不銹钢冶炼方法.ppt

不銹鋼冶煉方法2008關於不銹鋼的冶煉方法介紹•目前世界上不銹鋼冶煉方法有三種方法一步法二步法三步法一步法：•原理：即电炉一步冶炼不锈钢不锈钢主要由电弧炉采用返回吹氧法生产，利用合金元素氧化放热使钢液升温到1400~1600℃，在高温下实现高铬钢液去碳保铬•工作过程：熔化废钢所需的热量是由电极和废钢间电弧提供的废钢的熔化温度是由其成份决定的,一般在1400-1550 ℃（304L熔点1454℃）下开始熔化当废钢熔化完毕后,仍然需要升温,以便精炼反应正常进行.氧和碳可以直接吹入钢液和渣相.然而,反应产物可能会影响产品质量,因此需要仔细控制.渣中通常加入发泡剂,比如:石灰,白云石和萤石.炉渣的密度小于钢液密度,通常浮在钢液表面.炉渣除了可以吸附钢液中的杂质和防止钢液被大气二次氧化以外,它还能保护炉壁免受电弧的辐射,可以提高电的效率.因此选用高品质炉渣并使其具有发泡性能是非常重要的 •缺點：由于一步法对原料要求苛刻(需返回不锈钢废钢、低碳铬铁和金属铬)，生产中原材料、能源介质消耗高，成本高，冶炼周期长，生产率低，产品品种少，质量差质量差，炉衬寿命短，耐火材料消耗高，因此目前很少采用此法生产不锈钢。

二步法：•1965年和1968年，VOD和AOD精炼装置相继产生，它们对不锈钢生产工艺的变革起了决定性作用前者是真空吹氧脱碳，后者是用氩气和氮气稀释气体来脱碳将这两种精炼设施的任何一种与电炉相配合，这就形成了不锈钢的二步法生产工艺 •VOD缺點：采用电炉与VOD二步法炼钢工艺比较适合小规模多品种的兼容厂的不锈钢生产 •AOD缺點：1、炉衬使用寿命短； 2、还原硅铁消耗大； 3、目前还不能生产超低C、 超低氮、不锈钢，且钢 中含气量较高； 4、氩气消耗量大 三步法：•是在二步法的基础上增加深脱碳的装备通常的三步法有初炼炉→AOD→VOD→（LF）→CC，初炼炉→MRP→VOD→（LF）→CC 等多种形式第一步，初炼炉只起熔化和合金化作用，为第二步的转炉冶炼提供液态金属第二步是快速脱碳并防止铬的氧化第三步是在VOD 的真空条件或LF精炼炉对钢水进一步脱碳和调整成分配料：配料是电炉炼钢工艺中不可缺少的组成部分，配料是否合理关系到炼钢工能否按 照工艺要求正常地进行冶炼操作合理的配料能缩短冶炼时间配料时应注意：一是必须正确地进行配料计算和准确地称量炉料装入量二是炉料的大小要按比例搭 配，以达到好装、快化的目的。

三是各类炉料应根据钢的质量要求和冶炼方法搭配使用四是配料成分必须符合工艺要求 转炉炼钢（MRP）•转炉炼钢法 这种炼钢法使用的氧化剂是氧气把空气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化在氧化的过程中放出大量的热量 （含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度），可使炉内达到足够高的温度因此转炉炼钢不需要另外使用燃料 转炉炼钢是在转炉里进行转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许多小孔（风口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉开始时，转炉处于水 平，向内注入1300摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈 沸腾炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起 成为炉渣 当磷于硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成这时应立即停止鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进行脱氧。

整个过程只需15分钟左右如果空气是从炉低吹入，那就是低吹转炉 随着制氧技术的发展，现在已普遍使用氧气顶吹转炉 （也有侧吹转炉）这种转炉吹如的是高压工业纯氧，反应更为剧烈，能进一步提高生产效率和钢的质量 •在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，1978-1979年成功开发年成功开发了转炉顶底复合吹炼工艺，即从转炉上方供给氧气（顶吹了转炉顶底复合吹炼工艺，即从转炉上方供给氧气（顶吹氧），从转炉底部供给惰性气体或氧气，它不仅提高钢的氧），从转炉底部供给惰性气体或氧气，它不仅提高钢的质量，而且降低了炼钢消耗和吨钢成本，更适合供给连铸质量，而且降低了炼钢消耗和吨钢成本，更适合供给连铸优质钢水优质钢水 AOD• AOD(Argon Oxygen Decarburization)氩氧精炼法由美国的联合碳化物公司与Josly 公司合作于1968 年发明的AOD 炉二次精炼工艺的诞生为大量生产高质量的不锈钢开辟了道路据美国普莱可斯公司统计，2006 年全球68.7%的不锈钢，是用普莱可斯许可的AOD 生产的•AOD法的工作原理•AOD 精炼工艺是把电炉粗炼好的钢水倒 入AOD 内，用一定比例的氧和氩的混合 气体从炉体下部侧部吹入炉内， 在O2－Ar 气泡表面进行脱碳反应。

