不銹鋼高純度冶煉及夾雜物控制-太鋼20130621-劉瀏

1、不不 銹銹 鋼鋼高純度冶煉與夾雜物控制高純度冶煉與夾雜物控制鋼鐵研究總院鋼鐵研究總院 劉瀏劉瀏2013年年6月月太鋼太鋼 不銹鋼產(chǎn)品與質(zhì)量控制不銹鋼產(chǎn)品與質(zhì)量控制 不銹鋼生產(chǎn)工藝流程不銹鋼生產(chǎn)工藝流程 不銹鋼冶煉技術(shù)不銹鋼冶煉技術(shù) 不銹鋼精煉技術(shù)不銹鋼精煉技術(shù) 鋼中夾雜物控制鋼中夾雜物控制 最新技術(shù)進展最新技術(shù)進展主要內(nèi)容主要內(nèi)容不銹鋼生產(chǎn)與消費不銹鋼生產(chǎn)與消費19952009年世界不銹鋼產(chǎn)量年世界不銹鋼產(chǎn)量 （1）隨著市場繁榮，世界不銹鋼消）隨著市場繁榮，世界不銹鋼消費量逐年增長，至費量逐年增長，至2006年國際不銹鋼粗年國際不銹鋼粗鋼產(chǎn)量達到峰值鋼產(chǎn)量達到峰值2838萬噸，不銹鋼的年萬噸，

2、不銹鋼的年均消費量增長均消費量增長6.7%。 （2）從世界范圍看（）從世界范圍看（19932002年）年）不銹鋼的消費量始終低于生產(chǎn)量，說明不銹鋼的消費量始終低于生產(chǎn)量，說明不銹鋼產(chǎn)能已經(jīng)過剩。不銹鋼產(chǎn)能已經(jīng)過剩。 （3）2001年世界人均不銹鋼消費量年世界人均不銹鋼消費量9.2kg，2005年升高到年升高到14.05kg，平均每，平均每年增長率為年增長率為8.8%，高于世界不銹鋼消費，高于世界不銹鋼消費量的增長量。說明世界不銹鋼產(chǎn)量仍然量的增長量。說明世界不銹鋼產(chǎn)量仍然有較大的增長空間。有較大的增長空間。 （4）不銹鋼的生產(chǎn)與消費一般隨世界）不銹鋼的生產(chǎn)與消費一般隨世界鎳資源價格的波動而發(fā)生

3、周期性變化。鎳資源價格的波動而發(fā)生周期性變化。2006年以后由于金融危機的影響，不銹年以后由于金融危機的影響，不銹鋼產(chǎn)量下滑，但長遠看不會影響世界不鋼產(chǎn)量下滑，但長遠看不會影響世界不銹鋼增長的總趨勢。銹鋼增長的總趨勢。世界世界美國美國日本日本19932002年世界不銹鋼粗鋼產(chǎn)量、表觀消費量年世界不銹鋼粗鋼產(chǎn)量、表觀消費量 世界主要國家和地區(qū)不銹鋼板卷分行業(yè)消費情況世界主要國家和地區(qū)不銹鋼板卷分行業(yè)消費情況世界世界歐洲歐洲不銹鋼主要消費領(lǐng)域不銹鋼主要消費領(lǐng)域 世界不銹鋼分行業(yè)消費情況世界不銹鋼分行業(yè)消費情況 不銹鋼廣泛應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域不銹鋼廣泛應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域,由于由于各國經(jīng)濟發(fā)展狀況不同各

4、國經(jīng)濟發(fā)展狀況不同,主要包括：主要包括：家電和食品機械等領(lǐng)域約占家電和食品機械等領(lǐng)域約占2637%;電子設(shè)備和自動化約占電子設(shè)備和自動化約占1734%;工業(yè)機械約占工業(yè)機械約占1022%;建筑領(lǐng)域約占建筑領(lǐng)域約占1118%； 管材主要用于交通、能源領(lǐng)域，約占管材主要用于交通、能源領(lǐng)域，約占815%。2008年日本不銹鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)年日本不銹鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不銹鋼的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不銹鋼的產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 日本不銹鋼的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：日本不銹鋼的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：2008年日本熱軋不銹鋼鋼種比例年日本熱軋不銹鋼鋼種比例結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)特特點點 發(fā)達國家不銹鋼生產(chǎn)以板材為主，發(fā)達國家不銹鋼生產(chǎn)以板材為主，占占656575%;75%;其次為管材和

5、線材其次為管材和線材; ; 不銹鋼產(chǎn)品以不銹鋼產(chǎn)品以300300系和系和400400系為主體系為主體, ,很少生產(chǎn)很少生產(chǎn)200200系系; ; 400 400系不銹鋼生產(chǎn)比例不斷提高。系不銹鋼生產(chǎn)比例不斷提高。772362387030683290100102030405060708090100%世界平均美國歐盟日本中國不銹鋼消費結(jié)構(gòu)(300系/400系)300系400系2008年年1-9月美國不銹鋼產(chǎn)品消費結(jié)構(gòu)月美國不銹鋼產(chǎn)品消費結(jié)構(gòu)不銹鋼產(chǎn)品與工藝特點不銹鋼產(chǎn)品與工藝特點Cr含量對鋼材耐蝕性能的影響含量對鋼材耐蝕性能的影響Cr對鋼在稀硝酸對鋼在稀硝酸(32%)中的耐蝕性中的耐蝕性1. 概述

