现代冶金技术及装备 三级项目汇报

1、现代冶金技术及装备三级项目汇报冶炼不锈钢的工艺设计班级：机械装备二班组员：隋昊 卢鼎 荆雪松 李龙 武吉祥 英光雨 陈旭夕指导教师：高新亮时间：2015/10/15项目简介n介绍了冶炼不锈钢的总体概况和品种, 论述了不锈钢在转炉、电炉、二次精炼等方面的典型工艺流程,概述了国内外不锈钢的生产和消费现状，提出了不锈钢生产流程未来的发展方向。不锈钢定义定义：碳含量小于2.11%的铁碳（或铁基）合金。不锈钢是不锈钢和耐酸钢的简称。金相学角度分析，因为不锈钢含有铬而使表面形成很薄的铬膜，这个膜隔隔开与钢内侵入的氧气起耐腐蚀的作用。为了保持不锈钢所固有的耐腐蚀性，钢必须含有12%以上的铬，且以耐蚀性和不锈

2、性为主要使用性能的一系列铁基合金。通常对在大气、水蒸气和淡水中等腐蚀性较弱的介质中不锈和耐蚀的钢种称为不锈钢。不锈钢特点n1、化学性能：耐化学腐蚀和电化学腐蚀性能在钢材里面是最好的，仅次于钛合金。n2、物理性能：耐热、耐高温、还耐低温甚至于耐超低温。n3、力学性能：根据不同的不锈钢种类，力学性能各不相同，马氏体不锈钢具有高的强度、硬度，适合于制造既耐蚀又需要高强度、高耐磨性的零件n4、工艺性能：奥氏体不锈钢工艺性能最好，由于塑性很好，可加工称为各种板、管等型材，适合于压力加工。不锈钢分类n铁素体不锈钢n奥氏体不锈钢n奥氏体-铁素体双相不锈钢n马氏体不锈钢不锈钢冶炼工艺流程n选择冶炼工艺流程必须

3、考虑不锈钢生产的原料供应条件、生产规模、生产成本和产品品种与质量等因素。对生产规模较小的企业, 在不锈钢返回料供应充足的条件下,可选用适合不锈钢返回料生产的电炉不锈钢生产工艺流程。对生产规模较大的企业，如能具有较大的不锈钢返回料供应条件,可选用适合铁水+不锈钢返回料生产的电炉-转炉不锈钢生产工艺流程。对生产规模较大而不锈钢返回料供应缺乏的钢铁企业,为降低投资可选用适合全铁水不锈钢冶炼的转炉不锈钢生产工艺流程。图1是三种流程的示意图。为了适应不锈钢生产规模日益增大的市场需求,目前,国内外新建的不锈钢生产线大多采用铁水-废钢混合流程,建设适应不锈钢和普钢生产的兼容性炼钢厂。不锈钢生产的三种流程 图

4、1不锈钢冶炼技术n目前,国际上已经开发成功十几种不锈钢冶炼和精炼技术。不锈钢冶炼阶段完成了大部分脱碳保铬任务,而脱碳的少量任务放在精炼阶段完成。冶炼技术主要分为以侧吹氧为主的AOD或AOD-L、KCB-S冶炼工艺,以转炉为基础采用底吹氧的K-OBM-S、K-BOP、GOR等工艺,以底吹搅拌为特点的KCB-S和MRP工艺。采用侧吹氧的工艺方法nAOD炉是世界上不锈钢生产的主导工艺。借鉴转炉顶吹经验,AOD也采用了顶吹氧工艺,称为AOD-L,工艺特点是通过侧吹氧氩/氮混合气体,降低CO分压,脱碳保铬;增设顶吹氧枪加速高碳区脱碳速度或用于炉内二次燃烧,以缩短冶炼时间;熔池碳小于0.60%时,顶吹停止

