不锈钢生产技术的新进展.docx

1、不锈钢生产技术的新进展189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47。1不锈钢冶炼工艺1.1AOD 法AOD 法仍然是冶炼不锈钢的主要方法。目前世界上约有 1185 t AOD 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 1 000 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

2、的比例Table 1Proportion of stainless output produced by variousmelting processes to total stainless output冶炼方法占不锈钢总产量的比例/%1983 年1996 年AOD71.868.7转炉/VOD10.419.5VOD9.26.8电炉4.2-其它转炉(CLU，ASM，SFR 等)4.45.0注：世界不锈钢总产量，1983：655 万 t；1996：1 500 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 1/31/5 的 Ar/O2 混合气体和通

3、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 CO2。图 1 表明顶枪“硬吹”工艺(KCBS 工艺)比普通 AOD 工艺可缩短脱碳时间 44% 。-6 -63. -13. -1图 1无顶枪 AOD 与有“硬吹”顶枪 AOD 脱碳比较Fig 1Comprison of decarbonisation of AOD without top lanceand AOD with blowing hardtop lance另外“软吹”工艺缩短脱碳时间

4、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。80 t AOD 炉的技术经济指标见表 3。表 2AOD 冶炼的铁素体不锈钢中的 C 和 N 含量Table 2Obta

5、ined C and N content in ferrite stainless steelmelting by AOD process钢号C/10N/10典型最好典型最好11%13%Cr16%18%Cr70701003060801101001306080注：表中结果也可在冶炼奥氏体不锈钢中获得。表 380 t AOD 炉中生产 304 不锈钢技术经济指标Table 3Technical and economic index for 304 stainless steelproduced by an 80 t AOD furnace名称指标典型最好氩气/m t129氮气/m t9119. -

6、1. -1. -1. -1. -1. -1氧气/m3.t-12532-石灰/kg t506042萤石/kg t32铝/kg t21还原用硅/kg t896炉衬砖/kg t592脱碳金属/kg t135-兑钢至出钢时间/min508040总铬收得率(EAF/AOD)/%969799.5总锰收得率(EAF/AOD)/%8895总金属收得率(EAF/AOD)/%9597注：初始碳含量 1.8%，成品：N0.05%，S0.005%。 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

7、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(9001 100 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

8、不锈钢的工厂Table 4Some stainless steel works using three step meltingprocess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-OBM185 t EAF+190 t K-OBM-S+VOD+CC不锈钢板坯45 万 t1996.8南非伊斯柯K-OBMEAF+1125t K-OBM-S+VOD(双出)+CC不锈钢板坯50 万 t1995.5日本川崎K-OBMH/MDep+1160 t KMS-S+1160 t K-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MRP190 t EAF+

9、100 t MRP- S+2100 t VOD+CC不锈钢板坯50 万 t1988.411巴西阿谢 西塔MRP235 t EAF+175 t MRP-S+VOD+CC不锈钢板坯35 万 t(10 万t)1996.5日本日新LD190 t EAF+275 t430 t EAF LD-OB+VOD+CC不锈钢板坯48 万 t(54 万t)-日本新日 铁八幡LDEAF+1150 t LD-OB(160 tAOD)+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

10、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 Creusot Loire 厂发明的，是电炉 -转炉二步法。第 1 座 70 t 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 100 t CLU 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

11、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 120 t 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

12、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 7.7 kg/t 的新记录(过去消耗量为 40 kg/t)，炉衬寿命达到 2 000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 200 mm，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

13、上。(2)多炉连铸比不断提高，例如：浦项不锈1414，钢厂 90 t 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 420 min 。(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(160180 次/min)、浸入式水口插入深 度(110130 mm)；保护渣最佳消耗量(0.40.5 kg/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.

14、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 40127 mm，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 5CSP 和 ConRoll 生产线Table 5CSP and ConRoll production line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2150 tEAF1150 tAOD2150 tLF1150 tVDF2SMS 薄板坯连铸机厚度 4050mm宽度