6、：概述：不銹鋼具有不銹和耐蝕特性及其它優(yōu)良性能，在各工不銹鋼具有不銹和耐蝕特性及其它優(yōu)良性能，在各工業(yè)部門和日常生活中得到廣泛而大量的應(yīng)用。自業(yè)部門和日常生活中得到廣泛而大量的應(yīng)用。自20世紀初，不銹世紀初，不銹鋼問世至今已近鋼問世至今已近100年歷史。不銹鋼的發(fā)明是冶金史上的重大成年歷史。不銹鋼的發(fā)明是冶金史上的重大成就，為近代工業(yè)發(fā)展和科學(xué)進步奠定重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，逐步形就，為近代工業(yè)發(fā)展和科學(xué)進步奠定重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，逐步形成馬氏體不銹鋼（包括沉淀硬化不銹鋼）、鐵素體不銹鋼、奧成馬氏體不銹鋼（包括沉淀硬化不銹鋼）、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和奧氏體氏體不銹鋼和奧氏體+鐵素體雙相不銹鋼四大類產(chǎn)

7、品。鐵素體雙相不銹鋼四大類產(chǎn)品。2. 不銹鋼的成份特點不銹鋼的成份特點 含鉻高：不銹鋼的不銹耐蝕性主要是由于鋼的表面形成富鉻氧含鉻高：不銹鋼的不銹耐蝕性主要是由于鋼的表面形成富鉻氧化膜（鈍化膜），一般鉻含量化膜（鈍化膜），一般鉻含量12%以上使鋼具有不銹鋼性。以上使鋼具有不銹鋼性。 合金比高：不銹鋼往往含有合金比高：不銹鋼往往含有1335%的的Cr、49%的的Ni以及以及Ti、Al、Mo、Nb等其它微合金元素。等其它微合金元素。 不銹鋼品種不同，對鋼的潔凈度要求完全不同：如超純鐵素體不銹鋼品種不同，對鋼的潔凈度要求完全不同：如超純鐵素體不銹鋼要求嚴格控制鋼中不銹鋼要求嚴格控制鋼中C、N含量，但

8、在雙相鋼中則要求盡可含量，但在雙相鋼中則要求盡可能精確控制鋼中具有較高的能精確控制鋼中具有較高的N含量。含量。3. 不銹鋼生產(chǎn)的冶煉特點不銹鋼生產(chǎn)的冶煉特點 由于不銹鋼含有大量由于不銹鋼含有大量Cr，因此冶煉中必須嚴格控制，因此冶煉中必須嚴格控制C-Cr反應(yīng)平反應(yīng)平衡，實現(xiàn)脫碳保鉻。衡，實現(xiàn)脫碳保鉻。 由于不銹鋼合金比高，要求冶煉工藝設(shè)備必須具備較強的合金由于不銹鋼合金比高，要求冶煉工藝設(shè)備必須具備較強的合金熔化能力，保證具有足夠的熱源熔化合金和實現(xiàn)高溫冶煉。熔化能力，保證具有足夠的熱源熔化合金和實現(xiàn)高溫冶煉。 由于不銹鋼種類繁多，質(zhì)量控制嚴格，因此要求不銹鋼冶煉工由于不銹鋼種類繁多，質(zhì)量控制

9、嚴格，因此要求不銹鋼冶煉工藝必須具有廣泛的品種適應(yīng)能力，適應(yīng)多品種生產(chǎn)。藝必須具有廣泛的品種適應(yīng)能力，適應(yīng)多品種生產(chǎn)。奧氏體不銹鋼潔凈度要求奧氏體不銹鋼潔凈度要求C對對304L不銹鋼耐蝕性的影響不銹鋼耐蝕性的影響（65%HNO3） 奧氏體不銹鋼是不銹鋼中最重要的鋼類，其產(chǎn)量和使用量超過不奧氏體不銹鋼是不銹鋼中最重要的鋼類，其產(chǎn)量和使用量超過不銹鋼總量的銹鋼總量的50%。和其它不銹鋼相比奧氏體不銹鋼具有以下優(yōu)點：。和其它不銹鋼相比奧氏體不銹鋼具有以下優(yōu)點： 在多種腐蝕介質(zhì)中具有優(yōu)秀的耐蝕性；在多種腐蝕介質(zhì)中具有優(yōu)秀的耐蝕性； 綜合力學(xué)性能良好；綜合力學(xué)性能良好； 工藝性能和可焊性能優(yōu)良；工藝性能

