不锈钢冶炼工艺技术简介.doc

·不锈钢冶炼工艺技术简介不锈钢冶炼工艺技术简介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，从 1999 年的 35 万 t 增长到 2003 年的 177. 8 万 t，年均增长率约 50％，成为世界名名列第 4 位的不锈钢炼钢生产大国 AOD 炉装备和工艺的发展AOD 炉是精炼不锈钢的主要设备，目前世界上约有 1-175t AOD 炉 155 台，其中 1/2 在不锈钢厂，其余在铸造厂AOD 精炼的不锈钢产量约占世界不锈钢 80%以上中国第一台 18t AOD 炉自 1983 年 9 月投产以来，目前约有 1-40t AOD 炉 20 多座，其中 18t以上 AOD 炉共 8 台（包括太钢 3 x 40t、大连 1 x 40t、浦东 1 x 30t、上钢五厂 1x18t、长城 118t和宜达 lx18t 等）2004 年，上钢五厂 60t AOD 炉和上钢一厂 120t AOD 炉的投产使中国 AOD炉装备水平有了明显的提高太钢是中国最早采用 AOD 炉生产不锈钢的企业，目前 AOD 炉已累计生产不锈钢 200 多万 t，积累了许多经验。

为了进一步扩大生产能力，太钢对 18t AOD 炉实施两次技术改造经过第一次改造，AOD 炉容由 18t 扩至 40t，生产能力由 16 万 t 提高到 40 万 t2004 年实施第二次改造，炉容进一步扩大至 45t，增设顶吹氧枪，缩短了冶炼时间；引进奥钢联专家自动化控制系统，提高了冶炼控制精度；降低氨气消耗，加大了除尘风机的除尘能力，改善了环境质量经过两次改造，太钢 AOD 炉装备水平达到国际先进水平此外，太钢还计划实施日元贷款环保项目，6 座18t 化钢电炉将被改造成一座 90t 超高功率化钢电炉，这不但消除了化钢速度慢的生产瓶颈，也使生产能力进一步提高到 50 万 t，大大改善了环境质量，实现了真正的清洁生产近年来，中国 AOD 生产的操作技术取得了明显的成绩，主要进展如下：（1）炉衬寿命的提高AOD 炉的炉衬寿命是 AOD 生产的主要技术经济指标，经过多年来的技术攻关，特别是在改进操作工艺（例如，降低电炉出钢时的硅含量，改进 AOD 造渣制度，脱碳期碱度从 0.5 提高到1．0，还原期碱度从 0.8-1．0 提高到 2.0-3.5 以及采用优质耐火材料改进筑炉工艺等方面做了不少工作，AOD 炉衬寿命普遍有了提高。

太钢 AOD 炉炉衬寿命平均达 110 次，最高 130 次，其中使用太钢自产耐火材料的平均寿命达 92 次2）脱硫工艺的改进中国 AOD 炉大多采用单渣法吹炼工艺为降低钢中 S 含量，采用快速脱 S 工艺，精炼期渣中碱度控制在 2. 5 左右，钢包添加 SiCa，利用出钢时强烈搅拌作用脱硫，使钢中残留适量钙改进AOD 工艺后，脱硫率在 70%以上目前，太钢不锈钢中硫含量稳定在 0.005%以下，平均0.0034%3)含 N 不锈钢冶炼含 N 不锈钢中的氮合金化主要有两条途径：一是加人氮化锰、氮化铬等合金进行合金化，二是用氮气直接合金化，后者具有较低的生产成本AOD 炉可以用氮气直接合金化，因而，冶炼不锈钢具有很大的优势太钢在 18t 和 40tAOD 炉中应用氮在不锈钢中的溶解、脱除理论，建立了氮合金化工艺模型，冶炼中不需要分析钢中氮含量就能较为精确地控制成品中的氮含量，控制精±0.0135%目前，太钢已用氮气直接合金化的方法应用该模型批量生产OCr19Ni9N、OCr19Ni9NbN、1Cr17Mn6Ni5N、00Cr18Ni5Mo3Si2N 和 00Cr22Ni5Mo3N 等含氮不锈钢钢种。

