一步促进了不锈钢的快速发展，改善了不锈钢的质量，提高了成材率，降低了生产成本。 中国从20世纪50年代初开始生产不锈钢，当时用3t电弧炉冶炼，没有炉外精炼设备和连铸，年产量仅为几百吨到几千吨，质

4、量、品种和成本均不能满足要求。20世纪80年以来，太原钢铁公司和钢铁研究总院等单位率先在中国开发AOD炉外精炼工艺技术。随后，各特殊钢厂先后占安装了18 - 40t AOD和15 -60tVOD炉外精炼装置，精炼比也得以显著提高。1985年以前，中国不锈钢的铸锭一直采用落后的模铸。太钢1280立式连铸机于1985年投产后，上钢三厂、重庆特钢和上钢五厂相继有板坯、方坯连铸机投生产。1989年，成都无缝钢管厂不锈钢管坯水平连铸机的投产，结束了我国不锈钢铸锭完全采用模铸的历史。但由于种种原因，中国不锈钢年产量一直在30万t左右徘徊，不锈钢冶炼工艺技术的进展缓慢，严重制约了中国不锈钢的发展。2000年

5、以来，国家对钢铁行业结构进行了调整，采取一系列鼓励不锈钢行业发展的政策措施，使中国不锈钢炼钢生产实现跨越式发展。二、不锈钢简介2.1不锈钢的定义定义：碳含量小于2.11%的铁碳（或铁基）合金。不锈钢是不锈钢和耐酸钢的简称。金相学角度分析，因为不锈钢含有铬而使表面形成很薄的铬膜，这个膜隔离开与钢内侵入的氧气起耐腐蚀的作用。为了保持不锈钢所固有的耐腐蚀性，钢必须含有12%以上的铬。且以耐蚀性和不锈性为主要使用性能的一系列铁基合金称为不锈钢。通常对在大气、水蒸气和淡水中等腐蚀性较弱的介质中不锈和耐蚀的钢种称为不锈钢。2.2不锈钢的特点（1）化学性能：耐化学腐蚀和电化学腐蚀性能在钢材里面是最好的，仅次

6、于钛合金。（2）物理性能：耐热、耐高温、还耐低温甚至于耐超低温。（3）力学性能：根据不同的不锈钢种类，力学性能各不相同，马氏体不锈钢具有高的强度、硬度，适合于制造既耐蚀又需要高强度、高耐磨性的零件（4）工艺性能：奥氏体不锈钢工艺性能最好，由于塑性很好，可加工称为各种板、管等型材，适合于压力加工。2.3不锈钢的分类不锈钢常按组织状态分为：铁素体钢、奥氏体钢等、双相不锈钢、马氏体钢。另外，可按成分分为：铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。    （1)铁素体不锈钢：含铬1230。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不

7、锈钢。属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点，用于硝酸及食品工厂设备，也可制作在高温下工作的零件，如燃气轮机零件等。   (2)奥氏体不锈钢：含铬大于18，还含有8左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的wC0

8、.08%，钢号中标记为“0”。这类钢中含有大量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性能，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，用来制作耐酸设备，如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等。奥氏体不锈钢一般采用固溶处理，即将钢加热至10501150，然后水冷，以获得单相奥氏体组织。   (3)奥氏体-铁素体双相不锈钢：兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%28%，Ni含量在3%10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元

9、素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。   (4)马氏体不锈钢：强度高，但塑性和可焊性较差。马氏体不锈钢的常用牌号有1Cr13、3Cr13等，因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差，用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上，如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。这类钢是在淬火

10、、回火处理后使用的。三、不锈钢冶炼技术及发展3.1不锈钢冶炼工艺流程选择冶炼工艺流程必须考虑不锈钢生产的原料供应条件、生产规模、生产成本和产品品种与质量等因素。对生产规模较小的企业, 在不锈钢返回料供应充足的条件下,可选用适合不锈钢返回料生产的电炉不锈钢生产工艺流程。对生产规模较大的企业，如能具有较大的不锈钢返回料供应条件,可选用适合铁水+不锈钢返回料生产的电炉-转炉不锈钢生产工艺流程。对生产规模较大而不锈钢返回料供应缺乏的钢铁企业,为降低投资可选用适合全铁水不锈钢冶炼的转炉不锈钢生产工艺流程。图1是三种流程的示意图。为了适应不锈钢生产规模日益增大的市场需求,目前,国内外新建的不锈钢生产线大多

