煉鋼工藝的發(fā)展歷程

1、煉鋼工藝的發(fā)展歷程2008年12月8日摘自冶金自動化網(wǎng)煉鋼方法（1 ）最早岀現(xiàn)的煉鋼方法是1740年岀現(xiàn)的坩堝法，它是將生鐵和廢鐵裝入由石墨和粘土制成的坩堝內(nèi)， 用火焰加熱熔化爐料，之后將熔化的爐料澆成鋼錠。此法幾乎無雜質(zhì)元素的氧化反應(yīng)。煉鋼方法（2）1856年英國人亨利 貝塞麥發(fā)明了酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，也稱為貝塞麥法，第一次解決了用鐵水直接冶煉鋼水的難題，從而使煉鋼的質(zhì)量得到提高，但此法要求鐵水的硅含量大于0.8%，而且不能脫硫。目前已淘汰。煉鋼方法（3）1865年德國人馬丁利用蓄熱室原理發(fā)明了以鐵水、廢鋼為原料的酸性平爐煉鋼法，即馬丁爐法。1880年岀現(xiàn)了第一座堿性平爐。由于其成本低、

2、爐容大，鋼水質(zhì)量優(yōu)于轉(zhuǎn)爐，同時原料的適應(yīng)性強(qiáng)，平爐煉鋼 法一時成為主要的煉鋼法。煉鋼方法（4）1878年英國人托馬斯發(fā)明了堿性爐襯的底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即托馬斯法。他是在吹煉過程中加石灰造堿性渣，從而解決了高磷鐵水的脫磷問題。當(dāng)時，對西歐的一些國家特別適用，因為西歐的礦石普遍磷含量 高。但托馬斯法的缺點是爐子壽命底，鋼水中氮的含量高。煉鋼方法（5）1899年出現(xiàn)了完全依靠廢鋼為原料的電弧爐煉鋼法（EAF），解決了充分利用廢鋼煉鋼的問題，此煉鋼法自問世以來，一直在不斷發(fā)展，是當(dāng)前主要的煉鋼法之一，由電爐冶煉的鋼目前占世界總的鋼的產(chǎn)量的30-40%。煉鋼方法（6）瑞典人羅伯特杜勒首先進(jìn)行了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐

3、煉鋼的試驗， 并獲得了成功。1952年奧地利的林茨城（Linz） 和多納維茲城（Donawitz）先后建成了 30噸的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐車間并投入生產(chǎn)，所以此法也稱為LD法。美國稱為 BOF 法（Basic Oxygen Furnace ）或 BOP 法，如圖1所示。圖1 BOF法煉鋼方法（7）1965年加拿大液化氣公司研制成雙層管氧氣噴嘴，1967年西德馬克西米利安鋼鐵公司引進(jìn)此技術(shù)并成功開發(fā)了底吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即OBM法（Oxygen Bottom Maxhuette） 。1971年美國鋼鐵公司引進(jìn)OBM法，1972年建設(shè)了 3座200噸底吹轉(zhuǎn)爐，命名為 Q-BOP （Quiet BOP），如圖

4、2所示。圖2 Q-BOP法煉鋼方法（8）在頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)展的同時，1978-1979年成功開發(fā)了轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉工藝，即從轉(zhuǎn)爐上方供給氧氣（頂吹氧），從轉(zhuǎn)爐底部供給惰性氣體或氧氣，它不僅提高鋼的質(zhì)量，而且降低了煉鋼消耗和噸鋼成本，更適合供給連鑄優(yōu)質(zhì)鋼水，如圖3所示。圖3轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉法煉鋼方法（9）我國首先在1972-1973年在沈陽第一煉鋼廠成功開發(fā)了全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。并在唐鋼等企業(yè)推廣應(yīng)用，如圖4所示。圖4全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法21世紀(jì)煉鋼技術(shù)總之，煉鋼技術(shù)經(jīng)過 200多年的發(fā)展，技術(shù)水平、自動化程度得到了很大的提高, 會面臨更大的挑戰(zhàn)，相信會有不斷的新技術(shù)涌現(xiàn)。AOD精煉技術(shù)的發(fā)展