5、供氧,靠纯侧吹脱碳或混吹氧氮/氩混合气体,加速低碳区稀释脱碳;终点碳含量可小于0.015%;炉容比为0.550.60Nm3/,t供氧强度低,炉龄为150200炉。nKCB-S是克虏伯开发的复合吹炼法,工艺特点是在吹炼初始阶段,同时顶吹和侧吹纯氧快速脱碳升温。到达一定温度后,在吹炼期间,分批加入各种合金料、石灰或废钢。熔池碳含量降到0.70%以下,按41、21、11、12和14比例逐步增加顶吹和侧吹气中惰性气体比例。熔池碳含量低于0.15%后,停掉顶枪,采用侧吹氧脱碳;目标碳含量达到后,仅采用惰性气体侧吹搅拌还原。采用底吹氧的工艺方法nK-BOP类似于从炉顶氧枪吹氧的BOF转炉,下部风嘴设在转炉

6、底部,可从底部喷吹石灰粉改善脱硫。底吹气体中采用天然气或丙烷作为保护气,以提高耐材寿命,炉龄可达600炉。K-OBM-S转炉是由奥钢联开发的,是BOP法的发展,风口安装于转炉的侧面或底部,装有顶部氧枪。顶部气体采用氧气、氮气和氩气,通过底部风口喷吹氧气、氮气、氩气和烃类气体。天然气和丙烷用于风口保护和提高耐火材料的寿命。nGOR转炉是多种能源介质复合吹炼的底吹转炉,其供气管路通过安装在转炉底部的三个套管式喷嘴向熔池吹入可调成份的氧气、氮气、氩气、天然气(或其它碳氢化合物)的混合气体。冶炼的第一阶段吹氧,由碳氢化合物保护喷嘴;第二阶段吹入氧、氩(或氮)、碳氢化合物和它们的混合气体;第三阶段向转炉

7、熔池吹入纯氩(或氮)。采用底吹搅拌的工艺方法n台湾中钢的CSCB以铁水、高碳铬铁和镍铁为原料,焦炭作补充热源,通过顶吹纯氧和底吹大流量吹惰性气体,在一座转炉内完成不锈钢熔炼和主脱碳任务。因出钢碳不能低于0.20%,必须与VOD搭配才能生产不锈钢,可用于交替生产碳钢和不锈钢。n曼内斯曼德马克开发的MRP-L顶吹纯氧,底吹纯惰性气体,采用可更换炉底,炉龄高达1200炉。炉容比与AOD炉接近,为0.6Nm3/t。一般与真空精炼脱碳炉组合成三步法工艺,出钢碳含量为0.20%0.30%,铬回收率达97%99%。不锈钢冶炼工艺的评价与选择n不锈钢冶炼工艺的选择必须从不锈钢原料供给情况出发,正确选择不锈钢生

8、产工艺流程,并根据流程的要求正确选择不锈钢冶炼工艺。不同不锈钢冶炼工艺的评价体系包括:生产效率(供氧强度、冶炼周期、炉龄),合金熔化能力,生产成本(铬收得率、硅铁消耗和炉龄),见图2,图3所示。图2不锈钢冶炼工艺的评价比较图3工艺特点精炼技术-VDn真空吹氩脱碳是通过降低钢液面上方真空室压力,促进CO气泡溢出,从而加快熔池脱碳。真空脱碳法的特点是通过控制真空度,能在完全抑制Cr氧化的情况下进行脱碳,渣中(Cr2O3)少,硅铁消耗低。在真空下,有利于脱碳、脱氮和脱氢,能生产超低碳、氮的不锈钢。为防止减压情况下钢水喷溅造成设备事故,供氧强度受到限制,要求处理钢水碳含量不大于0.60%。精炼技术-V

9、ODn真空氧脱碳是1967年ThyssenKrupp开发的不锈钢精炼技术。在脱碳初期,为防止喷溅,采用高枪位、低真空度和小底搅工艺;在脱碳中期,脱碳反应进行逐步提高真空度;在脱碳后期,碳扩散为限制环节,降低吹氧速度,增大底搅强度;临近终点停止送氧,吹氩搅拌利用真空氧脱碳;最后在还原精炼时,加还原剂和CaO、CaF2熔剂将脱碳精炼期氧化到1%Cr还原并脱除钢中硫。精炼技术-SS-VODnSS-VOD是由川崎钢铁公司在传统VOD工艺基础上在底部增设多个多孔塞,对熔池进行强烈搅拌,加速高铬钢水的脱碳、脱氮和脱氢,能生产极低碳氮不锈钢。第一阶段脱碳时可由0.80%降到0.015%,同时脱氮。第二阶段脱

