（冶金工程专业论文）不锈钢冶炼粉尘形成机理及直接回收基础理论和工艺研究.pdf

中南人学博j ：学位论文 摘要 摘要 不锈钢冶炼粉尘含有多种重金属，填埋弃置不仅污染环境，而且造成宝贵的镍、 铬等金属资源流失。通过前期探索提出返回熔炼的直接回收工艺方案处理不锈钢冶炼 粉尘，即粉尘与还原剂碳混合制粒后加入炼钢炉，使粉尘中的有价金属还原并以合金 元素的形式回收于不锈钢母液之中。在国家自然科学基金等项目的支持下完成本课题 的研究，研究内容主要涉及以下三个方面：( 1 ) 不锈钢冶炼粉尘形成机理及其直接返 回对冶金体系物化特性的影响( 2 ) 不锈钢冶炼粉尘直接返回处理基础理论研究( 3 ) 不锈钢冶炼粉尘直接返回熔炼的新工艺研究。解决了实现该工艺技术所必需解决的 些关键基础理论问题和关键技术难题，取得以下进展。 应用高速摄影技术观察研究不锈钢冶炼高温熔体表面气泡破裂过程，确定膜滴和 喷射液滴的特征、大小和数量与气泡直径之间的定量关系，系统地分析了粉尘形成过 程的物理化学变化及其物理化学特性，确定了粉尘形成过程可分为| j 驱体形成和细小 颗粒的集聚长大两个阶段，这为不同成份冶炼粉尘的分离及分别处理和现有除尘设备 的改造提供依据。 热力学分析表明，不锈钢冶炼粉尘中的镍很容易还原、其次为铁、而铬较难还原， 并伴随有铅、锌氧化物的还原。确定了各元素的物相的稳定区，明确了铬的各种碳化 物物种的稳定区。动力学研究表明，球团碳热还原过程分三个阶段进行，确定了各阶 段的控制因素和粉尘中各金属氧化物的还原特征。 分别采用水力模型和高温金属与炉渣体系考查气泡在钢渣界面的分离行为，发现 气泡在钢渣界面的停留与炉渣的化学成份、钢渣界面张力、气泡的大小、熔体温度等 因素紧密相关，气泡在钢渣界面的停留时间随着气泡尺寸的增大而延长，但随温度的 升高显著降低。气泡在钢渣界面停留的这些行为特征，为促进气泡携带兴杂物迅速通 过钢渣界面提供了依据。 电弧炉炼钢炉渣发泡性能研究查清了不锈钢炉渣发泡性能差的原因：炉渣中 c r 2 0 3 含量低于1 6 时不会降低炉渣的发泡性能，只有超过此溶解度后才导致发泡性 能显著下降：炉渣发泡取决于冶炼时产生的c o 气体量，f e o 的还原速度比c r 2 0 3 的 高得多从而产生更多的c o 气体，这是导致碳钢电弧炉冶炼易实现炉渣最大泡沫化的 原因；直接回收工艺所添加的碳酸钙与硝酸钙，其加热分解可产生大量的气体，可作 为炉渣发泡的内气源。这些提高炉渣发泡能力的方法可提高直接回收工艺的炼钢能 力。 首次明确了球团浸没在液态炉渣中的加热熔化特征，揭示了固态炉渣壳的形成与 生长，然后熔化向球团内部渗透的显微过程，查明了直接回收工艺过程中固态炉渣壳 的寿命和球团加热熔化机理，掌握了球团中加入金属铁粉促进热传导而加速球团的熔 化规律，确定了球团的存在位置和在钢渣之i 、日j 的体积分配，建立了钢渣界面张力的定 中南大学博t 学位论文摘要 量计算方法。 建立了磷硫脱除过程数学模型，确定了磷、硫的传输速度为过程的控制步骤，揭 示了钢中【j p 】和炉渣中( 尸) 以及钢中【s 】和炉渣中( s ) 随时间的变化关系以及 炉渣中f e o 在磷硫脱除过程中的作用机制，为不锈钢冶炼粉尘直接回收工艺所获得 的不锈钢母液中磷硫含量的控制提供了依据。 不锈钢粉尘直接返回冶炼的工艺研究克服了不锈钢冶炼粉尘造球困难以及木质 素磺酸钙作粘结剂时带入有害元素硫的问题，取得了镍、铁的回收率超过9 6 和铬的 回收率超过9 4 以及钢锭中p 、s 含量可控的理想效果。不锈钢冶炼粉尘球团的预还 原不利于有价金属的还原回收，球团自然干燥后于电弧炉炼钢过程中的还原期加入较 适宜，而且要在冶炼过程结束的前3 r a i n 左右加入金属还原剂调整渣型以提高冶炼金 属回收率。 对无回收价值的冶炼粉尘用廉价的粘土作为粘结剂进行固化处理即可通过标准 毒性浸出试验。其工艺参数为：采用5 0 的粉尘与5 0 的粘土混合，在1 1 0 0 0 c 下热 固化1 5 m i n ，固化产物热稳定性良好可作为建材使用。 总之，不锈钢冶炼粉尘直接返回冶炼的回收处理技术可充分利用钢厂现有设施， 是一种投资省、生产运行成本低的处理不锈钢冶炼粉尘的新方法。 关键词：不锈钢冶炼粉尘；直接还原；金属资源回收；环境保护 中南大学博士学位论文摘要 s t u d yo nt h ed i r e c tr e c y c l i n go fs t a i n l e s ss t e e l m a k i n gd u s t a b s t r a c t s t a i n l e s ss t e e l m a k i n gd u s tc o n t a i n sv a r i o u sh e a v ym e t a l si tm a k e st h ee n v i r o n m e n t p o l l u t e da n dm e t a lv a l u el o s tt od i s p o s eo rl a n d f i l l t h ed u s ti nat r a d i t i o n a lw a y d i r e c t r e c y c l i n go fs t a i n l e s ss t e e l m a k i n gd u s tw a sp u tf o r w a r da f t e rt h ei n i t i a li n v e s t i g a t i o n ，i n w h i c ht h ep e l l e t sw e r ep r o d u c e da f t e rm i x i n gt h ed u s ta n dr e d u c i n ga g e n tc a r b o n ，a n dt h e n a d d e dt ot h ee l e c t r i ca r cf u r n a c eu s e df o r t h es m e l t i n go fs t a i n