不锈钢生产技术的新进展.docx

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不锈钢生产技术的新进展

［1］

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［9］

不锈钢生产技术的新进展

　　　由于不锈钢用途广泛，价格-寿命比低，可100%回收使用，以及冶金和材料的新工艺、新技术的迅速发展，使世界不锈钢成本大幅度下降，产量高速增长，也使不锈钢产量占钢总产量的比例有较大提高

［2，3］

。

同时，不锈钢的品种质量也有显著发展

［4～7］

。

1　不锈钢冶炼工艺

1.1　AOD法

　　AOD法仍然是冶炼不锈钢的主要方法。

目前世界上约有1～185tAOD炉155台，其中1/2在不锈钢厂，另外1/2在铸造厂。

AOD法生产的不锈钢已突破1000万t，约占世界不锈钢总产量的68.7%，见表1。

表1　各种方法冶炼的不锈钢占不锈钢总产量的比例

Table1　Proportionofstainlessoutputproducedbyvarious

meltingprocessestototalstainlessoutput

冶炼方法

占不锈钢总产量的比例/%

1983年

1996年

AOD

71.8

68.7

转炉/VOD

10.4

19.5

VOD

9.2

6.8

电炉

4.2

-

其它转炉

（CLU，ASM，SFR等）

4.4

5.0

　　注：

世界不锈钢总产量，1983：

655万t；1996：

1500万t　　近年来AOD工艺有不少改进，主要有：

（1）增加顶枪吹氧。

在脱碳过程中，通过风口吹入1/3～1/5的Ar/O2混合气体和通过顶枪吹入100%的氧。

顶枪吹氧工艺，有“硬吹”和“软吹”，“硬吹”就是通过顶枪吹入的氧100%同熔池反应；“软吹”就是通过顶枪吹入的氧，约60%同熔池反应，40%在炉帽空间将CO燃烧

成CO

2

。

图1表明顶枪“硬吹”工艺（KCB—S工艺）比普通AOD工艺可缩

短脱碳时间44%。

-6-6

3.-1

3.-1

图1　无顶枪AOD与有“硬吹”顶枪AOD脱碳比较

Fig1　ComprisonofdecarbonisationofAODwithouttoplance

andAODwith"blowinghard"toplance

　　另外“软吹”工艺缩短脱碳时间是“硬吹”的70%。

但是由于它能产生附加的热能并传递给熔池，因而还能减少硅的消耗、增加废钢用量并降低电炉出钢温度。

（2）计算机智能控制：

许多工厂已经发展了计算机静态和动态控制模型。

（3）用AOD法生产超低碳-超低氮铁素体不锈钢如409L和439L。

用AOD法生产的铁素体钢其碳和氮的含量很低（见表2）、接近于VOD法生产的钢，这种趋势还会发展下去。

　　正在开发的AOD技术：

不锈钢脱磷技术；通过风口喷粉技术；使用不规则形状风口、溅渣护炉技术等。

80tAOD炉的技术经济指标见表3。

表2　AOD冶炼的铁素体不锈钢中的C和N含量

Table2　ObtainedCandNcontentinferritestainlesssteel

meltingbyAODprocess

钢号

C/×10

N/×10

典型

最好

典型

最好

11%～13%Cr

16%～18%Cr

70

70～100

30

60

80～110

100～130

60

80

　　注：

表中结果也可在冶炼奥氏体不锈钢中获得。

表3　80tAOD炉中生产304不锈钢技术经济指标

Table3　Technicalandeconomicindexfor304stainlesssteel

producedbyan80tAODfurnace

名称

指标

典型

最好

氩气/mt

12

9

氮气/mt

9～11

9

.-1

.-1

.-1

.-1

.-1

.-1

氧气/m3.t-1

25～32

-

石灰/kgt

50～60

42

萤石/kgt

3

2

铝/kgt

2

1

还原用硅/kgt

8～9

6

炉衬砖/kgt

5～9

2

脱碳金属/kgt

135

-

兑钢至出钢时间/min

50～80

40

总铬收得率（EAF/AOD）/%

96～97

99.5

总锰收得率（EAF/AOD）/%

88

95

总金属收得率（EAF/AOD）/%

95

97

　　注：

初始碳含量1.8%，成品：

［N］0.05%，［S］0.005%。

1.2　三步炼钢法

　　三步炼钢法是80年代开发出来的不锈钢冶炼新工艺。

从表1可看出该方法在不锈钢生产中所占比例已接近20%。

　　与电炉-AOD二步法不同，三步炼钢法实质上是初炼炉-转炉-真空精

炼炉

［9，10］

，根据工厂的原料及其它条件，初炼炉既可选电炉也可以选

转炉。

转炉的型式有普通的复吹转炉LD、曼内斯曼.德马克公司开发的MRP-L转炉和奥钢联开发的K-OBM转炉。

转炉的功能主要是快速脱碳并避免铬的氧化，第3步的真空精炼炉主要采用VOD，个别厂采用RH-OB或RH-KTB。

目的是将钢水在真空下进一步精炼并调整成分。

以MRP为代表的三步炼钢法主要优点是：

转炉炉衬寿命高（900～1100炉次）、产品范围广、质量好（O、N、H低）、有利于同连铸机匹配（提高连铸炉数）。