10、和可焊性能優(yōu)良； 具有非鐵磁性和良好的低溫性能。具有非鐵磁性和良好的低溫性能。奧氏體不銹鋼的缺點：強度、硬度偏低，不適用于承載較重負荷及奧氏體不銹鋼的缺點：強度、硬度偏低，不適用于承載較重負荷及對硬度和耐磨性有要求的設(shè)備部件。對硬度和耐磨性有要求的設(shè)備部件。碳的危害：碳的危害：碳是強烈形成并穩(wěn)定和擴大奧氏體相區(qū)的元素，利于提碳是強烈形成并穩(wěn)定和擴大奧氏體相區(qū)的元素，利于提高不銹鋼強度。但碳常被視為有害元素，如碳與鉻形成高不銹鋼強度。但碳常被視為有害元素，如碳與鉻形成Cr23C6碳化物，碳化物，使耐晶間腐蝕性能下降。一般要求使耐晶間腐蝕性能下降。一般要求C0.03%或或0.02%。硫的危害：硫的

11、危害：降低不銹鋼熱塑性，影響熱加工性能和耐蝕性。形成降低不銹鋼熱塑性，影響熱加工性能和耐蝕性。形成MnS夾雜易溶于酸性氯化物溶液，導(dǎo)致耐點蝕和縫隙腐蝕性能顯著夾雜易溶于酸性氯化物溶液，導(dǎo)致耐點蝕和縫隙腐蝕性能顯著下降。下降。磷的危害：磷的危害：顯著降低鉻、鎳奧氏體不銹鋼耐各種濃度硝酸腐蝕的性顯著降低鉻、鎳奧氏體不銹鋼耐各種濃度硝酸腐蝕的性能，提高固溶態(tài)晶間腐蝕的敏感性。能，提高固溶態(tài)晶間腐蝕的敏感性。鉻、鎳含量對鋼在鉻、鎳含量對鋼在5%H2SO4中的耐蝕性影響中的耐蝕性影響Mn/S比對不銹鋼耐點蝕性的影響比對不銹鋼耐點蝕性的影響不同不同P的的00Cr18Ni14Mo2鋼在尿素鋼在尿素生產(chǎn)實際介

12、質(zhì)中掛片生產(chǎn)實際介質(zhì)中掛片7000h的實驗結(jié)的實驗結(jié)果果1-敏化處理，敏化處理，2-1050固溶固溶處理，處理，3-1300固溶固溶處理處理50g/l FeCl36H2O,35鐵素體不銹鋼潔凈度要求鐵素體不銹鋼潔凈度要求 鐵素體不銹鋼系指鐵素體不銹鋼系指Cr含量在含量在1130%，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)，在使，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)，在使用狀態(tài)下以鐵素體組織為主的不銹鋼。用狀態(tài)下以鐵素體組織為主的不銹鋼。 鐵素體不銹鋼具有不銹性和耐一般腐蝕性能外，還具有耐氯化物應(yīng)力鐵素體不銹鋼具有不銹性和耐一般腐蝕性能外，還具有耐氯化物應(yīng)力腐蝕、耐點蝕、耐縫隙腐蝕等優(yōu)良性能。是一種節(jié)鎳型不銹鋼，具有強腐蝕、耐點蝕

13、、耐縫隙腐蝕等優(yōu)良性能。是一種節(jié)鎳型不銹鋼，具有強度高、冷加工硬化傾向低、導(dǎo)熱系數(shù)高、線膨脹系數(shù)低等優(yōu)點。度高、冷加工硬化傾向低、導(dǎo)熱系數(shù)高、線膨脹系數(shù)低等優(yōu)點。 過去由于鐵素體不銹鋼低溫韌性差，對晶間腐蝕較敏感，使其應(yīng)用范過去由于鐵素體不銹鋼低溫韌性差，對晶間腐蝕較敏感，使其應(yīng)用范圍較窄。通過嚴格控制鋼中圍較窄。通過嚴格控制鋼中C、N等間隙元素含量，解決了上述問題。等間隙元素含量，解決了上述問題。 隨隨C、N量的增加鐵素體不銹鋼沖擊韌性下降，特別是量的增加鐵素體不銹鋼沖擊韌性下降，特別是Cr1518%更為更為明顯，控制明顯，控制C+N200ppm可保證鋼材的沖擊韌性；可保證鋼材的沖擊韌性；

14、隨隨C、N量的增加鐵素體不銹鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，缺口敏感性惡化；量的增加鐵素體不銹鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，缺口敏感性惡化； 隨隨C、N量的增加鐵素體不銹鋼腐蝕速率升高，降低量的增加鐵素體不銹鋼腐蝕速率升高，降低C+N量可解決；量可解決； C+N量超過量超過0.008%，在，在5%NaCl中銹點顯著增加。中銹點顯著增加。C、N量對鐵素體不銹鋼脆量對鐵素體不銹鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度的影響性轉(zhuǎn)變溫度的影響C、N與與Cr對鐵素體不銹鋼沖擊對鐵素體不銹鋼沖擊韌性的影響韌性的影響沖擊韌性好沖擊韌性好沖擊韌性差沖擊韌性差在在65%沸騰的沸騰的HNO3中中C+N量對量對鐵素體不銹鋼耐蝕性的影響鐵素體不銹鋼耐蝕性的影響在在

