转炉高效冶炼不锈钢技术

转炉高效冶炼不锈钢技术转炉高效冶炼不锈钢技术前言不锈钢以其优良的特性在化学、电力、交通运输、航空航天工业、1912年德国Crupp公司在感应炉上成功地开发出不锈钢冶炼工艺，并成功应用于生产实践以来，90了不懈的努力，开发出了多种不锈钢生产工艺技术。20世纪80脱磷和脱硫技术开发成功并应用于工业化生产，为转炉供给低磷、低硫铁水制造了条件。同时转炉顶底复吹技术日益完善，开发出了较强的、便少调整的、可供多种气体的底吹功能，使转炉吹炼不锈钢的条件更加优越，铬的氧化损失进一步降低。更为重要的是炉外精炼技术的进展格外迅猛，特别是RH-OR、RH-KTB、VOD等真空吹氧脱碳技术的开发，扩大转炉的不锈钢的品种。因此，随着铁水预处理，顶底复吹和炉外精炼技术献进展使得转炉冶炼不锈钢的生产规模逐步扩大。不锈钢冶炼工艺承受转炉生产不锈钢工艺路线如表1所示。不锈钢的冶炼方法依据原料的不同主要有三类，一类是以固态原料为主，如废钢或合金，先在电炉中熔化炉料，然后在不同的转炉中精炼(包拒AOD、CLU、K—OBM、KCB、MRP、LD—0B等)。既可以承受最终为VOD二步法。这种方法用电炉作为初炼炉，主要用于熔化炉料，生产不锈钢AOD二步法冶炼不锈钢，占不锈钢总产量献65%以上。其次类是以铁水为原料，不使用电炉熔化废钢，而是转炉内用铁水榨炼，这种方法由于铁水作为原料，可以降低不锈钢的生产本钱，因而在一些钢铁联合企业中得到了应用。+转炉进展冶炼，再经真空EAFAOD和EAF＋VOD的优点结合起来，到达快节奏、低本钱、低氩耗的生产超低碳、超低氮的不锈钢目的。该工艺承受脱磷铁水与EAF熔化炉的高温合金预熔液混合兑入转炉，在转炉内完成脱碳、脱硫、复原、粗调合金成分等任务，然后再进展真空处理，完成最终脱碳及合金成分调整等精炼工作。表1转炉用铁水冶炼不锈钢的主要生产工艺路线序号国家生产厂工艺路线产品组成产量/〔万t·a-1〕投产时间1日日铁HMDe-P+1×120tCr系：98.4%24.1198本八幡LD-OB+VODNi-Cr:1.6%32 日川崎千1×185tSR-KCB(铁Ni-Cr:36.9%60199本叶〔No.4〕水废钢)+1185tDC-KCB+VOD/RH-KTBCr系:主产品6.53 中台湾中HMDe-P+120t199国钢CSCB+VOD4.74 南ISCORHMDe-P+1×90t50199非Pretoria厂UHP+1×125tK-OBM-S+VOD6.75 巴AcesitaHMDe-P+2×33t30199西EFA+1×75tMRP-L+VOD6.56 日室兰厂HMDe-P+155t50197本LD-CB+RH-OB2Cr系:63.1%注:HM为铁水,De-P表示铁水脱磷，SR-KCB即熔融复原转炉，DC-KCB即脱碳转炉，LD-OB即日铁开发的顶底复合冶炼方法，MRP-L即曼内斯曼德马克开发的精炼方法，CSCB即台湾中Cr系:63.1%转炉冶炼不锈钢的关键技术脱碳保铬由于不锈钢的主要合金——铬元素在高温下很简洁氧化，因此在转失。依据冶金学原理，钢水温度越高越有利于脱碳反响的进展；转炉内CO的分压越低有利于铬的复原，在吹氧脱碳的同时，可抑制铬元素的氧化损失。为了符合热力学理论的要求，在转炉通常承受的是稀释精炼CO的浓度，降低CO的分压。同时，也可促进钢水的搅拌，加速脱碳反响。此外，在钢水温度掌握方面，首先要抑制热源缺乏的问题，然后才能有效到达高温(≥1700℃)操作。热补偿由于不锈钢是高合金钢，在冶炼时需参加大量的冷料合金，如仅以铁水的显热和氧化热在转炉内炼钢，其热能明显是不够的。