不銹鋼的幾種冶煉方法介紹

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不銹鋼的幾種冶煉方法介紹
, G! K9 @7 u7 U# R' P& t# f' {    不銹鋼是鉻含量為10％～30％的合金鋼,，鉻是主要的耐蝕成分,。不銹鋼具有漂亮的外觀,，閃閃發(fā)光，經(jīng)久耐用,。通過改變鉻的含量,，并添加其他合金元素，諸如鎳,、鉬,、錳、銅,、鈦,、鈮等等，即可形成奧氏體,、鐵素體,、馬氏體、雙相和沉淀硬化不銹鋼,，并具有不同的顯微組織,、物理、化學(xué)和力學(xué)性能,，以適應(yīng)特殊的應(yīng)用要求,。
    上世紀(jì)50年代，采用電爐“一步法”生產(chǎn)不銹鋼,，包括冶煉,、脫氧、合金化,、吹氧脫碳等,。這種方法的生產(chǎn)率不高。此后,，又采用了BOF,、電爐冶煉、鋼包處理。
    上世紀(jì)60年代,，通過提高溫度和降低一氧化碳分壓來提高鉻的收得率,，從而開發(fā)了精煉工藝，諸如AOD(氬氧脫碳),，采用電爐冶煉,，提高了不銹鋼生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。
* F% v1 L  r5 M% w3 W" y  C4 _, O    當(dāng)今,，68．7％的不銹鋼是采用AOD轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的,，19．5％是通過BOF轉(zhuǎn)爐－VOD(真空吹氧脫碳)、6．8％是通過VOD,、5％是采用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的,，即所謂“二步法”和“三步法”。
8 [. H9 _5 C3 g0 S; ?' w    1．AOD精煉法
, C3 M# e" q# }  m: X2 Z    AOD是一種轉(zhuǎn)爐,，通過轉(zhuǎn)爐側(cè)面的風(fēng)口噴吹氧氣,、氮?dú)狻�氬��,、空氣和二氧化碳�(xì)�,，并從爐頂氧槍噴吹氧氣、氬氣和氮?dú)�,。這種方法可以利用大量的廢鋼和高碳鉻鐵,。初始碳含量為3％，冶煉后可降至0．015％,。經(jīng)電爐冶煉的鋼水通過鋼包送入AOD爐,，向熔池噴吹氧氣和氬氣，降低碳含量,，增加鉻的氧化,。為了確保快速脫碳,，降低鉻損,，節(jié)省氬氣，吹煉初期應(yīng)采用低的氬氧比,。隨著碳含量的降低,，提高氬氧比。添加氧化物(如硅鐵),、熔劑(如石灰和螢石),，通過加強(qiáng)吹氬攪拌，將氧化鉻轉(zhuǎn)化為金屬,，以生產(chǎn)低硫不銹鋼,。如生產(chǎn)AISI304,，典型的消耗量是：氬氣約12Nm3／t鋼，氮?dú)饧s10Nm3／t鋼,，氧氣約＞6Nm3／t鋼,，石灰約5kg／t鋼，晶石約3kg／t鋼,，鋁約2kg／t鋼,，還原用硅約8kg／t鋼，脫碳金屬料約135kg／t,，從裝料到出鋼的時(shí)間通常為60min左右。采用AOD法,，鉻的收得率約為96％,，錳為88％，總的金屬收得率為95％,。
    2．KAWASAKI－BOP和KAWASAKI－OBM－S法
( u. G0 K5 _* u2 _    KAWASAKI－BOP轉(zhuǎn)爐類似于從爐頂氧槍吹氧的BOF氧氣轉(zhuǎn)爐,，有7個(gè)可以吹氧的底部風(fēng)口，用丙烷氣冷卻風(fēng)口(氣體裂化),。通過轉(zhuǎn)爐的風(fēng)口還可噴吹石灰粉,。