11、采用铁水-废钢混合流程,建设适应不锈钢和普钢生产的兼容性炼钢厂。图1 不锈钢生产的三种流程3.2不锈钢冶炼技术目前,国际上已经开发成功十几种不锈钢冶炼和精炼技术。不锈钢冶炼阶段完成了大部分脱碳保铬任务,而脱碳的少量任务放在精炼阶段完成。冶炼技术主要分为以侧吹氧为主的AOD或AOD-L、KCB-S冶炼工艺,以转炉为基础采用底吹氧的K-OBM-S、K-BOP、GOR等工艺,以底吹搅拌为特点的KCB-S和MRP工艺。3.2.1采用侧吹氧的工艺方法AOD炉是世界上不锈钢生产的主导工艺。借鉴转炉顶吹经验,AOD也采用了顶吹氧工艺,称为AOD-L,工艺特点是通过侧吹氧氩/氮混合气体,降低CO分压,脱碳保铬

12、;增设顶吹氧枪加速高碳区脱碳速度或用于炉内二次燃烧,以缩短冶炼时间;熔池碳小于0.60%时,顶吹停止供氧,靠纯侧吹脱碳或混吹氧氮/氩混合气体,加速低碳区稀释脱碳;终点碳含量可小于0.015%;炉容比为0.550.60Nm3/,t供氧强度低,炉龄为150200炉。KCB-S是克虏伯开发的复合吹炼法,工艺特点是在吹炼初始阶段,同时顶吹和侧吹纯氧快速脱碳升温。到达一定温度后,在吹炼期间,分批加入各种合金料、石灰或废钢。熔池碳含量降到0.70%以下,按41、21、11、12和14比例逐步增加顶吹和侧吹气中惰性气体比例。熔池碳含量低于0.15%后,停掉顶枪,采用侧吹氧脱碳;目标碳含量达到后,仅采用惰性气

13、体侧吹搅拌还原。3.2.2采用底吹氧的工艺方法K-BOP类似于从炉顶氧枪吹氧的BOF转炉,下部风嘴设在转炉底部,可从底部喷吹石灰粉改善脱硫。底吹气体中采用天然气或丙烷作为保护气,以提高耐材寿命,炉龄可达600炉。K-OBM-S转炉是由奥钢联开发的,是BOP法的发展,风口安装于转炉的侧面或底部,还装有顶部氧枪。顶部气体采用氧气、氮气和氩气,通过底部风口喷吹氧气、氮气、氩气和烃类气体。天然气和丙烷用于风口保护和提高耐火材料的寿命。GOR转炉是多种能源介质复合吹炼的底吹转炉,其供气管路通过安装在转炉底部的三个套管式喷嘴向熔池吹入可调成份的氧气、氮气、氩气、天然气(或其它碳氢化合物)的混合气体。冶炼的

14、第一阶段吹氧,由碳氢化合物保护喷嘴;第二阶段吹入氧、氩(或氮)、碳氢化合物和它们的混合气体;第三阶段向转炉熔池吹入纯氩(或氮)。瑞典的Uddeholm和法国的CreusotLoire开发的CLU采用蒸汽作为稀释气体,从底部吹氧气、蒸汽、氮气和氩气,同时,从炉顶吹氧气、氮气和氩气。脱碳时,开始吹氧气-蒸汽混合气体。采用这种转炉,耗氩量降低,但耗硅量却很高,而且钢中氢含量增加。目前的趋势是用更多的氩气来取代蒸汽来提高效率。3.2.3采用底吹搅拌的工艺方法 台湾中钢的CSCB以铁水、高碳铬铁和镍铁为原料,焦炭作补充热源,通过顶吹纯氧和底吹大流量吹惰性气体,在一座转炉内完成不锈钢熔炼和主脱碳任务。因出

15、钢碳不能低于0.20%,必须与VOD搭配才能生产不锈钢,可用于交替生产碳钢和不锈钢。 曼内斯曼德马克开发的MRP-L顶吹纯氧,底吹纯惰性气体,采用可更换炉底,炉龄高达1200炉。炉容比与AOD炉接近,为0.6Nm3/t。一般与真空精炼脱碳炉组合成三步法工艺,出钢碳含量为0.20%0.30%,铬回收率达97%99%。3.2.4不锈钢冶炼工艺的评价与选择不锈钢冶炼工艺的选择必须从不锈钢原料供给情况出发,正确选择不锈钢生产工艺流程,并根据流程的要求正确选择不锈钢冶炼工艺。不同不锈钢冶炼工艺的评价体系包括:生产效率(供氧强度、冶炼周期、炉龄),合金熔化能力,生产成本(铬收得率、硅铁消耗和炉龄),见图2

