不銹鋼生產(chǎn)工藝

不銹鋼的一般制造工程如下：

 

一、煉鋼制造工程： 

精練方法比較： 

 二、熱軋： 

熱軋有兩種方式：熱連軋和可逆式軋制。
1）  熱連軋：熱連軋產(chǎn)品是以板坯（主要為連鑄坯）為原料，經(jīng)加熱后由粗軋機組及精軋機組軋制成帶鋼，從單一方向一次成型；
2）  可逆式軋制：熱連軋產(chǎn)品是以板坯（主要為連鑄坯）為原料，經(jīng)加熱后由粗軋機組及精軋機組軋制成帶鋼，精軋機采用的是可逆式炸機，經(jīng)過多次往復軋制成型，一般采用爐卷軋機。爐卷軋機關(guān)鍵在于卷取機和卷取熱加熱爐，適用于產(chǎn)量要求不是那么高的板帶生產(chǎn)線或者特殊鋼帶生產(chǎn)線。

 三、冷軋：
  一般而言，用來生產(chǎn)不銹鋼的冷軋機主要是采用二十輥軋機。因其具有良好的剛度，在生產(chǎn)不銹鋼過程中有廣泛的應用。

AOD精煉技術(shù)的發(fā)展

   (1)脫碳工藝的改進
   

   新日鐵光制鐵所當w([C])≥0.7%時,在60 t AOD采用純氧吹煉,溫度>1 580℃時,w(Cr)20%,首先氧化碳,當w([C])≤0.7%,采用O2;Ar(N2)連續(xù)變化方式脫碳,當w([C])≤0.10%用純氬吹煉,用鋼中余氧及渣中的Cr2O3進一步脫碳。光制鐵所采用這種方法,前期氧利用率與傳統(tǒng)方法一致,但脫碳速度得到提高,氧槍沒有出現(xiàn)熔損加大問題,后期氧利用率CRE提高6%,結(jié)果FeSi消耗降低了0.7 kg/t。
 

   (2)深脫硫工藝按照傳統(tǒng)的AOD操作,脫碳終了加入FeSi進行Cr2O3的還原操作,然后扒去85%以上的渣子再加入CaO、CaF2及粉狀FeSi或CaSi進行脫硫的精煉操作,這樣對成本、精煉時間、操作條件都十分不利。新日鐵光制所采用Al代替FeSi進行脫硫,取得滿意的效果,w(S)<10×10-6,還原精煉時間縮短5～17 min,如下圖。

   渣子堿度要求CaO+MgOΠSiO2+Al2O3=2.8～3.5

   (3)以N2代Ar及供氧強度的提高Ar作為AOD精煉的主要氣體,因其價格較高,在不銹鋼精煉時用N2代Ar,其代Ar率達到20%～40%,對于w([N])為400×10-6～800×10-6的鋼可以在脫碳一期、二期代Ar,產(chǎn)品w([N])要求1 500×10-6～2 500×10-6,脫碳期全部用N2代Ar,產(chǎn)品w([N])要求3 000×10-6,可以全程用N2代Ar。日本太平洋金屬八戶廠在生產(chǎn)304鋼時代Ar率達到80%,產(chǎn)品w([N])<580×10-6,小于該鋼允許w([N])650×10-6的要求。AOD供氧強度提高:供氧強度Nm3/min·t是提高脫碳速度,縮短精煉時間,廢鋼加入量多少及降低成本的關(guān)鍵工藝參數(shù)。經(jīng)過不斷研究,供氧強度已由過去0.8 Nm3/min·t提高到1～1.5Nm3/min·t, 有頂槍時應大于2Nm3Πmin·t。供氧強度提高后,熔池溫度的控制,國際上普遍采有加入5%～10%的清潔廢鋼或鐵合金的辦法,這樣初煉爐(電爐)的冶煉時間及電耗也得到了改善。
　　

   (4)AOD+頂槍(AOD-CB法)(KCB-S法)
   