10、碳时可由0.015%降到0.002%以下。日本还发展了VOD-PB冶炼超低超纯铁素体不锈钢技术。精炼技术-RH-KTBn川崎钢铁公司在传统RH基础上通过增设顶吹氧枪开发出不锈钢深脱碳技术。K-BOP+RH-KTB流程与K-BOP+RH流程相比,处理前的碳含量要求分别为0.01%和0.12%,FeSi消耗减少8.1kg/t,CaO消耗减少33.7kg/t,氩气消耗减少8.9Nm3/t,吹炼时间缩短13.5min,生产率提高23%。不同精炼工艺的钢水洁净度图4 不锈钢不同的精炼工艺世界不锈钢的生产和消费情况n从20世纪50年代开始,世界不锈钢进入了大规模工业化生产阶段半个多世纪以来,随着生产技术的

11、不断进步和市场需求的不断增加,世界不锈钢产量出现了连续增长的态势:1950年全球不锈钢产为100万t,2000年达到1950万t, 2013年增长到2842万t。尤其是进入21世纪之后,世界不锈钢产量大幅增加。据国际不锈钢论坛(ISSF)报道, 2013年世界不锈钢产量同比增长16.7 % ,其中亚洲增长20.6%,产量达到1510万t,超过世界总产量的一半,这说明世界不锈钢产量的增长因素主要来源 于亚洲。2006年以前,日本、美国、韩国一直是世界不锈钢产量最大的几个国家,2006年,中国不锈钢产量达到530万t(同比增长68 %),首次超过日本成为世界不锈钢产量最大的国家。我国不锈钢的生产和

12、消费情况n自20世纪90年代以来,我国不锈钢供给一直远远不能满足需求,致使不锈钢材大量进口。进入21世纪之后,不锈钢制品行业正如我国钢铁行业一样得到了突飞猛进的发展,不锈钢市场需求量迅速增加,许多企业纷纷新建或扩建不锈钢项目。2005-2006 年, 宝钢太钢不锈钢工程相继投产,在很大程度上缓解了我国不锈钢供给不足的矛盾。据中国特钢协会不锈钢分会报道:2013年我国不锈钢粗钢产量达到530万t(钢材450.8万t) ,同比长68 %;进口不锈钢250.1万t,同比降低20.13 %;出口90.4万t,同比增加122.64 %;表观消费量610万t, 增幅达14%。结论n不锈钢冶炼工艺路线的确定

13、，首先应以产品大纲为出发点，以不锈钢冶炼的原料组成和不锈钢精炼机理为依据，选择合适的不锈钢冶炼工艺路线。对于大型不锈钢生产企业，车间工艺设备的配置应能满足多样化工艺路线的选择要求，从而满足原料价格大幅波动的需要，适时更新和选择最佳的原料配比方案，同时冶炼设备应能满足不同原料配比的冶炼工艺。选择不锈钢工艺流程时必须考虑原料供应条件、生产规模、生产成本和产品品种与质量等因素。在废钢电炉流程、铁水转炉流程和废钢-铁水流程中,新建钢厂大多选择废钢-铁水混合流程,建设适应不锈钢和普钢生产的兼容性生产线。结论n我国不锈钢生产的产量和质量都有了长足的进步, 未受到经济危机的明显影响, 不锈钢市场和产能仍有较大的发展空间。由于中国不锈钢废钢资源缺乏，以废钢为主原料的不锈钢冶炼过程配料成本高，加上全废钢冶炼能耗高，以及废钢品质不好带入钢水有害元素多等原因，中国越来越多的不锈钢生产企业倾向于利用经脱磷的高炉铁水冶炼不锈钢。特别是钢铁联合型企业，利用碳钢系统的高炉供部分铁水给不锈钢冶炼系统，可有效降低吨钢原材料成本。与此同时，脱磷处理设施被普遍应用于不锈钢生产工艺。脱磷处理设施的应用既可降低不锈钢生产对原材料的要求，也可降