表4是近年来新建的三步炼钢法不锈钢厂。

表4　三步炼钢法冶炼不锈钢的工厂

Table4　Somestainlesssteelworksusingthreestepmelting

process

厂名

转炉型

式

工艺路线

产品

设计产

量

竣工日

期

韩国　浦项

K-OBM

1×85tEAF+1×90tK-OBM-S

+VOD+CC

不锈钢

板坯

45万t

1996.8

南非　伊斯

柯

K-OBM

EAF+1×125tK-OBM-S+VOD（双出）

+CC

不锈钢

板坯

50万t

1995.5

日本　川崎

K-OBM

H/MDep+1×160tKMS-S

+1×160tK-OBM-S+VOD（RH-KTB）

不锈钢

板坯

普通钢

板坯

（60万

t）

1996.5

比利时　阿尔兹

MRP

1×90tEAF+100tMRP-S+2×100tVOD

+CC

不锈钢

板坯

50万t

1988.4

［11］

巴西　阿谢西塔

MRP

2×35tEAF+1×75tMRP-S

+VOD+CC

不锈钢

板坯

35万t

（10万

t）

1996.5

日本　日新

LD

1×90tEAF+2×75t

4×30tEAFLD-OB+VOD+CC

不锈钢

板坯

48万t

（54万

t）

-

日本　新日铁八幡

LD

EAF+1×150tLD-OB（1×60t

AOD）+VOD

+CC

不锈钢

板坯

碳钢板

坯

（20万

t）

-

　　注：

表中括号内数字为1996年产量。

1.3　其它转炉法

　　其它转炉法占世界不锈钢总产量的5%，例如：

1996年CLU法南非哥伦布厂生产的28万t，瑞典Degefors厂生产18万t，ASM法印度Jindal厂生产9万t，SFR法日本福山厂生产9万t。

　　CLU法是由瑞典Uddeholm和法国CreusotLoire厂发明的，是电炉-转炉二步法。

第1座70t工业炉于1973年在瑞典Degefors厂投产，1995年5月南非哥伦布厂投产了由奥钢联建设的2座100tCLU炉子，设计年产不锈钢54万t。

该工艺的主要特点是在脱碳过程中通过底部风口吹入的过热水蒸汽进入钢水后分解成氢和氧，氢可作为稀释气体代替氩来降低脱碳过程中的CO分压，氧则可进行氧化反应，同时在水蒸气分解过程中要吸收大量的热量，降低温度，因而无须像AOD工艺那样在脱碳末期加入固态冷却剂。

CLU法同AOD法相比氩气消耗可减少70%。

　　最近大型钢铁联合企业利用脱磷铁水的优势，将传统的LD转炉改造用于生产不锈钢。

例如，1990年9月日本钢管福山厂将120t转炉改造成为顶底吹炼的还原炉-SRF炉。

生产过程是将经脱磷和脱硫的铁水以及不锈钢废钢装入SRF炉内，同时装入铬矿石、镍矿石以及作为能源、还原剂的焦炭；先进行熔炼还原，然后再进行脱碳精炼，出钢后钢水经NK-AP处理或RH脱气处理，由于实施焦炭二次燃烧和强迫熔池搅拌技术，转炉内可加入大量铬矿石代替铬铁，创造了冶炼不锈钢铬铁消耗量仅为7.7kg/t的新记录（过去消耗量为40kg/t），炉衬寿命达到2000

次，生产能力可达1万t/月

［12］

。

2　不锈钢连铸工艺技术

2.1　普通不锈钢连铸机

　　从70年代以来不锈钢连铸发展很快，目前用于浇注不锈钢方坯、

板坯的专用普通连铸机已达77台，不锈钢连铸比已超过95%

［13］

。

　　普通不锈钢连铸浇注的板坯厚度一般为200mm，其发展趋势如下：

（1）产量规模不断扩大。

例如：

奥钢联新建的浦项公司和哥伦布不锈钢厂专用板坯连铸机以及改造的芬兰奥托昆普公司不锈钢专用板坯连铸机的规模都达到50万t以上。

（2）多炉连铸比不断提高，例如：

浦项不锈

［14］

［14］

，

钢厂90t钢包连铸机的连铸炉数从1989年1.6炉提高至1995年的4.1炉，最近又提高到7炉，连铸时间长达420min。

（3）板坯表面质量大大提高。

例如浦项不锈钢厂，通过安装大包探渣器避免大包下渣；中间包筑坝改善钢水流动，提高中间塞杆耐火材料质量以控制结晶器液面水平；确定最佳结晶器振动频率（160～180次/min）、浸入式水口插入深度（110～130mm）；保护渣最佳消耗量（0.4～0.5kg/t）以改善振痕深度，使不锈钢板坯质量大大提高。

目前304钢板修磨比为5%，热轧钢卷修磨比0.5%，430钢板坯修磨比为10%，热轧钢卷修磨比为5%。

（4）其它新技术的运用：

如等离子中间包加热技术，电磁搅拌技术等。

2.2　薄板坯连铸机

　　薄板坯连铸机已广泛用于生产普通钢，浇注板坯厚度为40～127mm，主要方法有西马克开发的CSP技术，德马克开发的ISP技术、达涅利开发的FTSR技术、奥钢联开发的ConRoll技术、美国莱平斯开发的TSP技术和住友金属开发的QSP技术。

但目前工业化的只有CSP和ConRoll生产技术，见表5。

表5　CSP和ConRoll生产线

Table5　CSPandConRollproductionline

新技术

厂名

冶炼设备

连铸设备

热轧设备

产品、规格及产量

CSP

纽柯公

司—

克劳福

茨维尔

厂

2×150t

EAF

1×150t

AOD

2×150t

LF

1×150t

VDF

2×SMS薄板

坯连铸机

厚度40～50

mm

宽度