5、2010-3-4 15:13:07(1) 脫碳工藝的改進(jìn)新日鐵光制鐵所當(dāng)w(C) > 0.7%時，在60 t AOD采用純氧吹煉，溫度>1 580 C時,w(Cr)20%,首先氧化碳，當(dāng)w(C) < 0.7%,采用O2;Ar(N2)連續(xù)變化方式脫碳，當(dāng)w(C) < 0.10%用純氬吹煉 用鋼中余氧及渣中的Cr2O3進(jìn)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，氧槍沒有岀現(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(jìn)行Cr2O3的還

6、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(jìn)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 AI代替FeSi進(jìn)行脫硫，取得滿意的效果,w(S)<10 X 10-6, 還原精煉時間縮短 5 17 min,如下圖。陀碳期還煤期除(hiAr 4：1!：3Ar渣ArlOmin5nuiiX7010傳嫌工藝F曲 M C雖CdJ Cat'll脫碳期還原脫拔02-Xr 4：12：if 3UA r5min新工藝AIMOC2渣子堿度要求 CaO+Mgn SiO2+AI2O3=2.8 3.5(3) 以N2代Ar及供氧強(qiáng)度的提高

7、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(dá)到20%40%,對于w(N)為400 X 10-6800 X 10-6的鋼可以在脫碳 一期、二期代Ar,產(chǎn)品w(N)要求1 500 X 10-62 500 X 10-6,脫碳期全部用 N2代Ar,產(chǎn)品w(N) 要求3 000 X 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(dá)到80%,產(chǎn)品w(N)<580 X 10-6,小于該鋼允許 w(N)650 X 10-6的要求。AODf供氧強(qiáng)度提高：供氧強(qiáng)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

8、本的關(guān)鍵工藝參數(shù)。經(jīng)過不斷研究，供氧強(qiáng)度已由過去 0.8 Nm3/min?t提高到11.5Nm3/min ?t,有頂槍時應(yīng)大于 2Nm3Q min ?t。供氧強(qiáng)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(yīng)產(chǎn)生的熱量及相對成本進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)只有碳生成 CO后再氧化為 CO2時，其反應(yīng)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

9、由7 C n min提高到17.5 C /min。CRE提高 5%,脫碳速度由 0.055%n min 提高到 0.087% n min,電耗降低 78 kW?hn t,FeSi減少25%，時間減少11 min,爐齡達(dá)到235爐。頂吹工藝有軟吹硬吹兩種方式，硬吹即進(jìn)入熔池的氧全部與鋼水進(jìn)行反應(yīng)，軟吹即60%進(jìn)行反應(yīng),40%與CO進(jìn)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(jìn)行復(fù)吹技術(shù)，精煉時間縮短20 min,FeSi降到7.5 kg nt,氬耗

10、降到11.3 Nm3/t。由于頂吹氧突岀的優(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 X 10-6的不銹鋼時，優(yōu)越性十分突岀，但是生產(chǎn) w(C+N)< 300 X 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(jì)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

11、t V-AODb其工藝技術(shù)為，當(dāng)鋼中w(C)>0.1% 時按傳統(tǒng)工藝由底側(cè)處風(fēng)槍吹入O2/Ar(N2),當(dāng)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2.02.67 kpa, 底吹A(chǔ)r/(N2)流量為2030 Nm3/min,在強(qiáng)大的攪拌下，鋼水中的余氧及渣中的氧化物，進(jìn)行脫碳，經(jīng)過1020 min,熔池溫降5070C ,鋼中w(C+N)達(dá)到100X 10-6以下。不同鋼種應(yīng)用 AOD-VCR 的碳、氮濃度見表 3。AOD-VCF其底吹攪拌能力是 SS-VOD的 1320倍，是VODC的3244倍，因 此創(chuàng)造了脫碳、脫氮動力學(xué)及熱力學(xué)條

12、件，若達(dá)到同樣C、N質(zhì)量分?jǐn)?shù),SS-VOD需40 min以上。若要求 w(C) < 150 X 10-6,w(N)< 300 X 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 C。第一階段 CRE達(dá)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%丄D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(jìn)行煉取得了明顯效果 ，鉻回收率達(dá)到 99%,脫碳速提高 0.018% n min,升溫提高20%70%,FeSi耗減少10%15%,以N2代Ar率達(dá)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 kg n t,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