l e s ss t e e l s t h em e t a l s p r e s e n ti nt h ed u s tw e r er e d u c e da n dr e c o v e r e dt ot h el i q u i ds t e e li nt h ef o r mo fa l l o y i n g e l e m e n t st h i ss t u d yw a sc o m p l e t e du n d e rt h ef i n a n c i a ls u p p o r t so fn a t u r a ls c i e n c e f u n d a t i o no fc h i n ap r o j e c t “s t u d yo nt h em e c h a n i s mo fd i r e c tr e d u c t i o no fs t a i n l e s s s t e e l m a k i n gd u s t ”，o fh u n a ns c i e n c t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a lk e yp r o j e c t e a fs t e e l m a k i n g a n dt r e a t m e n to ft h ed u s t ”，o fn a t u r a ls c i e n c e sa n de n g i n e e r i n gr e s e a r c hc o u n c i lo f c a n a d ap r o j e c t d i r e c tr e c y c l i n go fe a fs t a i n l e s ss t e e ld u s t ”t h er e s e a r c hc o n t e n t sd e a l t w i t hf o l l o w i n gt h r e ea s p e c t s ：( 1 ) t h ef o r m i n gm e c h a n i s mo f s t a i n l e s ss t e e l m a k i n gd u s ta n d t h ee f f e c t so fa d d i n gp e l l e t st ot h ef u r n a c eo nt h es m e l i n gs y s t e m ；( 2 ) f o u n d a m e n t a ls t u d y o nd i r e c tr e c y c l i n go fs t a i n l e s ss t e e l m a k i n gd u s t ；( 3 ) s t u d yo nt h en e wt e c h n o l o g yo fd i r e c t r e c y c l i n go fs t a i n l e s ss t e e l m a k i n gd u s tt h ea c h i e v e m e n to f t h i ss t u d ys o l v e dt h es o m ek e y a c a d e m i ca n dt e c h n i cp r o b l e m sf o rt h ea p p l i c a t i o no ft h en e wt e c h n o l o g yi np r a c t i c ea n d f o l l o w i n gp r o g r e s sw a sa c h i e v e d h i g hs p e e dc a m e r aw o r kw a st a k e nt oo b s e r v et h eb u b b l eb r e a ko nt h es u r f a c eo f m o l t e ns l a gi nt h ee x p e r i m e n t sa n dt h ed u s tc o l l e c t e dw a sd e t e c t e df o rt h ec h e m i c a l e l e m e n t s ，s p a c i e sa n dm o r p h o l o g y t h ep r o p e r t i e so ff i l md r o pa n dj e td r o pf r o mt h e b u b b l eb r e a kw a sc o m m a n d e da n dt h ee f f e c to f b u b b l ed i a m e t e ro nt h es i z ea n da m o u n to f d r o p sw a sd e t e r m i n e dt h ef o r m a t i o np r o c e d u r eo ft h ed u s ta n dt h ep h y s i c a l c h e m i c a l c h a n g e si nt h ep r o c e d u r ew e r ea s c e r t a i n e da c c o r d i n gt ot h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n ，p h a s e s t r u c t u r ea n dd i s t r i b u t i o no f p a r t i c u l a t es i z eo f t h ed u s t ，a n df o l l o w i n gt h a tt h ep h y s i c a la n d c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ed