16、,图3所示。图2 不锈钢冶炼工艺的评价比较图3工艺特点3.3不锈钢精炼技术3.3.1 VD真空脱碳是通过降低钢液面上方真空室压力,促进CO气泡溢出,从而加快熔池脱碳。真空脱碳法的特点是通过控制真空度,能在完全抑制Cr氧化的情况下进行脱碳,渣中(Cr2O3)少,硅铁消耗低。在真空下,有利于脱碳、脱氮和脱氢,能生产超低碳、氮的不锈钢。为防止减压情况下钢水喷溅造成设备事故,供氧强度受到限制,要求处理钢水碳含量不大于0.60%。3.3.2 VOD真空氧脱碳是1967年ThyssenKrupp开发的不锈钢精炼技术。在脱碳初期,为防止喷溅增大,采用高枪位、低真空度和小底搅工艺;在脱碳中期,脱碳反应进行逐步

17、提高真空度;在脱碳后期,碳扩散为限制环节,降低吹氧速度,增大底搅强度;临近终点停止送氧,吹氩搅拌利用真空氧脱碳;最后在还原精炼时,加还原剂和CaO、CaF2熔剂将脱碳精炼期氧化到1%Cr还原并脱除钢中硫。3.3.3 SS-VODSS-VOD是由川崎钢铁公司在传统VOD工艺基础上在底部增设多个多孔塞,对熔池进行强烈搅拌,加速高铬钢水的脱碳、脱氮和脱氢,能生产极低碳氮不锈钢。第一阶段脱碳时可由0.80%降到0.015%,同时脱氮。第二阶段脱碳时可由0.015%降到0.002%以下。日本还发展了VOD-PB冶炼超低超纯铁素体不锈钢技术。3.3.4 RH-KTB川崎钢铁公司在传统RH基础上通过增设顶吹

18、氧枪开发出不锈钢深脱碳技术。K-BOP+RH-KTB流程与K-BOP+RH流程相比,处理前的碳含量要求分别为0.01%和0.12%,FeSi消耗减少8.1kg/t,CaO消耗减少33.7kg/t,氩气消耗减少8.9Nm3/t,吹炼时间缩短13.5min,生产率提高23%。3.3.5 不同精炼工艺的钢水洁净度 图4 不锈钢不同的精炼工艺四、国内外不锈钢的生产和消费情况4.1世界不锈钢的生产和消费情况 从20世纪50年代开始,世界不锈钢进入了大规模工业化生产阶段半个多世纪以来,随着生产技术的不断进步和市场需求的不断增加,世界不锈钢产量出现了连续增长的态势:1950年全球不锈钢产为100万t,200

19、0年达到1950万t, 2006 年增长到2842万t。尤其是进入21世纪之后,世界不锈钢产量大幅增加。据国际不锈钢论坛(ISSF)报道, 2006年世界不锈钢产量同比增长16.7 % ,其中亚洲增长20.6%,产量达到1510万t,超过世界总产量的一半,这说明世界不锈钢产量的增长因素主要来源于亚洲。2006年以前,日本、美国、韩国一直是世界不锈钢产量最大的几个国家,2006年,中国不锈钢产量达到530万t(同比增长68 %),首次超过日本成为世界不锈钢产量最大的国家。4.2我国不锈钢的生产和消费情况 自20世纪90年代以来,我国不锈钢供给一直远远不能满足需求,致使不锈钢材大量进口。进入21世

20、纪之后,不锈钢制品行业正如我国钢铁行业一样得到了突飞猛进的发展,不锈钢市场需求量迅速增加,许多企业纷纷新建或扩建不锈钢项目。2005-2006 年, 宝钢太钢不锈钢工程相继投产,在很大程度上缓解了我国不锈钢供给不足的矛盾。据中国特钢协会不锈钢分会报道:2006年我国不锈钢粗钢产量达到530万t(钢材450.8万t) ,同比长68 %;进口不锈钢250.1万t,同比降低20.13 %;出口90.4万t,同比增加122.64 %;表观消费量610万t, 增幅达14%。五、结论不锈钢冶炼工艺路线的确定，首先应以产品大纲为出发点，以不锈钢冶炼的原料组成和不锈钢精炼机理为依据，选择合适的不锈钢冶炼工艺路线。对于大型不锈钢生产企业，车间工艺设备的配置应能满足多样化工艺路线的选择要求，从而满足原料价格大幅波动的需要，适时更新和选择最佳的原料配比方案，同时冶炼设备应能满足不同原料配比的冶炼工艺。选择不锈钢工艺流程时必须考虑原料供应条件、生产规模、生产成本和产品品种与质量等因素。在废钢电炉流程、铁水转炉流程和废钢-铁水流程中,新建钢厂大多选择废钢-铁水混合流程,建设适应不锈钢和普钢生产的兼