15、5%NaCl中中(35)C+N量對鐵量對鐵素體不銹鋼銹蝕性的影響素體不銹鋼銹蝕性的影響雙相不銹鋼潔凈度要求雙相不銹鋼潔凈度要求Cr對含對含Ni5.5%和和7%的兩種雙的兩種雙相不銹鋼耐點蝕性能的影響相不銹鋼耐點蝕性能的影響50,10%FeCl36H2O,24h在在80,3.5%NaCl中氮對雙相中氮對雙相不銹鋼點蝕電位的影響不銹鋼點蝕電位的影響氮對雙相不銹鋼點蝕速率的影響氮對雙相不銹鋼點蝕速率的影響氮對雙相不銹鋼臨界縫隙腐蝕氮對雙相不銹鋼臨界縫隙腐蝕溫度的影響溫度的影響6%FeCl3溶液溶液 奧氏體奧氏體+鐵素體雙相不銹鋼具有鐵素體雙相不銹鋼具有 + 雙相組織結(jié)構(gòu)，兼有奧氏體和鐵素雙相組織結(jié)構(gòu)

16、，兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點體不銹鋼的特點：與鐵素體不銹鋼相比雙相不銹鋼韌性高、脆性轉(zhuǎn)變溫：與鐵素體不銹鋼相比雙相不銹鋼韌性高、脆性轉(zhuǎn)變溫度低，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高；但同時又保留了鐵素體度低，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高；但同時又保留了鐵素體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)高、線膨脹系數(shù)小，具有超塑性等優(yōu)點。和奧氏體不銹不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)高、線膨脹系數(shù)小，具有超塑性等優(yōu)點。和奧氏體不銹鋼相比強度提高，耐應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞等性能明顯改善。鋼相比強度提高，耐應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞等性能明顯改善。雙相不銹鋼分為：雙相不銹鋼分為： 鉻鎳系雙相不銹鋼，包括鉻鎳系雙相不銹鋼，包括Cr-Ni18-5、22-5

17、、25-5三類。三類。 鉻錳氮系雙相不銹鋼，包括鉻錳氮系雙相不銹鋼，包括Cr-Mn-N18-8-5和和18-14(Cr-Mn)兩類。兩類。70年代后鉻鎳雙相不銹鋼發(fā)展以提高鋼中年代后鉻鎳雙相不銹鋼發(fā)展以提高鋼中Cr+3.3Mo和和N含量為主要特征：含量為主要特征： （1）雙相不銹鋼隨）雙相不銹鋼隨Cr含量升高腐蝕速度降低，含含量升高腐蝕速度降低，含Ni7%優(yōu)于優(yōu)于5.5%； （2）提高）提高N具有以下優(yōu)點：具有以下優(yōu)點： N形成并穩(wěn)定擴大奧氏體相區(qū)；形成并穩(wěn)定擴大奧氏體相區(qū)； 提高提高N可明顯提高雙相不銹鋼的點蝕電位；可明顯提高雙相不銹鋼的點蝕電位； 提高提高N大幅度降低雙相不銹鋼的孔蝕速度；

18、大幅度降低雙相不銹鋼的孔蝕速度； 提高提高N明顯提高臨界縫隙腐蝕溫度。明顯提高臨界縫隙腐蝕溫度。不銹鋼生產(chǎn)工藝流程不銹鋼生產(chǎn)工藝流程 全廢鋼電爐不銹鋼生產(chǎn)流程全廢鋼電爐不銹鋼生產(chǎn)流程 全鐵水轉(zhuǎn)爐不銹鋼生產(chǎn)流程全鐵水轉(zhuǎn)爐不銹鋼生產(chǎn)流程 鐵水鐵水-廢鋼不銹鋼混合生產(chǎn)流程廢鋼不銹鋼混合生產(chǎn)流程不銹鋼冶煉流程分類不銹鋼冶煉流程分類 不銹鋼冶煉工藝流程可根據(jù)冶煉原料的差別分為：廢鋼電爐流程、鐵水轉(zhuǎn)不銹鋼冶煉工藝流程可根據(jù)冶煉原料的差別分為：廢鋼電爐流程、鐵水轉(zhuǎn)爐流程和廢鋼爐流程和廢鋼-鐵水混合流程。鐵水混合流程。廢鋼電爐廢鋼電爐流程流程全鐵水轉(zhuǎn)爐全鐵水轉(zhuǎn)爐流程流程鐵水鐵水+廢鋼廢鋼流程流程選擇流程的原則

19、：選擇流程的原則： （1）對原材料適應(yīng)）對原材料適應(yīng)性強性強 （2）對不銹鋼產(chǎn)品）對不銹鋼產(chǎn)品的適應(yīng)性強的適應(yīng)性強 （3）生產(chǎn)成本低）生產(chǎn)成本低 （4）生產(chǎn)效率高）生產(chǎn)效率高 （5）具備合理的規(guī)）具備合理的規(guī)模模全廢鋼不銹鋼生產(chǎn)流程全廢鋼不銹鋼生產(chǎn)流程 傳統(tǒng)流程，工藝成熟；傳統(tǒng)流程，工藝成熟； 采用不銹鋼返回料作原料，降低生產(chǎn)成本；采用不銹鋼返回料作原料，降低生產(chǎn)成本； 生產(chǎn)規(guī)模小，一般為生產(chǎn)規(guī)模小，一般為4060萬噸萬噸/年；年； 鐵素體、奧氏體不銹鋼采用鐵素體、奧氏體不銹鋼采用“二步法二步法”生產(chǎn)工藝，超純鐵素體不銹鋼采用生產(chǎn)工藝，超純鐵素體不銹鋼采用“三步法三步法”生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)工藝。技