2003 年，生产各类含 N 不锈钢 3.5 万 t，取得了明显的经济效益4)AOD 除尘灰的利用AOD 炉冶炼时的粉尘量为钢产量 0.7%-1．0%，一般 AOD 粉尘中含Cr2O3 15%，NiO 4%，CaO 26%，Fe 27%，MgO15%以及其它物质，粉尘粒度≤20μm，粉尘中Cr2O3 和 NiO 是贵重金属氧化物若不回收，不仅造成资源浪费，也会污染环境因此，如何回收 AOD 粉尘中的 Cr、Ni 二物是各不锈钢炼钢厂的重要课题太钢经研究采用的回收工艺是按还氧化物所需的 sic 量与粉尘混合成型，经 200℃干燥后送至中频感应炉进行熔还原，铸成高 C 镍铬合金（Cr13%－Ni6%），再送回电炉冶炼，用这种方法回收的 AOD 炉粉尘已取得较好的经济效益 铁水冶炼不锈钢技术的进展中国是一个发展中的国家废钢，特别是不锈钢废钢的积蓄量很少，因此，开发用全部铁水或部分铁水冶炼不锈钢是中国不锈钢厂的目标，世界上有 3 家工厂用铁水冶炼不锈钢，包括日本新日铁八幡厂、JFE 集团川崎千叶厂以及巴西 Acesita 厂中国太钢于 2003 年建成一条以铁水为主要原料的三步法生产工艺即铁水预处理脱硅脱磷-30t UHP 电炉预熔合金-75t K-OBM-S 复吹转炉脱碳-80t VOD 精炼 80t LF 炉精炼—立弯式方板坯连铸机。

其关键设备铁水预处理从日本 JFE集团川崎引进，75t K-B0M-S 转炉从奥钢联引进，80t VOD 从达涅利引进，这条生产线的设计不锈钢产量 55t 该转炉冶炼不锈钢有以下特点：(1)原料灵活，既可以用 EAF 预熔合金（15-30t）＋部分脱磷铁水（30-50t），也可全部用脱磷铁水（65t）冶炼不锈钢；(2)转炉炉容较大，可以保证平稳操作而不产生飞溅；(3)带枪位控制的顶枪，可以获得高的脱碳速度以及 CO 后吹操作，以保证冶炼操作中的热能需要；(4)底部风口冷却气体流量和压力可以单独控制，以保证最佳冷却和延长风口的使用寿命；(5)采用 VAI-CON-TEMP 连续测温装置；(6)采用气动挡渣器和 IRIS 测渣系统，减少出钢时渣量过多，以保证下工序 VOD 操作顺行；(7)采用先进的 Level II 自动控制系统和软件模型，确保转炉冶炼不锈钢时的全自动控制，提高不锈钢质量经过 1 年来的实践，太钢基本上掌握了 K-OBM-S 转炉不锈钢工艺，取得了以下成果：(1)K-OBIII-S 原设计产量为 35 万 t/a，2003 年 4 月投产以来，当年生产不锈钢 26.05 万t，2004 年安装 K-OBNI-S 转炉炉壳更换车，缩短了炉壳更换时间。

完成改造后，不锈钢设计产量为 55 万 t/a2)炉衬寿命不断提高，从开始的 200 次左右提高到目前的近 700 次，炉底寿命也在不断提高，从开始时的 50 次提高到目前的近 300 次（每个炉衬更换 2-3 次炉底）3)氢卸消耗大幅度降低，原设计冶炼 304 不锈钢氢气消耗为 8m3/t，现在底部风口全流程以N2 代 Ar，取得明显的经济效益4)取消电炉熔化合金工序，实施了 100%脱磷铁水，铬铁全部加人转炉内冶炼 400 系列不锈钢的二步法生产工艺流程，大幅度降低生产成本5)由于采用脱 P 铁水冶炼不锈钢，钢中 P 含量低于以废钢为主要原料冶炼的不锈钢，钢中As，Su，Cu 等有害元素也大大降低宝钢集团上钢一厂年产 72 万 t 以铁水和铬铁水为主要原料的一条不锈钢炼钢生产线已投产其工艺路线是铁水预处理-100t UHP 电炉预熔铬铁水和合金-120t VOD 精炼-120t VOD 精炼-连铸该生产线的转炉采用 AOD-L这条生产线的投产进一步提高了中国用铁水冶炼不锈钢的技术水平连铸技术的进展中国不锈钢连铸技术起点较晚，直至 1985 年，太钢投产了中国第一台立式板坯不锈钢连铸机。