    日本大同特殊鋼公司星崎工場,依據(jù)不同元素與氧反應產(chǎn)生的熱量及相對成本進行比較,發(fā)現(xiàn)只有碳生成CO后再氧化為CO2時,其反應熱最高,相對成本最低。這是鋼水中Si、Mn、Cr、Al、Fe氧化結(jié)果所不如。于是發(fā)明了AOD-CB工藝,與傳統(tǒng)工藝相比,升溫速度由7℃Πmin提高到17.5℃/min。CRE提高5%,脫碳速度由0.055%Πmin提高到0.087%Πmin,電耗降低78 kW·hΠt,FeSi減少25%,時間減少11 min,爐齡達到235爐。頂吹工藝有軟吹硬吹兩種方式,硬吹即進入熔池的氧全部與鋼水進行反應,軟吹即60%進行反應,40%與CO進行二次燃燒生產(chǎn)CO2。硬吹工藝比傳統(tǒng)的AOD工藝其脫碳時間縮短44%。軟吹可縮短31%,但是軟吹可以提高廢鋼加入量,降低FeSi消耗及電耗。日本往友金屬和歌山工廠90 t AOD在1982年即進行復吹技術(shù),精煉時間縮短20 min,FeSi降到7.5 kgΠt,氬耗降到11.3 Nm3/t。由于頂吹氧突出的優(yōu)點,新建或改造AOD都把頂吹作為必備的工藝手段。

   (5)AOD-VCR法(V-AOD法)
   

    AOD精煉工藝在生產(chǎn)w([C])≥300×10-6的不銹鋼時,優(yōu)越性十分突出,但是生產(chǎn)w([C+N])≤300×10-6時就非常困難,其結(jié)果是精煉時間長,氬氣消耗高,爐襯壽命低,FeSi消耗高。經(jīng)濟性差。日本新日鐵光制鐵廠,日本大同特殊鋼公司經(jīng)過研究開發(fā)了AOD+真空的精煉方法,大同制鋼于1990年在澀川廠投產(chǎn)20 t AOD-VCR,1992年在知多廠投產(chǎn)70 t AOD-VCR,光制鐵廠于1996年投產(chǎn)60 t V-AOD。其工藝技術(shù)為,當鋼中w([C])>0.1%時按傳統(tǒng)工藝由底側(cè)處風槍吹入O2/Ar(N2),當w([C])<0.1%時停止吹氧改由Ar(N2),同時將真空罩套在AOD爐帽上,真空度為2.0～2.67 kpa,底吹Ar/(N2)流量為20～30 Nm3/min,在強大的攪拌下,鋼水中的余氧及渣中的氧化物,進行脫碳, 經(jīng)過10～20 min,熔池溫降50～70℃,鋼中w([C+N])達到100×10-6以下。不同鋼種應用AOD-VCR的碳、氮濃度見表3。AOD-VCR其底吹攪拌能力是SS-VOD的13～20倍,是VODC的32～44倍,因此創(chuàng)造了脫碳、脫氮動力學及熱力學條件,若達到同樣[C]、[N]質(zhì)量分數(shù),SS-VOD需40 min以上。若要求w([C])≤150×10-6,w([N])≤300×10-6,采用AOD—VCR比AOD可以縮短精煉時間21%。

   (6)使用不同原料的AOD精煉工藝
   

   HM-AOD法:用經(jīng)過脫磷,脫硅的鐵水直接入AOD的精煉方法,要求鐵水w(P)≤0.015%,w(Si)≤0.20%,鐵水溫度> 300℃。第一階段CRE達到90%與LD-AOD比,生產(chǎn)成本降低4%。用液態(tài)FeCr、FeNi直接生產(chǎn)不銹鋼方法:日太平洋公司八戶工場為了節(jié)約原料,降低能耗研制這種方法。通過調(diào)查不同爐型的熱效率發(fā),電弧爐為47%,LD為68%,相反AOD則為0%,所以把初煉爐定為AOD。通過把液態(tài)FeCr、FeNi兌入AOD-CB中進行煉取得了明顯效果,鉻回收率達到99%,脫碳速提高0.018%Πmin,升溫提高20%～70%,FeSi耗減少10%～15%,以N2代Ar率達到84%。
AOD吹煉過程中加鉻礦石法:日本往友金屬和歌山廠采用脫磷,脫硅鐵水兌入AOD中,同時加入鉻礦,最大加入量為50 kgΠt,鐵水中的碳可以還原40%～80%的氧化鉻,其余加入FeSi還原,不足的鉻用FeCr調(diào)整,實踐證明生產(chǎn)成本明顯降低。

   (7)不同能源介質(zhì)的AOD—TH法
   

   日本大同特殊鋼采用頂槍油+氧燒咀產(chǎn)生2 600℃高溫,升溫速度提高140%,Cr損失明顯減少。

   (8)AOD精煉方法在不銹鋼脫磷研究方面也取得進步。目前正在開展的工作還有濺渣護爐,風口噴粉(石灰、Fe2O3)技術(shù),風口蘑菇頭的控制技術(shù),風口不規(guī)則形狀的研究,側(cè)吹流體力學的研究,使爐體幾何尺寸、風口位置、供氣等達到優(yōu)化。