/ l! b% E; C$ }( ]6 {    Kawasaki－OBM－S轉(zhuǎn)爐是由奧鋼聯(lián)開發(fā)的，是BOP法的發(fā)展,，風(fēng)口安裝于轉(zhuǎn)爐的側(cè)面或底部,，還裝有頂部氧槍。頂部氣體采用氧氣,、氮?dú)夂蜌鍤�,，通過底部風(fēng)口噴吹氧氣、氮?dú)�,、氬氣和烴類氣體,。天然氣和丙烷用于風(fēng)口保護(hù)和提高耐火材料的壽命。用這種轉(zhuǎn)爐精煉AISI304,，典型消耗量是：氧氣29Nm3／t鋼,，氮?dú)饧s為13Nm3／t鋼，氬氣約為16．5Nm3／t鋼,，用于還原的硅約為11kg／t鋼,，石灰約為50kg／t鋼，白云石20kg／t鋼,，螢石約為8kg／t鋼,。
2 ~# }0 ~9 o' v# t    3．CREUSOTLOIREUD�睤EHOLM(CLU)法
    這種轉(zhuǎn)爐法采用蒸汽作為稀釋氣體，而不是通常所用的氬氣,。此工藝是由瑞典的Udde�瞙olm和法國的CreusotLoire共同開發(fā)的,。這種轉(zhuǎn)爐從底部吹氧氣,、蒸汽、氮?dú)夂蜌鍤�,，同時(shí),，從爐頂吹氧氣、氮?dú)夂蜌鍤�,。脫碳時(shí),，開始吹氧氣－蒸汽混合氣體。由于蒸汽和熔融金屬的吸熱反應(yīng)而且鉻損較AOD法大得多,，因此,，該工藝的效率較低。采用這種轉(zhuǎn)爐,，耗氬量降低,，但耗硅量卻很高，而且鋼中氫含量增加,。目前的趨勢(shì)是用更多的氬氣來取代蒸汽,，以提高這種轉(zhuǎn)爐的效率。
4 y6 j/ c1 A, A( y* r# x& K    用這種轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)AISI304,，耗氧量約為2Nm3／t鋼,，氮?dú)饧s為13．5Nm3／t鋼，蒸氣為10．4Nm3／t鋼,，氬氣為7Nm3／t鋼,，還原用硅約為15．5kg／t鋼，氫含量為5．9×10－6,。
& y" T9 b" s4 s/ ~  p    4．金屬精煉法(MRP)
/ h' F- h3 P: ?% u: ~) d! F    這種轉(zhuǎn)爐是由曼內(nèi)斯曼•德馬克開發(fā)的,，該工藝包括含鉻、鎳熔融金屬的裝料,，采用氧和惰性氣體脫碳,。通過轉(zhuǎn)爐底部的風(fēng)口交替地吹氣，氧氣未經(jīng)惰性氣體稀釋,，只是吹氧后再吹惰性氣體,，降低一氧化碳分壓，加快脫碳率,，提高鉻的收得率,，降低耗硅量和渣中的氧化鉻。MRP－L轉(zhuǎn)爐是一種改進(jìn)型,，氧氣從爐頂吹入,，惰性氣體從轉(zhuǎn)爐底部的多孔塞吹入并可取代底部風(fēng)口。該工藝可采用比AOD法更高的噴吹率,，而且風(fēng)口侵蝕最少,。在轉(zhuǎn)爐中的熔融金屬的中間碳達(dá)到一定水平后,，轉(zhuǎn)入脫碳。
& ~9 {' C+ t. Z6 ?  S' s+ D# U    5．克虜伯復(fù)合吹煉法(KCB－S)
2 p0 D9 ]! ?0 {* V* E    該工藝由克虜伯開發(fā),，是BOF轉(zhuǎn)爐的改進(jìn)型,，通過氧槍和轉(zhuǎn)爐側(cè)壁的風(fēng)口進(jìn)行復(fù)合吹煉，同時(shí),，導(dǎo)入工藝氣體以提高脫碳率,。與AOD法相比，冶煉305鋼的冶煉時(shí)間縮短,。吹煉開始時(shí),，同時(shí)從爐頂氧槍和側(cè)壁風(fēng)口吹純氧，吹氧達(dá)到一定溫度后,，加入鐵合金和廢鋼,。碳含量達(dá)到臨界值后降低工藝氣體的氧含量，加入惰性氣體,，如氮?dú)饣驓鍤猓�比例�?∶1,，2∶1,，1∶1，1∶2和1∶4,，逐漸降低碳含量,。碳含量達(dá)到0．15％時(shí)，中斷氧槍,，只從風(fēng)口導(dǎo)入工藝氣體,。達(dá)到目標(biāo)碳含量時(shí)，加硅以降低渣中的氧化鉻,，加石灰和熔劑,，降低溶解氧含量，優(yōu)化脫硫,。
8 g/ j$ H2 Q# a. ], A# S6 ?    6．氬氣二次精煉法(ASM)