u s tw e r em a d ec l e a rt h ep r o c e d u r eo ft h ed u s tf o r m a t i o n w a sc l a s s i f i e di n t ot w os t a g e s ，p r e c u r s o ra p p e a r a n c ea n da c c u m u l a t i o no fs m a l lp a r t i c u l a t e s i tc o u l dd e l i v et h ed a t af o rt h es e p a r a t i o no fd i f f e r e n tc o m p o n e n t i a ld u s t st ot r e a ti n d i f f e r e n tw a y sa n dt h ee q u i p m e n ta l t e r a t i o no f t h ed u s tc o l l e c t i o n a c c o r d i n gt ot h et h e r m o d y n a m i cc a l c u l a t i o no nt h es t a i n l e s ss t e e l m a k i n gd u s t ，t h e n i c k l ec a nb ee a s i l yr e d u c e d ，a n dt h e ni st h ei r o n ，t h ec h r o m i u mi st h em o s td i f f i c u l tm e t a l r e d u c e di nt h ed i r e c tr e c y c l i n ga tt h es a m et i m eo f t h er e d u c t i o no f a b o v et h r e em e t a l s ，t h e l e a da n dz i n cp r e s e n ti nt h ed u s ta r er e d u c e d ，b u tt h er e d u c t i o no fa 1 2 0 3 、c a o 、m g o 、 m n o 、s i 0 2w i l ln o th a p p e na l lp h a s e sa n ds t a b l er e g i n sa r ei n d i c a t e da n dt h ee f f e c to f c a r b o nc o n t e n ti nt h ep e l l e to nt h ec a r b i d e sa p p a r i n gi nt h ed i r e c tr e c y c l i n gi sd e t e r m i n e d a c c o r d i n gt ot h ec h e m i c a l r e a c t i o n si nt h ep r o c e s st h et h e o r i e so fd i r c tr e c y c l i n go f 1 i i 中南大学博上学位论文摘要 s t a i n l e s ss t e e l m a k i n gd u s ta l ed e t e c t e di nt h i sr e s e a r c h t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t n i c k e la n di r o ni nt h ed u s ta r ee a s i l yr e d u c e dw h e r e a sc h r o m i u mi sh a r d 1 1 1 e k i n e t i c s r e s e a r c ho nt h er e d u c t i o no ft h ed u s ti n d i c a t e st h a tt h et h e r m a lr e d u c t i o no fp e l l e tb y c a r b o nc a l lb ec l a s s i f i e di n t ot h r e es t e d s ，a sw e l la st h ec o n t r o lf a c t o r si ne a c hs t e pa n dt h e r e d u c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fm e t a lo x i d e si nt h ed u s t i ti sp o s s i b l et ob r i n gn o n - m e t a l l i ci n c l u s i o n si n t ot h em o l t e ns t e e l i nt h ed i r e c t r e c y c l i n gp r o c e s sb ya d d i n gp e l l e t st ot h ef l l m a c e ，w h i c hw i l la f f e c tt h eq u a l i t yo fs t a i n l e s s s t e e lp r o d u c t 1 1 1 ei n c l l u s i o nr e m o v ed e p e n d so nt h ea b i l i t yo fb u b b l et ob r i n gt h e i n c l u s i o n sp a s st h r o u g ht h ei n t e r f a c eo fs l a ga n ds t e e l w a t e