20、技術(shù)術(shù)特特點點全鐵水轉(zhuǎn)爐不銹鋼冶煉流程全鐵水轉(zhuǎn)爐不銹鋼冶煉流程采用電爐熔化合金的全鐵采用電爐熔化合金的全鐵水不銹鋼冶煉工藝流程水不銹鋼冶煉工藝流程 全鐵水不銹鋼冶煉工藝流程的主要特點是以鐵水為主要原料，配加合金直接全鐵水不銹鋼冶煉工藝流程的主要特點是以鐵水為主要原料，配加合金直接生產(chǎn)各種牌號不銹鋼的冶煉工藝。通常分為以下兩種類型：生產(chǎn)各種牌號不銹鋼的冶煉工藝。通常分為以下兩種類型： （1）采用電爐熔化合金的全鐵水不銹鋼冶煉工藝；）采用電爐熔化合金的全鐵水不銹鋼冶煉工藝； （2）采用轉(zhuǎn)爐熔化合金的全鐵水不銹鋼冶煉工藝。）采用轉(zhuǎn)爐熔化合金的全鐵水不銹鋼冶煉工藝。 全鐵水不銹鋼冶煉工藝的主要缺點是：

21、冶煉過程熱量不足，不能大量使用不全鐵水不銹鋼冶煉工藝的主要缺點是：冶煉過程熱量不足，不能大量使用不銹鋼返回料冶煉不銹鋼（返回料的使用比例銹鋼返回料冶煉不銹鋼（返回料的使用比例10%）。）。鐵水鐵水+ +廢鋼不銹鋼生產(chǎn)流程廢鋼不銹鋼生產(chǎn)流程 鐵水鐵水+廢鋼不銹鋼生產(chǎn)流程其主要優(yōu)點是對不銹鋼原料供應(yīng)具有較大的靈活廢鋼不銹鋼生產(chǎn)流程其主要優(yōu)點是對不銹鋼原料供應(yīng)具有較大的靈活性，可根據(jù)市場鎳價和不銹鋼返回料價格的波動及供應(yīng)情況靈活的調(diào)整鐵水和不性，可根據(jù)市場鎳價和不銹鋼返回料價格的波動及供應(yīng)情況靈活的調(diào)整鐵水和不銹鋼返回料的比例。其主要特點是同時配備轉(zhuǎn)爐和電爐進行不銹鋼冶煉，采用轉(zhuǎn)銹鋼返回料的比例。其

22、主要特點是同時配備轉(zhuǎn)爐和電爐進行不銹鋼冶煉，采用轉(zhuǎn)爐進行鐵水脫磷處理，采用電爐熔化合金和返回料。其缺點是工藝流程長，投資爐進行鐵水脫磷處理，采用電爐熔化合金和返回料。其缺點是工藝流程長，投資大，生產(chǎn)成本較高。大，生產(chǎn)成本較高。 目前我國寶目前我國寶鋼不銹鋼分廠、鋼不銹鋼分廠、太鋼不銹鋼新區(qū)太鋼不銹鋼新區(qū)均采用該工藝流均采用該工藝流程，其特點是利程，其特點是利用轉(zhuǎn)爐進行鐵水用轉(zhuǎn)爐進行鐵水“三脫三脫”，脫磷，脫磷后半鋼碳含量高，后半鋼碳含量高，兌入電爐內(nèi)熔化兌入電爐內(nèi)熔化合金，鉻收得率合金，鉻收得率較高。較高。不銹鋼不同冶煉工藝路線的比較不銹鋼不同冶煉工藝路線的比較EAF-AODEAF-VODBO

23、F-VOD較強較強較強較強較強較強EAF-AOD-VOD低低全鐵水轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼的應(yīng)用概況全鐵水轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼的應(yīng)用概況世界鐵水冶煉不銹鋼主要廠家一覽表世界鐵水冶煉不銹鋼主要廠家一覽表世界不同生產(chǎn)工藝世界不同生產(chǎn)工藝不銹鋼產(chǎn)量比較不銹鋼產(chǎn)量比較不同廠家的實際生產(chǎn)水平不同廠家的實際生產(chǎn)水平不銹鋼冶煉技術(shù)不銹鋼冶煉技術(shù) 不銹鋼冶煉工藝方法不銹鋼冶煉工藝方法 采用側(cè)吹氧的工藝方法采用側(cè)吹氧的工藝方法 采用底吹氧的工藝方法采用底吹氧的工藝方法 采用底吹攪拌的工藝方法采用底吹攪拌的工藝方法 不銹鋼冶煉工藝的評價與選擇不銹鋼冶煉工藝的評價與選擇不銹鋼脫碳精煉熱力學(xué)不銹鋼脫碳精煉熱力學(xué)脫碳熱力學(xué)：脫碳熱力學(xué)

