不锈钢冶炼工艺

不锈钢技术及其发展介绍了不锈钢炼钢的概况和品种，论述了不锈钢在铁水预处理、转炉、电炉、二次精炼、连铸等方面的典型工艺流程，总结了国内外不锈钢的生产和消费现状，并提出了不锈钢生产工艺未来的发展方向。关键词不锈钢生产工艺精炼介绍了不锈钢制造的一般规范和产品品种，阐述了铁水预处理、转炉、电弧炉、二次精炼连铸等方面的典型进展流程，总结了不锈钢生产和消费现状，提出了不锈钢未来的发展趋势。关键词：不锈钢生产工艺二次精炼1.前言不锈钢是合金钢的总称，它能抵抗大气、酸、碱和盐的腐蚀。一般来说，“不锈钢”是指其耐腐蚀性可归因于在氧化环境中形成氧化铬表面膜。该膜具有不溶性、自恢复性和无气孔的特点。不锈钢具有良好的耐腐蚀性、耐高温性、耐磨性、外观精美等特点。广泛应用于石油、化工、化肥、制药、食品、国防、餐具、合成纤维和石油炼制等行业。2.不锈钢的类型不锈钢通常根据其微观结构分为铁素体钢、奥氏体钢、双相不锈钢和马氏体钢。此外，它可分为铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰氮不锈钢等。(1)铁素体不锈钢：12% 30%铬。随着铬含量的增加，其耐蚀性、韧性和可焊性提高，抗氯应力腐蚀性能优于其他类型的不锈钢。这些包括Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25、Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢由于铬含量高，具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性，但机械和工艺性能较差。它主要用于低应力的耐酸结构和抗氧化钢。这种钢能抵抗大气、硝酸和盐溶液的腐蚀，具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小的特点。可用于硝酸和食品工厂设备，也可制成高温工作部件，如燃气轮机部件等。(2)奥氏体不锈钢：它含有18%以上的铬，约8%的镍和少量的钼、钛、氮和其他元素。具有良好的综合性能，能抗各种介质的腐蚀。常见的奥氏体不锈钢品牌包括1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的碳化钨小于0.08%，在钢级中标记为“0”。这种钢含有大量的镍和铬，使钢在室温下奥氏体化。这种钢具有良好的塑性、韧性、可焊性和耐腐蚀性。它在氧化和还原介质中具有良好的耐腐蚀性。用于制造耐酸设备，如耐腐蚀容器和设备衬里、运输管道、硝酸设备零件等。奥氏体不锈钢一般用固溶体处理，即将钢加热到1050 1150，然后用水冷却，得到单相奥氏体结构。(3)奥氏体-铁素体双相不锈钢：它兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。奥氏体和铁素体结构各占一半的不锈钢。在低碳含量条件下，铬含量为18% 28%，镍含量为3% 10%。有些钢还含有合金元素，如钼、铜、硅、铌、钛、氮等。这种钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点。与铁素体相比，它具有较高的塑性和韧性，无室温脆性，抗晶间腐蚀性能和焊接性能显著提高。同时，它还保持了铁素体不锈钢的475脆性、高导热性和超塑性。与奥氏体不锈钢相比，强度高，抗晶间腐蚀和抗氯离子应力腐蚀性能明显提高。双相不锈钢有很好的孔(4)马氏体不锈钢：强度高，但塑性和可焊性差。马氏体不锈钢通常用于1Cr13、3Cr13等。由于它们的高含碳量，它们具有高强度、硬度和耐磨性，但是它们的耐腐蚀性稍差。它们用于一些机械性能要求高且一般耐腐蚀的零件，如弹簧、涡轮叶片、液压机阀门等。