rm o d e la n dh i g ht e m p e r a t u r e s t e e l s l a gm o d e lw e r es e t u pt oi n v e s t i g a t et h eb e h a v i o ro fb u b b l eo nt h ei n t e r f a c e i tw a s f o u n dt h a tt h eb u b b l er e s to nt h ei n t e r f a c ew a sd e p e n d e n to nt h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o no f t h es l a g ，t h ei n t e r r a c i a lt e n s i o no fs l a ga n ds t e e l ，t h es i z eo fb u b b l e ，t h et e m p e r a t u r eo ft h e m e l t s t h er e s tt i m eo fb u b b l ea tt h ei n t e r f a c ew a sp r o l o n g e dw i t ht h ei n c r e a s eo fb u b b l e d i a m e t e ra n ds h o r t e n e dw i t hi ni n c r e a s eo ft h et e m p e r a t u r e b e h a v i o ro ft h eb u b b l er e s t i n g o nt h ei n t e r f a c eo fs l a g s t e e lw a sc o m m a n d e dt h r o u g ht h ee x p e r i m e n t sa n di tc o u l dd e l i v e t h ed a t af u rt h ei m p r o v e m e n to ft h eb u b b l et ot a k et h ei n c l u s i o n sp a s s i n gt h r o u g ht h e i n t e r f a c e t od e c r e a s et h ep o w e ra n dm a t e r i a lc o n s u m p t i o nb yi m p r o v i n gt h ef o a m a b i l i t yo f s l a gi ns t e e l m a k i n gb ye l e c t r i ca r cf u r n a c ei st h eo b j e c t i v eo fm e t a l h i r g i s t sf u ral o n gt i m e 1 1 1 ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h ef o a m a b i l i t yo fs l a gh o l d st h el i n ew h e nt h ec r 2 0 3 c o n t e n ti nt h es l a gi sb e l o w1 6 b u tt h ef o a m a b i l i t yw i l ls h a r p l yd e c r e a s ew h i l et h e c o n t e n ti so v e rt h i sa m o u n tw h i c hi st h es o l u b i l i t yo fc r 2 0 3i nt h es l a g s l a gf o a m i n g d e p e n d e do nt h ea m o u n to fc oo c c u r r e di nt h es m e l t i n ga n dt h er e d u c t i o no ff e ow a s m u c hf a s t e rt h a nt h a to fc r 2 0 3s ot h a tt h er e d u c t i o no ff e op r o d u c e dm u c hm o r ea m o u n t o fc o ，w h i c hw a st h er e a s o nt h a tt h ef o a m a b i l i t yo fs l a gi nc a r b o ns t e e l m a k i n gw a sh i g h e r t h a t t h a ti ns t a i n l e s ss t e e l m a k i n g d i r e c tr e c y c l i n go fs t a i n l e s ss t e e l m a k i n gd u s tw a s b e n e f i ct ot h es l a gf o a m i n gb e c a u s eac e r t a i na m o u n to fc ow a sp r o d u c e db yt h ea d d i t i o n o fp e l l e tt ot h ef u m a c e f u r t h e r m o r et h ec a l c i u mc a r b o n a t eo rc a l c i u mn i t r a t ei n t r o d u c t i o n i nt h ed i r e c tr e c y c l i n gp r o d u c e dal o ta m o u n to fc ob yt h e r m a ld e c o m p o s i t i