24、： 高鉻鐵水的脫碳可用下式表示：高鉻鐵水的脫碳可用下式表示：脫碳動力學(xué)：脫碳動力學(xué)： 脫碳速度與溫度的關(guān)系為：脫碳速度與溫度的關(guān)系為： 在高碳區(qū)碳的直接氧化和間接氧在高碳區(qū)碳的直接氧化和間接氧化同時發(fā)生，供氧強度是反應(yīng)的限制化同時發(fā)生，供氧強度是反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。在低碳區(qū)，脫碳反應(yīng)為間接性環(huán)節(jié)。在低碳區(qū)，脫碳反應(yīng)為間接氧化，碳的擴散是反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。氧化，碳的擴散是反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。脫碳的動力學(xué)公式為：脫碳的動力學(xué)公式為：S S：反應(yīng)面積；：反應(yīng)面積；V V：鋼水體積；：鋼水體積；D D：鋼液中碳的擴散系數(shù)：鋼液中碳的擴散系數(shù)熱力學(xué)研究結(jié)論：熱力學(xué)研究結(jié)論： 鋼液中碳鉻平衡決定于鋼中鉻含量，

25、在鋼液中碳鉻平衡決定于鋼中鉻含量，在一定溫度下隨鉻含量升高平衡碳含量增大一定溫度下隨鉻含量升高平衡碳含量增大; 提高反應(yīng)溫度使碳鉻平衡常數(shù)減小有利提高反應(yīng)溫度使碳鉻平衡常數(shù)減小有利于抑制鉻的氧化于抑制鉻的氧化; 降低降低CO分壓使反應(yīng)平衡常數(shù)減小分壓使反應(yīng)平衡常數(shù)減小,有利于有利于保鉻脫碳反應(yīng)進行保鉻脫碳反應(yīng)進行; 提高熔池傳質(zhì)速度可提高脫碳反應(yīng)速度提高熔池傳質(zhì)速度可提高脫碳反應(yīng)速度,促進脫碳反應(yīng)平衡。促進脫碳反應(yīng)平衡。不銹鋼脫碳精煉指數(shù)不銹鋼脫碳精煉指數(shù)（DOS）在碳的傳質(zhì)為反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)時：在碳的傳質(zhì)為反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)時：假設(shè)鉻氧化量取決于氧流量（假設(shè)鉻氧化量取決于氧流量（QQ2），則）

26、，則鉻氧化物的形成速率（鉻氧化物的形成速率（DWCr2O3）為：）為：則不銹鋼精煉指數(shù)則不銹鋼精煉指數(shù)DOS（不銹鋼冶煉中碳、（不銹鋼冶煉中碳、鉻間氧的分配）定義為：鉻間氧的分配）定義為：研研究究結(jié)結(jié)論論 不銹鋼冶煉過程中鉻的損失不銹鋼冶煉過程中鉻的損失( Cr/ C)隨隨DOS精煉指數(shù)的降低而減小精煉指數(shù)的降低而減小; 降低供氧強度有利于減小降低供氧強度有利于減小DOS指數(shù)指數(shù); 加強熔池攪拌加強熔池攪拌,提高熔池傳質(zhì)速度可促進提高熔池傳質(zhì)速度可促進碳氧反應(yīng)平衡碳氧反應(yīng)平衡,有利于減小有利于減小DOS指數(shù)指數(shù); 在不銹鋼冶煉過程中在不銹鋼冶煉過程中,控制熔池升溫速度控制熔池升溫速度和脫碳速度

27、可減少鉻的氧化。和脫碳速度可減少鉻的氧化。不銹鋼冶煉工藝方法不銹鋼冶煉工藝方法目前，國際上已經(jīng)開發(fā)成功十幾種不銹鋼冶煉技術(shù)。目前，國際上已經(jīng)開發(fā)成功十幾種不銹鋼冶煉技術(shù)。不銹鋼冶煉技術(shù)分為：不銹鋼冶煉技術(shù)分為： 以側(cè)吹為主的以側(cè)吹為主的VOD或或VOD-L冶煉工藝；冶煉工藝； 以轉(zhuǎn)爐為基礎(chǔ)的以轉(zhuǎn)爐為基礎(chǔ)的K-BOP、MRP等工藝；等工藝； 以頂?shù)讉?cè)吹為特點的以頂?shù)讉?cè)吹為特點的KCB-S和和GOR工藝。工藝。冶煉工藝選擇的原則：冶煉工藝選擇的原則： （1）脫碳速度快，生產(chǎn)效率高）脫碳速度快，生產(chǎn)效率高 （2）C-Cr平衡值低，終點平衡值低，終點C低低 （3）噴嘴壽命長，爐齡高）噴嘴壽命長，爐齡高