由于Ar 对所生成的CO 的稀释作用 降低了气泡内的CO 分压，因此促成 了脱碳，防止了铬的氧化AOD法的基本工艺•AOD 法一般为电炉→AOD 炉双联工艺不锈钢的冶炼过程大致分为三个时期：即熔化期、氧化期和还原精炼期熔化是在电炉中进行，氧化和精炼在AOD炉中进行•熔化：在电炉中装入废不锈钢、合金铁（高碳铬铁、高碳镍铁、电解镍、NiO等）和造渣材料（石灰等）进行熔化炉料成分除了碳、硅、硫外，应接近钢号标准成分电炉钢水还原和成分调整后，达到1500℃左右出钢•氧化脱碳：电炉钢水倒入AOD炉后首先吹入氩氧混合气体进行脱碳脱碳后期为了控制出钢温度并有利于炉衬寿命，需添加清洁的本钢种废钢冷却钢水脱碳终了后根据冶炼钢种不同可以进行扒渣处理AOD法的基本工艺•还原精炼：钢中的含碳量降到规定值以后，即可停止吹O2，随后加入硅铁、硅铬、铝等还原剂和石灰造渣材料调整成分，温度合适即可出钢为提高还原效率，希望在1700℃以上的高温下进行•另外，AOD 法的一项十分重要的技术进展就是移植了顶吹氧的转炉经验，提高了脱碳初期的升温速度和钢水温度按照传统的AOD 操作，脱碳终了加入硅铁进行Cr2O3 的还原操作，然后扒去85% 以上的渣子再加入CaO、CaF2 及粉状FeSi 粉或CaSi 进行脱硫的精炼操作，这样对成本、精炼时间、操作条件都十分不利。

新日铁光制所采用Al 代替FeSi 进行脱硫，取得满意的效果，[S]＜0.001%，还原精炼时间可以大大缩短AOD法的基本工艺AOD優點：•AOD生产工艺对原材料要求较低，电炉出钢含C可达2％左右，因此可以采用廉价的高碳FeCr和20％的不锈钢废钢作为原料，降低了操作成本•AOD法可以一步将钢水中的碳脱到0.08％，如果延长冶炼时间，增加Ar量，还可进一步将钢水中的碳脱到0.03％以下，除超低碳、超低氮不锈钢外，95％的品种都可以生产•不锈钢生产周期相对VOD较短，灵活性较好•生产系统设备总投资较VOD贵，但比三步法少•AOD炉生产一步成钢，人员少，设备少，所以综合成本较低•AOD能够采用含C1.5％以下的初炼钢水因此可以采用低价高碳FeCr、FeNi40以及35％的碳钢废钢进行配料，原料成本较低 VOD 冶炼不锈钢•VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)真空吹氧脱碳法是现今世界范围内第二位的不锈钢冶炼手段，可以冶炼超低碳、高难度、高纯度的不锈钢产品此法是原西德维腾特殊钢厂(Edel-stahlwerk Witten)于1965 年所发明的，容量为50t。

现全世界共有近百台，其容量为5～150t我国第一台VOD 容量为13t，于1982 年在大连钢厂投产VOD 主要装备有:钢包、真空罐、氧枪、加料系统、测温取样系统、真空系统和控制系统该工艺是生产不锈钢最合适的真空方法之一，被认为是生产低碳、低氮不锈钢的最有效的方法•VOD法的工作原理： VOD 法通过抽真空降低CO 分压进行脱碳保铬 VOD 冶炼不锈钢•VOD法的基本工艺： •VOD 法冶炼不锈钢生产工艺路线有电炉流程和转炉流程两种，具体步骤为：•电炉（EAF）→VOD： 在电炉（或转炉）中熔化和初炼(初脱碳、脱硅、脱硫)，使钢水含碳量和温度达到VOD 精炼的要求；•转炉→VOD：二是将初脱碳后的钢液用VOD 法继续脱碳和还原精炼，生产出合格的不锈钢钢水以转炉为初炼炉给VOD 提供粗炼钢水是不锈钢生产的又一途径转炉，特别是顶底复合吹炼转炉，去碳速度快，可以两次造渣，因此可以提供温度高、含碳量低的初炼钢液，从而减轻VOD 去碳负担，缩短精炼时间，实现以最低的成本冶炼不锈钢VOD 冶炼不锈钢•VOD法冶炼不锈钢的优缺点:•（1）降碳保铬效果好通过控制真空度，可在铬几乎不被氧化的情况下脱碳。

脱碳后用于还原渣中氧化铬的还原剂用量少；•（2）由于是在钢包中精炼，精炼后不吸收氮、碳，更适合冶炼超低碳、超低氮不锈钢；•（3）脱氧效果好•与顶底复合吹炼转炉和AOD 相比，VOD 设备复杂，冶炼费用高，脱碳速度慢，初炼炉需要进行粗脱碳，生产效率低优点是在真空条件下冶炼，钢的纯净度高，碳氮含量低，一般C+N<0.02％，而AOD 法则在0.03％以上，因此VOD 法更适宜冶炼C、N、O 含量极低的超纯不锈钢VOD 法吹炼不锈钢铬的回收率一般为98.5％ ～99.5％。