由于这台连铸机采用单炉连铸离线切割方式，钢包容量只有 18t，最高年产量仅 5.8 万 t，不能实现全连铸生产1999 年，太钢决定对这台连铸机实施技术改造其改造目的是增加钢包和中间包容量，采用切割方式实现多炉连铸，改变二冷方式，提高铸坯质量2004 年，又决定对这台连铸机实施第二次技术改造这次改造目的是增加铸坯厚度规格至 200mm，提高铸坯质量，降低铸坯修磨损失其主要内容是将结晶器振动方式改为 DYNAFLEX 液压振动，二冷系统实施动态冷却(DYNACS)，安装 VAI 一 Q 质量控制专家系统，增设粒状保护渣自动加人装置和铸坯打印机经过改造，太钢在连铸工艺方面取得了以下进展：(1)不锈钢连铸比明显提高立式连铸机的连铸比从 1999 年的 51.4%提高到 2003 年的 97.5%2)连浇炉数明显提高对于 304 钢种来说，连浇炉数在 6 炉以上，连铸坯收得率提高 2.37 个百分比，平均 96.97％3)连铸工艺作了改进连铸钢水包全部采用底吹氢工艺，中间包采用挡渣墙和挡渣坝，连铸过程实施快速更换水口和无氧化保护浇铸工艺，连铸坯纯净度明显提高，其中氧含量和夹杂物含量分别稳定在 50ppm 和 60xl0ppm 以下（1ppm＝10-6）。

4)连铸坯修磨损失明显降低修磨损失从 1999 年的 4%左右降至 2003 年的 1．5%以下，预计2004 年 50%铸坯不修磨，修磨损失进一步降至 0.5％左右中国在 2003-2004 年期间投产的 3 台较先进的连铸机分别安装在太钢、宝钢集团上钢一厂和五厂这 3 台连铸机均设有液面自动控制、结晶器液压振动、防止漏钢预报、电磁搅拌、二冷动态气雾冷却和轻压下以及二级计算机控制系统，能确保不锈钢铸坯质量这些连铸机的投产必将进一步提高中国不锈钢连铸技术的水平发展趋势(1) 不锈钢企业的规模化和集约化国际不锈钢企业的规模化和集约化已成为潮流，特别是不锈钢板材生产的集中度越来越高，世界排名前 10 位的不锈钢公司产量占世界不锈钢总产量 80%名列前茅的阿赛洛公司、克虏伯蒂森不锈钢公司、奥托昆普公司和阿塞里诺克斯公司的炼钢能力均超过 200 万 t，其中阿塞洛公司达 350 万 to 不锈钢企业的大型化和集约化对降低原材料的采购成本和冶炼成本极有效果，对于提高生产效率和产品质量也有很大的好处中国生产不锈钢的企业多达 16 家以上，这还不包括众多的民营企业，规模最大的太钢，目前能力也只有 100 万 t，中国又是世界不锈钢消费量最多的国家。

因此，有必要顺应国际潮流，继续按照国际确定的“南宝北太”发展不锈钢的思路，分别将太钢和宝钢建成年产 250 万 t 和 150 万t 以上规模的不锈钢炼钢生产企业，提高中国不锈钢炼钢生产企业的集中度，促进中国不锈钢工业的健康发展2)不锈钢炼钢生产设备的大型化不锈钢炼钢生产设备的大型化是当今世界不锈钢炼钢生产发展的另一趋势20 世纪 70 年。