[w(Ni)=25%]及铁水冶炼430304不锈钢的物料平430钢种的热缺乏率为5.29%，冶炼304钢种的热缺乏率为12.35%。依据台湾中钢针对304、316、410、420和430等钢种通过数学模型计算出加废钢和加17%的热量缺乏率如表2所示。表2中钢不锈钢转炉冶炼的热缺乏率%钢种不加废钢加17%的废钢SUS4305.414.2SUS4106.115.0SUS4208.016.8SUSSUS30411.521.8SUS31614.623.8400系列低合金牌号不锈钢有着明显的优势，日铁和台湾中钢的产品构造也证明白这一点。冶炼304以上高合金牌号不锈钢时在不加废钢时热缺乏率在10%转炉冶炼不锈钢时热量缺乏的问题，川崎千叶第四炼钢厂、台湾中钢等都是通过向转炉中参加焦碳，通过焦碳反响产生的CO二次燃烧放出的期，同时还会增加转炉和后工序的脱硫负担。炉底寿命由于顶底复吹转炉在冶炼不锈钢时，其底吹气体的流量是冶炼低碳钢的20倍以上，承受双重吹管，加上高温操作的因素，皆会加速炉底耐火材料的熔损。因此，降低本钱底耐火材料熔损速度技术，提高炉底耐火材料的寿命，成为降低转炉冶炼不锈钢本钱重要一环。为了解决转炉不锈钢时炉底寿命较低的问题，开发出了可更换炉底技术。炉底寿命的长短，取决于底吹喷嘴的寿命。底吹喷嘴通常为双层套管形式，内管依据冶炼不同的阶段要求喷吹氧气、氢气或氮气，外管吹入冷却性气体，在喷嘴区域形成保护性“蘑菇头降低耐火材料的消耗，同时可确保钢液充分搅拌。常用的冷却气体有天然气、丙烷和丁烷。常用冷却气体的保护气体的冷却效果如表3所示。序号气体名称裂解能(298~1623)序号气体名称裂解能(298~1623)显热/(kJ·mol-1)总热量/(kJ·mol-3)K/(kJ·mol-1)1自然气77.4107.481432丙烷103.7240.8153913丁烷125.6307.619525高效脱硫技术一般不锈钢成品的硫的质量分数要求在3.0×10-5的硫含量就尽可能在此水平，减轻后工序精炼的脱硫的负担。但由于转0.5%左右。(铁水、焦炭和合金)总硫量的一半以上。假设参加废钢，须参加更多的焦炭.则焦炭所，片比例高达三分之二以上。所以，转炉工艺需有足够的脱硫力量，才能使钢水硫含量降至规定的范围内。依据文献转炉的脱硫主要是在不锈钢冶炼复原期进展，脱硫率与复原期的炉渣有正相关性，炉渣的碱度愈高愈有利少脱硫反响((CaO)＋[S]＝CaS)＋[O])在1.5以上时，由脱硫率可达80%以上。转炉工艺加上后工序精炼的脱硫功能，可以使处理后的钢水含硫的质量分数稳定在2.0×10-5左右。转炉高效冶炼不锈钢的工艺铁水预处理P有大量的铬，从热力学角度分析，高铬钢液脱P困难，目前无高效、简洁的脱磷手段；而承受铁水作为原料，可以利用铁水预处理工艺将铁水中的P0.015%，避开承受废钢为原料时带入P高的问题，解决转炉冶炼过程中的脱磷难题。转炉顶底复吹冶炼技术不锈钢母液、快速脱碳。就其冶炼特点，可以分为单转炉冶炼、双转炉炼不锈钢模式。单转炉模式单转炉冶炼不锈钢以日铁八幅厂、室兰厂和台湾中钢为代表，日铁八幅厂生产不锈钢工艺流程图见图1所示。该工艺是在一个转炉完成不锈钢冶炼。经过脱硅、脱硫和脱磷铁水兑入顶底复吹转炉中，转炉的冶炼大致可以用分为三个阶段；第一阶段是1200~1250℃，铁水中硅质量分数也只有0.05%以下，所以需要以添加焦炭的方式来补偿热源缺乏；其次阶段为脱碳保铬期，此阶段需从料仓中连续添加大量的高碳铬铁及适量的高碳锰铁、镍粒等合金料，以氧气来连续进展脱碳反响1700增加熔池的搅拌功能步{降低炉内CO的分压，脱碳保铬；第三阶段为复原期，当碳质量分数脱至0.2%~0.3%时，转炉的脱碳任务完毕，停顿吹氧，此时渣中的氧化铬含量较高，需进展复原回收金属铬，可通过添加硅铁或铝来进展。