o n i no t h e r w o r d ，i n e rg a ss o u r c e sw e r ei n t r o d u c e di nt h i sw a y i tw a sm a d ec l e a rt h a tp o o rf o a m a b i l i t y o fs t a i n l e s ss t e e l m a k i n gs l a gb a s e do i lt h i ss t u d ya n dt h ew a yt oi m p r o v et h ef o a m a b i l i t y w a sf o u n d n l ea v h i e v e m e n to f t h er e s e a r c hi sh e l p f u lf u rt h ei m p r o v e m e n to fs t e e l m a k i n g a b i l i t yo f e l e c t r i ca r cf u m a c e i ti st h ef i r s tt i m eb yt h ee x p e r i m e n t st ou n c o v e rt h em i c r o p r o c e s so ft h ei m m e r g i n g p e l l e ti n t ot h em o l t e ns l a ga n d t od e s c r i b et h es o l i ds l a gs h e l lf u n n e da n dd e v e l o p e do nt h e s u r f a c eo ft h ep e l l e ta n dt h e nm e l t e dd o w na n dp e n e t r a t e dt ot h ei n n e rp a r to ft h ep e l l e t n l el i f e t i m eo ft h es o l i ds l a gs h e l la n dt h em e c h a n i s mo fp e l l e tm e l t i n ga r ed e t e r m i n e d n l ec o n t e n to fi r o np o w d e ri nt h ep e l l e tc a ns p e e du pt h em e l t i n go ft h ep e l l e tb y 4 v 中南人学博f ：学位论文 摘要 a c c e l e r a t i n gh e a tt r a n s f e r 1 1 1 ep o s i t i o no fp e l l e ta n dt h ev o l u m ep e r c e n t a g eo fp e l l e ti nt h e s l a ga n ds t e e lf i r ec o n f i r m e d t h em e t h o dt oc a l c u l a t et h ei n t e r f a c i a li n t e n s i o na n dt h e f a c t o r sa f f e c t i n gi tf i r ed e f i n e d t h i sr e s e a r c hm a k e st h em e c h a m i s mo fd i r e c tr e c y c l i n gb e d e e p l yu n d e r s t o o d t h em m h e m a f i cm o d e l sf o rt h er e m o v eo fp h o s p h o ra n ds u l f u rf r o ml i q u i ds t e e lw e r e s e t u pi n t h i ss t u d y 1 1 1 et r a n s f e rr a t eo fp h o s p h o ra n ds u l f u rw a st h ec o n t o le l e m e n to ft h e p r o c e s sa n dt h et r a n s f e rc o e f f i c i e n t sf o rt h e mi nt h ei n i t i a la n dl a t es t a g e so ft h ep r o c e s s w e r ea s c e r t a i n e d t h ef u n c t i o n so f 【p 】，( p ) ，【s 】a n d ( s ) 、i t l lt h et i m ew e r e e s t a b l i s h e d f e oc o n t r i b u t e dt ot h er e m o v eo fp h o s p h o ra n ds u l f u ra n dt h ec o n t e n to ff e o i nt h es l a gc h a n g e dw i t ht h et i m ew a sd e s c r i b e d t 1 1 i sr e s e a r c hc o u l dd e l i v et h ed a t af o rt h e c o n t r o lo fp h o s p h o ra n ds u l f u ri nt h es t e e lo fd i r c tr e c y c l i n g p e l l e t i z a t i o ni st h ef i r s tp r o c e d u r eo ft h ed i r e c tr e c y c l i n go f s t a i n l e