28、 （4）生產(chǎn)成本低）生產(chǎn)成本低 （5）合金熔化能力強，熱效率高）合金熔化能力強，熱效率高AOD 1967年，美國喬斯林鋼公司建設(shè)了世界上年，美國喬斯林鋼公司建設(shè)了世界上第一臺第一臺AOD爐冶煉不銹鋼獲得成功。至爐冶煉不銹鋼獲得成功。至1992年，全世界已有年，全世界已有70多家鋼廠、多家鋼廠、54家鑄造廠購家鑄造廠購買了買了AOD設(shè)備。西方國家從設(shè)備。西方國家從19831991年用年用AOD生產(chǎn)的不銹鋼占世界總產(chǎn)量的生產(chǎn)的不銹鋼占世界總產(chǎn)量的75.6%，成，成為世界上不銹鋼生產(chǎn)的主導(dǎo)工藝。為世界上不銹鋼生產(chǎn)的主導(dǎo)工藝。AODAOD法和法和VODVOD法精煉特性比較法精煉特性比較AODAOD氣體

29、配比氣體配比AODAOD與電爐精煉工藝比較與電爐精煉工藝比較采用頂吹氧采用頂吹氧AOD精煉工藝精煉工藝(AOD-L)日本大同鋼廠日本大同鋼廠 采用頂吹氧工藝后，提高了熔池脫碳速度，縮短了冶煉周期，提高了耐采用頂吹氧工藝后，提高了熔池脫碳速度，縮短了冶煉周期，提高了耐火材料壽命，降低了生產(chǎn)成本。并能保證不銹鋼的產(chǎn)品質(zhì)量?；鸩牧蠅勖?，降低了生產(chǎn)成本。并能保證不銹鋼的產(chǎn)品質(zhì)量。氧氣頂吹氧氣頂吹A(chǔ)OD與傳統(tǒng)與傳統(tǒng)AOD工工藝脫碳效果的比較藝脫碳效果的比較KCB-S工藝特點：工藝特點：吹煉初始階段，同時頂吹和側(cè)吹純氧快速吹煉初始階段，同時頂吹和側(cè)吹純氧快速脫碳升溫；脫碳升溫；到達一定溫度后，在吹煉期間，

30、分批加入到達一定溫度后，在吹煉期間，分批加入各種合金料、石灰或廢鋼各種合金料、石灰或廢鋼(作冷卻劑作冷卻劑)；熔池碳含量降到熔池碳含量降到0.70%以下，按以下，按4:1，2:1，1:1，1:2和和1:4比例逐步增加頂吹和側(cè)吹氣中比例逐步增加頂吹和側(cè)吹氣中惰性氣體比例；惰性氣體比例；熔池碳含量低于熔池碳含量低于0.15%后，停掉頂槍，采用后，停掉頂槍，采用側(cè)吹氧脫碳；側(cè)吹氧脫碳；目標碳含量達到后，僅采用惰性氣體側(cè)吹目標碳含量達到后，僅采用惰性氣體側(cè)吹攪拌還原；攪拌還原；K-OBM-S/K-BOPO2O2、N2、Ar、C3H8條件條件/消耗消耗單位單位典型值典型值目標碳目標碳%0.033目標氮目

31、標氮ppm300初始碳初始碳%1.77初始硅初始硅%0.13氧氣氧氣Nm3/ton29.5氮氣氮氣Nm3/ton13.2氬氣氬氣Nm3/ton16.5硅鐵硅鐵kg/ton11.1石灰石灰kg/ton51白云石白云石kg/ton20螢石螢石kg/ton7.9AISI 304AISI 304不銹鋼典型消耗和操作條件不銹鋼典型消耗和操作條件工藝特點：工藝特點：工藝原理與工藝原理與AOD-L轉(zhuǎn)爐基本類似轉(zhuǎn)爐基本類似下部風(fēng)嘴設(shè)在轉(zhuǎn)爐底部，可從底部噴吹石灰粉，改善脫下部風(fēng)嘴設(shè)在轉(zhuǎn)爐底部，可從底部噴吹石灰粉，改善脫硫；硫；底吹氣體中采用天然氣或丙烷作為保護氣，以提高耐材底吹氣體中采用天然氣或丙烷作為保護氣，

32、以提高耐材壽命，爐齡可達壽命，爐齡可達600爐；爐；GOR-Gas Oxygen RefiningCLU條件條件/消耗消耗單位單位AISI 304AISI 409目標碳目標碳%0.030.01目標氮目標氮ppm350100初始碳初始碳%1.650.96初始硅初始硅%0.200.13氧氣氧氣Nm3/ton27.722.4氮氣氮氣Nm3/ton13.51.7蒸汽蒸汽Nm3/ton10.46.0氬氣氬氣Nm3/ton7.017.1氫氫ppm5.93.8硅鐵硅鐵kg./ton15.515.9工藝特點：工藝特點：采用蒸汽代替氬氣作為稀釋氣體實現(xiàn)脫碳保鉻，氬氣消耗低；采用蒸汽代替氬氣作為稀釋氣體實現(xiàn)脫碳保