这种钢经过淬火和回火后使用。不锈钢冶炼技术及其发展3.1不锈钢冶炼工艺冶炼工艺的选择必须考虑不锈钢生产的原料供应条件、生产规模、生产成本、产品品种和质量等因素。对于生产规模较小的企业，在不锈钢返料供应充足的情况下，可以选择适合生产不锈钢返料的电炉不锈钢生产工艺。对于生产规模较大的企业，如果能够有较大的不锈钢返料供应条件，可以选择适合生产铁水不锈钢返料的电炉-转炉不锈钢生产工艺。对于生产规模大、不锈钢返料供应紧张的钢铁企业，可选择适合全铁水冶炼不锈钢的转炉不锈钢生产工艺，以减少投资。图1是三个过程的示意图。为了满足日益增长的不锈钢生产规模的市场需求，目前，国内外新建的不锈钢生产线大多采用铁水-废钢混合工艺，建造适合不锈钢和普通钢生产的钢厂。图1不锈钢生产的三个过程3.1.1全废电炉用不锈钢生产工艺电炉回料冶炼不锈钢是一种传统工艺，工艺成熟，生产规模小。一般来说，钢的年产量是40万到60万。生产成本低。铁素体和奥氏体不锈钢采用“两步”生产工艺，而超纯铁素体不锈钢采用“三步”生产工艺1。张家港浦项钢铁厂是典型的不锈钢电炉-AOD炉冶炼工艺。以300系列为例，其炉料结构为50%废钢、30%碳废钢、14%高碳铬铁、4%镍铁和2%高碳锰铁。钢产量150吨，熔化时间60分钟，电耗450kWh/，吨收率95%，耗氧量8 Nm3/t 9 Nm3/，吨石灰50 kg/t，吨白云石6 kg/t。3.1.2全铁水转炉不锈钢冶炼工艺整个铁水不锈钢冶炼工艺的主要特点是以铁水为主要原料，加入合金直接生产各种牌号的不锈钢冶炼工艺，分为电炉熔炼合金和转炉熔炼合金两种类型。全铁水不锈钢冶炼工艺的主要缺点是：冶炼工艺热量不足，不能使用大量不锈钢返料冶炼不锈钢(返料利用率10%)。3.1.2.1电炉熔炼合金用全铁不锈钢的冶炼工艺TISCO第二炼钢厂为全铁水不锈钢冶炼工艺，与普通钢冶炼兼容，年产不锈钢50万吨，碳钢250万吨。主要设备包括两台铁水去除预处理装置、两台脱硫铁水预处理装置、一台30t电炉、一台75tK-OBM-S复吹转炉、两台80t碳钢复吹转炉、一台80tRH真空处理装置、一台75tVOD炉、一台75tLF炉、两台直弧形板坯连铸机和一台方坯兼容连铸机。不锈钢有50多个品种，包括：300系列(304、304HC、316)、400系列(430、409、410、436、444)。3.1.2.2采用转炉冶炼合金全铁不锈钢的冶炼工艺该工艺的主要特点是合金在脱碳保铬炉中同时熔化，工艺流程短，投资少，但不锈钢熔炼炉负荷大，技术难度大。日本的巴塔工厂使用175吨转炉生产不锈钢。铁水经脱硅、脱硫、脱磷后混入转炉3。转换器不锈钢冶炼采用转炉铁水“三脱碳”三步法转炉一次脱碳真空精炼脱碳4。“三带”转炉采用顶吹弱氧供应和底吹强搅拌工艺，吹炼时间9分钟，冶炼周期20分钟，半钢p 0.010%，半钢c 3.5%，半钢温度1350。一次脱碳转炉采用顶吹纯氧和氧氮氩混合气体，底吹惰性气体工艺，实现快速脱碳、升温和保铬的目的。控制措施包括用焦炭进行热补偿，在高碳区顶部吹大流量氧气，快速脱碳升温，逐渐降低低碳区顶吹供氧强度，增加顶吹混合惰性气体的比例，在底部吹惰性气体，延长炉龄。将真空精炼脱碳炉与一次脱碳转炉配套，可以优化脱碳条件，扩大不锈钢品种范围，特别是超低碳氮铁素体不锈钢。为了满足用全部铁水和合金生产不锈钢的要求，钢铁研究所开发了一种不锈钢冶炼工艺。该工艺分为三个基本生产单元：(1)铁水供应和预处理系统，其任务是向不锈钢脱碳炉提供低磷铁水；(2)不锈钢脱碳炉，主要设备是顶底复吹转炉，主要任务是熔化铁合金，不锈钢脱碳，加热，控制铬的氧化。(3)不锈钢精炼炉的主要设备是LF炉和VOD炉。精炼工艺应根据钢种要求确定。主要用于不锈钢的深度脱碳和脱氧合金化。技术特征如图2和图2所示。包括以下步骤：采用转炉铁水脱磷预处理工艺，同时熔化部分合金或不锈钢返料(15%)；铬合金由转炉直接熔炼，无需电炉。