s ss t e e l m a k i n gd u s t n l es t r e n g t ha n dp r o p e r t yo f p e l l e t sh e a v i l yi n f l u e n c et h er e c o v e r yo f m e t a l sp r e s e n ti nt h e d u s t i tw a sf o u n dv e r yd i f f i c u l tt om a k ep e l l e t sw i t ht h ed u s t ，a n do n l yl i g n o s u l f o n a t eu s e d a st h eb i n d e rc o u l d s 仃o n gp e l l e t s b e e nm a d ef o rt h ed i r e c tr e c y c l i n go fs t a i n l e s s s t e e l m a k i n gd u s t t h es u l f u rr e m o v em u s tb et a k e nb e c a u s ee l e m e n ts u l f u rp r e s e n ti nt h e l i g n o s u l f o n a t e t h ep a r a m e t e r so fp e l l e t i z a t i o na r ed e t e r m i n e da n dt h er e s e a r c ho f p e l l e t i z a t i o ni sh e l p f u lf o rt h ef a r t h e rw o r ko nt h ed i r e c tr e c y c l i n go fs t a i n l e s ss t e e l m a k i n g d u s t a ni n d u c t i o nf u r n a c ew a su s e dt os i m u l a t et h ed i r e cr e c y c l i n go fs t a i n l e s s s t e e l m a k i n gd u s ti n s t e a do fe l e c t r i ca r cf u m a c e t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sc o n f i r m e dt h e m e t a l v a l u ep r e s e n ti nt h ed u s tc o u l dr e c o v e r d 1 1 1 er e c o v e r i e so fn i c k e la n di r o nw e r eo v e r 9 6 a n dt h er e c o v e r yo fc h r o m i u mw a so v e r9 4 i nt h ee x p e r i m e n t s t h ed i r e c tr e c y c l i n g o fs t a i n l e s ss t e e l m a k i n gd u s tw o u l dn o ta f f e c tt h eq u a l i t yo fs t e e lp r o d u c tb yt h ec o n t r o lo f p r o c e s sp a r a m e t e r sf o rt h er e m o v eo f p h o s p h o ra n ds u l f u r p r e - r e d u c t i o no f p e l l e tw o u l dg o a g a i n s tt h er e c o v e ro fm e t a l sa n dt h ep e l l e ts h o u l da d dt ot h ef u r n a c ei nt h er e d u c t i o n p e r i o do fs t e e l m a k i n ga f t e rn a t u r a ld r y n e s s m e t a lr e d u c i n ga g e n t sm i g h tb ea d d e d t oa d j u s t t h es l a gs t r u c t u r ef o rt h ei m p r o v e m e n to fm e t a lr e c o v e r i e sb e f o r et h ee n do fd i r e c t r e c y c l i n go fs t a i n l e s ss t e e l m a k i n g d u s t f o rt h ed i s c a r d i n gd u s ts e p a r a t e df r o mt h ed i r e c tr e c y c l i n gp r o c e s s ，t h et h e r m a l s o l i d i f i c a t i o nw a st a k e na f t e rm i x i n gw i t hc h e a pa n de a s i l ya v a i l a b l ec l a y , w h i c hw a s s a t i s f i e dw i t hs t a n d a r dt o x i c i t yc h a r a c t e r i s t i c sl e a c h i n gp r o c e d u r e t h em i x t u r eo f5 0 o f d u s ta n d5 0 o f