# B" S" ^0 Z* O2 s! T2 X    該工藝由德國MANGHH開發(fā),，風(fēng)口位于轉(zhuǎn)爐的底部，吹氧氣,、氮?dú)夂蜌鍤�,。這種轉(zhuǎn)爐是在配有爐頂氧槍的ASM－L轉(zhuǎn)爐的基礎(chǔ)上稍加改進(jìn)而成。
: s: T0 F1 X' k# \! q) ~% k4 ~! Y    7．住友頂?shù)讖?fù)吹法(STB)
    該工藝是被住友金屬工業(yè)公司概念化的工藝,。該工藝克服了單從頂部或單從底部吹氣的困難,，將二者結(jié)合起來，有助于降低風(fēng)口的侵蝕,，通過爐頂氧槍加大富氧氣體的吹量,，提高了脫碳率,，縮短了脫碳時(shí)間。
; D+ L; Y( D! c0 B* e# n    8．頂?shù)讖?fù)吹氬法(TMBI)
* [5 _- S: w; q2 Y    該工藝為AlleghenyLedlum公司所采用,，類似于BOF轉(zhuǎn)爐,，底部裝有風(fēng)口，吹入惰性氣體,，為氬氣或氮?dú)�,。吹煉初始，先從爐頂吹入混合氣體,，作為中間轉(zhuǎn)爐,，加鉻以后再轉(zhuǎn)入另一座轉(zhuǎn)爐。該工藝主要用于生產(chǎn)鐵素體不銹鋼,。
8 l/ n. b& B4 ~    9．RUHRSTAHL－HEREUSOB法
* L( Q+ C; `2 m, B  J    該工藝由新日本鋼鐵公司開發(fā),，高爐鐵水直接送入BOF爐，進(jìn)行鉻合金化和吹煉,，在不銹鋼二次精煉爐RH－OB中進(jìn)行最終脫碳,，直至碳含量降至0．5％～0．6％。
    10．AOD／VCR法
7 C: e3 n6 t+ U2 E. {* q    大同鋼公司和新日本鋼鐵公司進(jìn)行試驗(yàn),，應(yīng)用轉(zhuǎn)爐上方真空的概念,，縮短脫碳時(shí)間，減少鉻的氧化,，并將氬氣消耗量降至最低,。在AOD爐中將碳含量降至0．085％～0．10％，取樣,、用真空蓋定位,，進(jìn)行脫碳，加硅,，還原氧化鉻,。該工藝降低了氬氣和硅的消耗量，在送進(jìn)AOD爐前,，在鋼包內(nèi)先行脫硫,。該工藝的問題是耐火材料消耗量較高，不能熔煉廢鋼,，維護(hù)成本較高,。
; u# @6 e4 t5 }( ]9 v, M9 }4 r    11．真空吹氧脫碳法(VOD)
    該工藝是生產(chǎn)不銹鋼最合適的真空法之一，被認(rèn)為是生產(chǎn)低碳,、低氮,、低氬不銹鋼的最有效方法。鋼包中的鋼水經(jīng)過處理,，碳含量降至1％左右,。該工藝從真空度為100～250torr(1torr＝133．322Pa)的爐頂氧槍吹氧,，硅首先被氧化，接著是碳被氧化,。在熔池達(dá)到一定溫度和硅含量時(shí),，一氧化碳開始生成，脫碳開始,。監(jiān)測(cè)CO∶CO2值,，熔池碳含量達(dá)到0．08％時(shí)，該比值快速升高,。此后,，脫碳率下降，與氧氣流速無關(guān),。停止吹氧,，轉(zhuǎn)爐壓力降低，吹氬攪拌,，以加強(qiáng)溶解氧和殘余碳的反應(yīng),。加鋁、還原硅,，同時(shí),，加石灰和螢石以更有效地脫硫。
    12．精煉法的選擇
0 F+ z; G- C4 x9 l! \) f) O    精煉法的選擇取決于投資費(fèi)用,、運(yùn)行成本、原料,、物流,、下游設(shè)備的利用以及所生產(chǎn)不銹鋼的種類。在此基礎(chǔ)上,，精煉法可分為二步法或三步法,。廢鋼成本高，則利用高碳鉻鐵,，提高脫碳率,；碳鋼廢鋼用作冷卻劑。鐵合金或不銹鋼廢鋼太貴的地方可代之以鉻礦石,。氬氣成本高,，可采用真空法，并安裝鋼包爐,。
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