采用顶吹强供氧和惰性气体-氧气混合喷吹工艺，可生产碳0.15%的低碳不锈钢。采用底吹惰性气体强搅拌工艺，延长炉底和炉体的使用寿命。开发目标包括冶炼周期60分钟，炉龄1000年以上，直接生产碳0.15%的不锈钢，铬回收率98%，硅铁消耗15公斤/吨钢，结合视频点播生产各种不锈钢品种。图2吹气强度图3元素变化3.1.2.4熔融还原冶炼不锈钢的工艺该工艺以铁水和铬矿为主要原料，以焦炭为还原剂和冶炼还原热源，加入少量废钢进行冶炼。虽然可以降低昂贵铬铁合金的消耗，但冶炼周期更长，工序更多，投资成本比其他工艺流程高得多。川崎钢铁厂铁水脱磷后，直接还原KMS-硫铬矿，边熔化废钢边加热，调整铬镍成分，在OBM-硫、铬镍成分中脱碳，用混合气体防止铬氧化，最终在5-6精炼先进钢种。3.1.3废铁水不锈钢的生产工艺废钢不锈钢生产工艺的主要优点是在不锈钢原料的供应上有较大的灵活性，铁水和不锈钢的退货比例可以根据市场镍价和不锈钢退货价格的波动以及供应情况进行调整。其主要特征是不锈钢冶炼同时配备转炉和电炉，铁水脱磷处理采用转炉，合金和返料熔化采用电炉。缺点是工艺流程长，投资大，生产成本高。目前，太钢新不锈钢区和宝钢不锈钢分公司都采用这种工艺流程，其特点是利用转炉进行“三脱铁”。脱磷后，半钢含碳量高，铬收率高AOD炉是世界领先的不锈钢生产工艺。借鉴转炉顶吹经验，AOD还采用顶吹氧气工艺AOD-L，其特点是通过侧吹氩/氮混合气体降低一氧化碳分压、脱碳和保持铬；增设顶部氧枪，加快高碳区脱碳速度或用于炉内二次燃烧，缩短冶炼时间；当熔池含碳量小于0.60%时，顶吹停止供氧，在低碳区通过纯侧吹或混氧吹氮/氩混合气体加速脱碳。终点碳含量可以小于0.015%；炉膛容积比为0.55-0.60Nm3/，T的供氧强度低，炉膛寿命为150-200 7-9。KCB-S是由克虏伯开发的复合吹炼工艺。该工艺的特点是吹炼初期脱碳和升温快，顶吹和侧吹纯氧。达到一定温度后，在吹炼过程中分批加入各种合金材料、石灰或废钢。熔池碳含量降至0.70%以下，顶吹和侧吹中惰性气体的比例按41、21、11、12和14的比例逐渐增加。当熔池中碳含量小于0.15%后，停止顶枪，并通过侧吹氧气进行脱碳。达到目标碳含量后，仅使用惰性气体进行侧吹、搅拌和还原10。3.2.2基于转炉的底吹氧气工艺方法防喷器类似于从顶部氧枪吹氧的转炉。下部空气喷嘴设置在转化器的底部，石灰粉可以从底部注入以改善脱硫。底吹气体采用天然气或丙烷作为保护气体，延长耐火材料的使用寿命，炉龄可达600炉。K-OBM-S转炉是由奥地利钢铁联盟开发的。这是防喷器方法的发展。风口安装在转炉的侧面或底部，并配有顶部氧枪。顶部气体是氧气、氮气和氩气，氧气、氮气、氩气和碳氢化合物气体通过底部风口注入。天然气和丙烷用于保护风口和延长耐火材料的寿命。GOR转炉是一种底吹转炉，结合了多种能源介质。其供气管道通过安装在转炉底部的三个套筒式喷嘴将氧气、氮气、氩气、天然气(或其他碳氢化合物)等可调节成分的混合气体吹入熔池。在熔炼的第一阶段，吹氧，喷嘴由碳氢化合物保护。在第二阶段，吹入氧气、氩气(或氮气)、碳氢化合物及其混合气体；在第三阶段，将纯氩气(或氮气)吹入转炉熔池。瑞典的Uddeholm和法国的CreusotLoire开发的CLU使用蒸汽作为稀释气体，从底部吹入氧气、蒸汽、氮气和氩气，同时从顶部吹入氧气、氮气和氩气。脱碳时，开始吹氧气-蒸汽混合气体。使用这种转炉，氩气消耗减少，但硅消耗非常高，钢中的氢含量增加。目前的趋势是用更多的氩气代替蒸汽来提高效率11。3.2.3采用底吹搅拌工艺台湾中钢CSCB以铁水、高碳铬铁和镍铁为原料，焦炭为辅助热源。通过顶吹纯氧和底吹大流量吹惰性气体，不锈钢冶炼和主吹脱在转炉中完成。碳任务。由于出钢碳不能低于0.20