c l a yw a st r e a t e da t1 1 0 0 ”cf o r1 5 m i na n dt h ep r o d u c tb e a r e dh i 【g ht h e r m a l s t a b i l i t ya n dc o u l db eu s e da sa r c h i t e c t u r a lm a t e r i a l s i naw o r d ，t h ed i r e c tr e c y c l i n go fs t a i n l e s ss t e e l m a k i n gd u s tc a nf u l l ym a k eu s eo f e q u i p m e n ti nt h es t e e lp l a n t sa n dt h i sn e wt e c h n o l o g y h a st h ea d v a n t a g e so fl o w i n v e s t m e n ta n dl o wc o s tf o rt h eo p e r a t i o n k e y w o r d s ：s t a i n l e s ss t e e l m a k i n gd u s t ，d i r e c tr e d u c t i o n ，r e c y c l i n go fm e t a lr e s o u r c e s ， e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n v 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其它人己经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获 得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅：学校可以公布学位论文的 全部和部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校 可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作一：雄聊签 ， 日矿缸 绺 中南入学博1 。学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 不锈钢生产 不锈钢是上世纪初为建造化工设备和军工装置由德国、美国和英国开发的一种金 属材料，因其具有良好的耐蚀、耐热、耐用、表面光亮、强度和韧性高、易加工、 使用寿命长、并可回收利用等特点，广泛用于化工、造纸、食品加工、医疗器械、家 用电器、器皿、厨房用品、建筑装饰、汽车等领域，成为工业生产和日常生活中不可 缺少的重要材料，应用范围不断扩大1 2 l 。 不锈钢经历发明到初期工业化和现在的工业化大生产至今已有九十年的历史，其 产量和生产技术都产生了很大的变革，增长幅度高于粗钢、铜、铝等基本材料的增长， 也高于全世界经济增长平均幅度【3 j 。不锈钢的发明和发展结晶了许多研究者辛勤劳动 和刻苦探索的成果，2 0 世纪初期开始于军事目的研究，英、美、德国分别开发研制 出来的三种不锈钢为不锈钢的发展奠定了基础【4 】，至今开发出大约1 0 0 多个不锈钢品 种，不锈钢按合金元素和显微组织可分成五种类型1 5 j ，即奥氏体钢、马氏体钢、铁素 体钢、沉淀硬化钢、双相钢，当前的研制方向为具有低磁、耐辐射、耐点腐蚀、耐应 力腐蚀、相诱变超塑性及记忆等功能的不锈钢。 我国不锈钢生产始于1 9 5 2 年1 6 j ，太钢采用电弧炉炼出了我国第一炉不锈钢，1 9 5 5 年太钢轧出了我国第一张不锈钢薄板，1 9 9 5 年我国不锈钢产量仅3 2 4 4 k t a ，大量依 赖进口以满足国内需求。2 0 0 4 年开始不锈钢产量突飞猛涨一改产量长期低于1 0 0 0 k t a 的状况，2 0 0 5 年我国不锈钢产量突破3 0 0 0 k t ，随着太钢新技术及不锈钢新品种的开 发成功、宝钢二期不锈钢工程全面建成投产和张家港浦项不锈钢生产的扩建，实现以 铁水为原料生产不锈钢新技术的开发与创新，形成了以太钢、宝钢、张家港浦项和上 海克虏伯为龙头的一批不锈钢生产企业，此外还有抚顺钢厂、重庆特殊钢厂、长城特 殊钢厂、大连钢厂等十几家不锈钢生产中小型企业，2 0 0 6 年我国不锈钢生产能力达 到9 2 0 0 k t ，其中太钢3 0 0 0 k t 、宝钢2 0 0 0 k t ，中国己成为世界不锈钢生产的第一大国， 彻底改变了不锈钢长期依赖进口的局面。 不锈钢的冶炼最初在坩埚中进行，电弧炉发明后才有了工业规模，采用不锈钢返 回废钢的不氧化法和吹氧法以及采用碳钢返回废钢的氧化法的电炉冶炼称一步法炼 钢，这一冶炼方法曾被长期采用，其冶炼周期长、对原料的要求苛刻、昂贵的低碳合 金配入量大、原料及动力消耗大、生产成本高二产品的品种少、质量差，现已基本淘 汰。炉外精炼是不锈钢冶炼技术的重大革新】，电弧炉与炉外精炼设备双联冶炼不锈 钢的方法称为二步法，它是目前不锈钢生产的主要冶炼方法，世界不锈钢总产量的 7 0 以上采用该方法冶炼。采用电弧炉或转炉完成熔化或铁水的预处理，顶底复吹转 炉完成快速脱碳或“三脱”，并配备v o d r h l f 或其它精炼装置的不锈钢冶炼工艺被 中南人学博j 二学位论文第一章绪论 称为三步法，它是当前世界上生产不锈钢最有优势的一种方法即】，其特点是生产效 率高、经济效益显著，三步法的不锈钢生产成本比二步法的低1 8 美元t ，是未来不锈 钢生产的发展方向。我国不锈钢生产能力的增长速度惊人，导致废钢返回远不能满足 不锈钢生产原料的供应，不锈钢生产将为二步法与三步法并存，大型不锈钢生产企业 将以三步法为主并结合二步法，中小型不锈钢生产企业将以二步法冶炼不锈钢。 具有我国特色的典型不 锈钢冶炼采用高炉铁水全量 脱硅处理后顶喷脱磷处理， 加入铬铁、不锈钢