不銹鋼冶煉工藝技術(shù)簡介

    不銹鋼有許多優(yōu)良的性能，外觀精美，使用壽命長，可以100%回收利用，因此得以廣泛應用。

    不銹鋼冶煉工藝技術(shù)的進步，特別是20世紀60年代以后，爐外精煉和連續(xù)鑄錠技術(shù)的使用，進一步促進了不銹鋼的快速發(fā)展，改善了不銹鋼的質(zhì)量，提高了成材率，降低了生產(chǎn)成本。

    中國從20世紀50年代初開始生產(chǎn)不銹鋼，當時用3t電弧爐冶煉，沒有爐外精煉設(shè)備和連鑄，年產(chǎn)量僅為幾百噸到幾千噸，質(zhì)量、品種和成本均不能滿足要求。20世紀80年以來，太原鋼鐵公司和鋼鐵研究總院等單位率先在中國開發(fā)AOD爐外精煉工藝技術(shù)。隨后，各特殊鋼廠先后占安裝了18-40tAOD和15-60tVOD爐外精煉裝置，精煉比也得以顯著提高。1985年以前，中國不銹鋼的鑄錠一直采用落后的模鑄。太鋼1280立式連鑄機于1985年投產(chǎn)后，上鋼三廠、重慶特鋼和上鋼五廠相繼有板坯、方坯連鑄機投生產(chǎn)。1989年，成都無縫鋼管廠不銹鋼管坯水平連鑄機的投產(chǎn)，結(jié)束了我國不銹鋼鑄錠完全采用模鑄的歷史。但由于種種原因，中國不銹鋼年產(chǎn)量一直在30萬t左右徘徊，不銹鋼冶煉工藝技術(shù)的進展緩慢，嚴重制約了中國不銹鋼的發(fā)展。2000年以來，國家對鋼鐵行業(yè)結(jié)構(gòu)進行了調(diào)整，采取一系列鼓勵不銹鋼行業(yè)發(fā)展的政策措施，使中國不銹鋼煉鋼生產(chǎn)實現(xiàn)跨越式發(fā)展，從1999年的35萬t增長到2003年的177.8萬t，年均增長率約50％，成為世界名名列第4位的不銹鋼煉鋼生產(chǎn)大國。           

    AOD爐裝備和工藝的發(fā)展

    AOD爐是精煉不銹鋼的主要設(shè)備，目前世界上約有1-175tAOD爐155臺，其中1/2在不銹鋼廠，其余在鑄造廠。AOD精煉的不銹鋼產(chǎn)量約占世界不銹鋼80%以上。

    中國第一臺18tAOD爐自1983年9月投產(chǎn)以來，目前約有1-40tAOD爐20多座，其中18t以上AOD爐共8臺（包括太鋼3x40t、大連1x40t、浦東1x30t、上鋼五廠1x18t、長城118t和宜達lx18t等）。2004年，上鋼五廠60tAOD爐和上鋼一廠120tAOD爐的投產(chǎn)使中國AOD爐裝備水平有了明顯的提高。

    太鋼是中國最早采用AOD爐生產(chǎn)不銹鋼的企業(yè)，目前AOD爐已累計生產(chǎn)不銹鋼200多萬t，積累了許多經(jīng)驗。為了進一步擴大生產(chǎn)能力，太鋼對18tAOD爐實施兩次技術(shù)改造。經(jīng)過第一次改造，AOD爐容由18t擴至40t，生產(chǎn)能力由16萬t提高到40萬t。2004年實施第二次改造，爐容進一步擴大至45t，增設(shè)頂吹氧槍，縮短了冶煉時間；引進奧鋼聯(lián)專家自動化控制系統(tǒng)，提高了冶煉控制精度；降低氨氣消耗，加大了除塵風機的除塵能力，改善了環(huán)境質(zhì)量。經(jīng)過兩次改造，太鋼AOD爐裝備水平達到國際先進水平。此外，太鋼還計劃實施日元貸款環(huán)保項目，6座18t化鋼電爐將被改造成一座90t超高功率化鋼電爐，這不但消除了化鋼速度慢的生產(chǎn)瓶頸，也使生產(chǎn)能力進一步提高到50萬t，大大改善了環(huán)境質(zhì)量，實現(xiàn)了真正的清潔生產(chǎn)。

