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
) s& d( Y8 J$ k9 N- _) j- x/ E" p    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。
. ^  \8 T( [! [. U3 i    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,。
7 o2 `( N; C, j0 F    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 r6 D& N0 [# h! X$ P    1．AOD精煉法
    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)�,、氬氣,、空氣和二氧化碳�(xì)猓�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�,？焖倜撎�,，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
9 v) g/ e1 ?- K: E" M  a+ L    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。
    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)夂蜌鍤猓�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。
# |1 F) H' }2 ~1 u4 g- j  s4 w    3．CREUSOTLOIREUD�睤EHOLM(CLU)法
8 {4 u( z/ a7 ]1 y7 j& a5 M. Q  C! n    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,。目前的趨勢是用更多的氬氣來取代蒸汽，以提高這種轉(zhuǎn)爐的效率,。
: D2 X6 R3 e5 ?4 x9 c5 ~    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,。
    4．金屬精煉法(MRP)
' ]: j3 P9 E4 t1 N# x    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,。
    5．克虜伯復(fù)合吹煉法(KCB－S)
    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�,，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,。
    6．氬氣二次精煉法(ASM)
    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)夂蜌鍤狻＿@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,。
+ b5 n. @) H) ]$ z; Z    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,。
    8．頂?shù)讖?fù)吹氬法(TMBI)
    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)狻４禑挸跏�,，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,。
    9．RUHRSTAHL－HEREUSOB法
    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
    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。
    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
    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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