转炉冶炼完毕后，钢水再经VOD或RH等精炼设备进行最终的脱碳和合金成分的调整。台湾中钢CSCB转钢冶炼不锈钢的吹炼模式图见图2。双转炉模式双转炉冶炼不锈钢工艺是以川崎制铁千叶厂No.4艺流程见图3。不锈钢冶炼承受两个转炉进展。由于冶炼不锈钢时，铬炼不锈钢的本钱，开发出了铬矿熔融复原工艺。该工艺是在不锈钢精炼前，将铬矿砂和焦炭从炉子的顶部参加熔融复原转炉(SR-KCB)中，利用焦炭和氧气反响热以及炭的复原力量将铬矿熔融并铬矿复原进入钢液中，从而生产不锈钢的初炼钢液。然后将熔融复原成含铬的钢液再在脱碳转炉(DC-KCB)脱碳、精炼工艺。铬矿的熔融复原日木川崎制铁千叶厂No.4车间熔融复原操作大致可以分三个阶段：第一阶段为返回料熔化期：连续吹炼熔化不锈钢返回料，并升温到预定的温度(1813~1833K)；其次阶段为熔融复原期：依据供氧速度，将铬矿和小块焦炭按肯定的比例参加炉中，一边保持熔池温度恒定，一边进展熔融复原反响。由顶枪的供氧条件和铬矿的参加速度。第三阶段为精炼复原期：调整炉渣成分，以复原残留在炉渣中的铬Cr的质量分数9%~12%的不锈钢的母液，此时钢液中[C]的质量分数为5%~6%范围内，温度为1540~1580℃，炉渣的碱度为2.5~3.00。转炉的脱碳将熔融复原炉得到的钢液再倒入脱碳炉(DC—KCB)炼，开头钢液中碳含量较高，需要加大氧气流量进展高速脱碳，以提高0.1%~0.2%时即可出1.0%1700℃左右的较窄的范围内。当碳的质量分数降至0.1%~0.3%低碳区时实施顶吹氮气，并加大底吹惰性气体流量，这样可以起到稀释CO分压并加钢渣界面的反响动能，有利于防止钢液中铬的氧化。然后将钢水在VOD或RH一KTB中进展精炼。铬的回收工艺在熔融复原炉和脱碳炉冶炼时产生炉尘，通过STAR(ShaftTypeAirRefining)炉进展回收处理。将焦炭从STAR炉的炉顶装入。炉子的下部有二排风口，枯燥的原料通过压缩空气从上部风口送入。经处理后的金属液用铸锭机进展铸造，送到转炉作为铬和镍的主要来源。经STAR工艺处理后98%的铬进入到钢液中，在渣中和炉尘中铬的质量分数均在1%左右。电炉一转炉模式该模式是为了解决转炉冶炼不锈钢时参加冷料合金量大的问题，承受电炉供给含铬铁水。该模式的最大特点是废钢和合金在电炉中熔化，转炉吹炼时无需参加焦炭补偿热量，冶炼品种范围也较广。不锈钢的精炼二次脱碳冶炼不锈钢的一个首要的任务就是要防止铬氧化的前提下加速钢液的脱碳。通常是通过降低CO的分压可以有效地实现这一目标。因此，在转炉脱碳冶炼中通过氧气和吹入惰性气体可以降低CO在钢液中的碳的质量分数小于0.1%氧化，提高氧气的利用率，且会脱去更多的碳。目前工业生产中应用的不锈钢精炼方法很多，但和转炉冶炼不锈钢匹配的主要是VOD和RH-KTB。依据ShujiTakeuchi等对SU5304、SUS430和SUH409不锈钢在真空条件下钢液中CCr含量计算结果如图33中可以看出，SUS304和SUS430不锈钢在6.67kPa或更低的压力下进展脱碳时无铬的氧化行为发生，SUH409在4.00kPa压力下可以将碳的质量分数脱至0.02%的水平面铬的氧化。承受RH-KTB对SUH409(含铬11%超低碳不锈钢)不锈钢精炼时处理过程如图44.00kPa进展处理。通过KTB法吹氧的方法进展脱碳会导致钢液中氧含量增加，0.O1%时，从Cr变化空脱碳降低钢液中氧量，通过脱碳过程中产生的CO气泡来加速脱氮。承受RH-KTB工艺