    近年來，中國AOD生產(chǎn)的操作技術(shù)取得了明顯的成績，主要進展如下： 

    （1）爐襯壽命的提高

    AOD爐的爐襯壽命是AOD生產(chǎn)的主要技術(shù)經(jīng)濟指標，經(jīng)過多年來的技術(shù)攻關(guān)，特別是在改進操作工藝（例如，降低電爐出鋼時的硅含量，改進AOD造渣制度，脫碳期堿度從0.5提高到1．0，還原期堿度從0.8-1．0提高到2.0-3.5以及采用優(yōu)質(zhì)耐火材料改進筑爐工藝等方面做了不少工作，AOD爐襯壽命普遍有了提高。太鋼AOD爐爐襯壽命平均達110次，最高130次，其中使用太鋼自產(chǎn)耐火材料的平均壽命達92次。

    (2）脫硫工藝的改進

    中國AOD爐大多采用單渣法吹煉工藝。為降低鋼中S含量，采用快速脫S工藝，精煉期渣中堿度控制在2.5左右，鋼包添加SiCa，利用出鋼時強烈攪拌作用脫硫，使鋼中殘留適量鈣。改進AOD工藝后，脫硫率在70%以上。目前，太鋼不銹鋼中硫含量穩(wěn)定在0.005%以下，平均0.0034%。

    (3)含N不銹鋼冶煉

    含N不銹鋼中的氮合金化主要有兩條途徑：一是加人氮化錳、氮化鉻等合金進行合金化，二是用氮氣直接合金化，后者具有較低的生產(chǎn)成本。AOD爐可以用氮氣直接合金化，因而，冶煉不銹鋼具有很大的優(yōu)勢。太鋼在18t和40tAOD爐中應用氮在不銹鋼中的溶解、脫除理論，建立了氮合金化工藝模型，冶煉中不需要在線分析鋼中氮含量就能較為精確地控制成品中的氮含量，控制精±0.0135%。目前，太鋼已用氮氣直接合金化的方法應用該模型批量生產(chǎn)OCr19Ni9N、OCr19Ni9NbN、1Cr17Mn6Ni5N、00Cr18Ni5Mo3Si2N和00Cr22Ni5Mo3N等含氮不銹鋼鋼種。2003年，生產(chǎn)各類含N不銹鋼3.5萬t，取得了明顯的經(jīng)濟效益。

     (4)AOD除塵灰的利用

    AOD爐冶煉時的粉塵量為鋼產(chǎn)量0.7%-1．0%，一般AOD粉塵中含Cr2O315%，NiO4%，CaO26%，Fe27%，MgO15%以及其它物質(zhì)，粉塵粒度≤20μm，粉塵中Cr2O3和NiO是貴重金屬氧化物。若不回收，不僅造成資源浪費，也會污染環(huán)境。因此，如何回收AOD粉塵中的Cr、Ni二物是各不銹鋼煉鋼廠的重要課題。

    太鋼經(jīng)研究采用的回收工藝是按還氧化物所需的sic量與粉塵混合成型，經(jīng)200℃干燥后送至中頻感應爐進行熔還原，鑄成高C鎳鉻合金（Cr13%－Ni6%），再送回電爐冶煉，用這種方法回收的AOD爐粉塵已取得較好的經(jīng)濟效益。

    鐵水冶煉不銹鋼技術(shù)的進展

   中國是一個發(fā)展中的國家。廢鋼，特別是不銹鋼廢鋼的積蓄量很少，因此，開發(fā)用全部鐵水或部分鐵水冶煉不銹鋼是中國不銹鋼廠的目標，世界上有3家工廠用鐵水冶煉不銹鋼，包括日本新日鐵八幡廠、JFE集團川崎千葉廠以及巴西Acesita廠。中國太鋼于2003年建成一條以鐵水為主要原料的三步法生產(chǎn)工藝即鐵水預處理脫硅脫磷-30tUHP電爐預熔合金-75tK-OBM-S復吹轉(zhuǎn)爐脫碳-80tVOD精煉80tLF爐精煉—立彎式方板坯連鑄機。其關(guān)鍵設(shè)備鐵水預處理從日本JFE集團川崎引進，75tK-B0M-S轉(zhuǎn)爐從奧鋼聯(lián)引進，80tVOD從達涅利引進，這條生產(chǎn)線的設(shè)計不銹鋼產(chǎn)量55t。
          
    該轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼有以下特點：

    (1)原料靈活，既可以用EAF預熔合金（15-30t）＋部分脫磷鐵水（30-50t），也可全部用脫磷鐵水（65t）冶煉不銹鋼；
    (2)轉(zhuǎn)爐爐容較大，可以保證平穩(wěn)操作而不產(chǎn)生飛濺；
    (3)帶槍位控制的頂槍，可以獲得高的脫碳速度以及CO后吹操作，以保證冶煉操作中的熱能需要；
    (4)底部風口冷卻氣體流量和壓力可以單獨控制，以保證最佳冷卻和延長風口的使用壽命；
    (5)采用VAI-CON-TEMP連續(xù)測溫裝置；
    (6)采用氣動擋渣器和IRIS測渣系統(tǒng)，減少出鋼時渣量過多，以保證下工序VOD操作順行；
    (7)采用先進的LevelII自動控制系統(tǒng)和軟件模型，確保轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼時的全自動控制，提高不銹鋼質(zhì)量。

    經(jīng)過1年來的實踐，太鋼基本上掌握了K-OBM-S轉(zhuǎn)爐不銹鋼工藝，取得了以下成果：
    (1)K-OBIII-S原設(shè)計產(chǎn)量為35萬t/a，2003年4月投產(chǎn)以來，當年生產(chǎn)不銹鋼26.05萬t，2004年安裝K-OBNI-S轉(zhuǎn)爐爐殼更換車，縮短了爐殼更換時間。完成改造后，不銹鋼設(shè)計產(chǎn)量為55萬t/a。
    (2)爐襯壽命不斷提高，從開始的200次左右提高到目前的近700次，爐底壽命也在不斷提高，從開始時的50次提高到目前的近300次（每個爐襯更換2-3次爐底）。
    (3)氫卸消耗大幅度降低，原設(shè)計冶煉304不銹鋼氫氣消耗為8m3/t，現(xiàn)在底部風口全流程以N2代Ar，取得明顯的經(jīng)濟效益。
    (4)取消電爐熔化合金工序，實施了100%脫磷鐵水，鉻鐵全部加人轉(zhuǎn)爐內(nèi)冶煉400系列不銹鋼的二步法生產(chǎn)工藝流程，大幅度降低生產(chǎn)成本。
    (5)由于采用脫P鐵水冶煉不銹鋼，鋼中P含量低于以廢鋼為主要原料冶煉的不銹鋼，鋼中As，Su，Cu等有害元素也大大降低。

    寶鋼集團上鋼一廠年產(chǎn)72萬t以鐵水和鉻鐵水為主要原料的一條不銹鋼煉鋼生產(chǎn)線已投產(chǎn)。其工藝路線是鐵水預處理-100tUHP電爐預熔鉻鐵水和合金-120tVOD精煉-120tVOD精煉-連鑄。該生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)爐采用AOD-L。這條生產(chǎn)線的投產(chǎn)進一步提高了中國用鐵水冶煉不銹鋼的技術(shù)水平。

    連鑄技術(shù)的進展
    中國不銹鋼連鑄技術(shù)起點較晚，直至1985年，太鋼投產(chǎn)了中國第一臺立式板坯不銹鋼連鑄機。由于這臺連鑄機采用單爐連鑄離線切割方式，鋼包容量只有18t，最高年產(chǎn)量僅5.8萬t，不能實現(xiàn)全連鑄生產(chǎn)。1999年，太鋼決定對這臺連鑄機實施技術(shù)改造。其改造目的是增加鋼包和中間包容量，采用在線切割方式實現(xiàn)多爐連鑄，改變二冷方式，提高鑄坯質(zhì)量。2004年，又決定對這臺連鑄機實施第二次技術(shù)改造。這次改造目的是增加鑄坯厚度規(guī)格至200mm，提高鑄坯質(zhì)量，降低鑄坯修磨損失。其主要內(nèi)容是將結(jié)晶器振動方式改為DYNAFLEX液壓振動，二冷系統(tǒng)實施動態(tài)冷卻(DYNACS)，安裝VAI一Q質(zhì)量控制專家系統(tǒng)，增設(shè)粒狀保護渣自動加人裝置和鑄坯打印機。

    經(jīng)過改造，太鋼在連鑄工藝方面取得了以下進展：
    (1)不銹鋼連鑄比明顯提高。立式連鑄機的連鑄比從1999年的51.4%提高到2003年的97.5%。
    (2)連澆爐數(shù)明顯提高。對于304鋼種來說，連澆爐數(shù)在6爐以上，連鑄坯收得率提高2.37個百分比，平均96.97％。