33、鉻，氬氣消耗低；吹入熔池的蒸汽分解為氫氣和氧氣，氧氣用于氧化熔池碳，吹入熔池的蒸汽分解為氫氣和氧氣，氧氣用于氧化熔池碳，氫氣降低生產(chǎn)氫氣降低生產(chǎn)COCO的分壓；的分壓；蒸汽分解產(chǎn)生的氫氣溶解于鋼水中，鋼中氫含量較高；蒸汽分解產(chǎn)生的氫氣溶解于鋼水中，鋼中氫含量較高；氫氣比重小，擴散快，上浮速度快，碳低于氫氣比重小，擴散快，上浮速度快，碳低于0.18%0.18%時，降低時，降低COCO分壓作用沒得到充分發(fā)揮，鉻分壓作用沒得到充分發(fā)揮，鉻氧化量比氧化量比AODAOD法多，導(dǎo)致還原硅鐵消耗高達法多，導(dǎo)致還原硅鐵消耗高達16kg/t16kg/t；熱效率低：水蒸汽與熔池反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；熱效率低：水蒸汽與熔

34、池反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；瑞典阿韋斯塔鋼公司德格弗爾斯鋼廠于瑞典阿韋斯塔鋼公司德格弗爾斯鋼廠于19801980年年投產(chǎn)一座投產(chǎn)一座7070噸噸CLUCLU，現(xiàn)以，現(xiàn)以EAFEAF作為廢鋼熔化設(shè)備。作為廢鋼熔化設(shè)備。MRP-L轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐O2N2、Ar工藝特點：工藝特點：頂吹純氧，底吹純惰性氣體；頂吹純氧，底吹純惰性氣體；采用可更換爐底，爐齡高達采用可更換爐底，爐齡高達1200爐；爐；爐容比與爐容比與AOD爐接近，為爐接近，為0.6Nm3/t；一般與真空精煉脫碳爐組合成三步法工一般與真空精煉脫碳爐組合成三步法工藝，出鋼碳含量為藝，出鋼碳含量為0.200.30%，鉻回收率，鉻回收率達達9799%；CSCB C

35、SCB以鐵水、高碳鉻鐵和鎳鐵為原料，焦炭作補充以鐵水、高碳鉻鐵和鎳鐵為原料，焦炭作補充熱源，通過頂吹純氧和底吹大流量吹惰性氣體，在一座熱源，通過頂吹純氧和底吹大流量吹惰性氣體，在一座轉(zhuǎn)爐內(nèi)完成不銹鋼熔煉和主脫碳任務(wù)；但因出鋼碳不能轉(zhuǎn)爐內(nèi)完成不銹鋼熔煉和主脫碳任務(wù)；但因出鋼碳不能低于低于0.20%，必須與，必須與VOD搭配才能生產(chǎn)不銹鋼；可用于搭配才能生產(chǎn)不銹鋼；可用于交替生產(chǎn)碳鋼和不銹鋼；交替生產(chǎn)碳鋼和不銹鋼；核心技術(shù)：核心技術(shù)：焦炭熱補償技術(shù)：計算合理的焦炭加入量，保證加入的焦炭熱補償技術(shù)：計算合理的焦炭加入量，保證加入的焦炭溶解于鋼水中成為鋼水穩(wěn)定升溫的熱源；焦炭溶解于鋼水中成為鋼水穩(wěn)定升

36、溫的熱源；脫碳保鉻技術(shù)：低碳范圍時優(yōu)化頂吹純供氧制度和底吹脫碳保鉻技術(shù)：低碳范圍時優(yōu)化頂吹純供氧制度和底吹純惰性氣體攪拌工藝，最大限度減少鉻的氧化；純惰性氣體攪拌工藝，最大限度減少鉻的氧化；高效脫硫技術(shù)：焦炭帶入的硫為入爐硫含量的高效脫硫技術(shù)：焦炭帶入的硫為入爐硫含量的50%以上，以上，為保證脫硫率大于為保證脫硫率大于80%，還原期爐渣堿度應(yīng)大于，還原期爐渣堿度應(yīng)大于1.5。廢比鋼，廢比鋼，%AISI304AISI316AISI410AISI420AISI430011.6%14.5%6.0%8.0%5.0%1721.5%23.5%15.0%17.0%14.0%轉(zhuǎn)爐熔煉不銹鋼熱量不足率，轉(zhuǎn)爐熔煉

37、不銹鋼熱量不足率，% %可更換爐底氬氣和/或氮氣底吹系統(tǒng)焦炭、助熔劑及合金氧氣輸送與加料系統(tǒng)不銹鋼冶煉工藝比較不銹鋼冶煉工藝比較工藝工藝風(fēng)口位置風(fēng)口位置底吹氣體底吹氣體頂吹氣體頂吹氣體KCB-S側(cè)面?zhèn)让鍻2、N2、ArO2、供氧強度高、供氧強度高K-BOP/K-OBM-S底部或側(cè)面底部或側(cè)面O2、N2、Ar、hydrocarbonsO2、供氧強度高、供氧強度高MRP, ASM底部底部N2、ArO2 、供氧強度高、供氧強度高CSCB底部底部N2、ArO2 、供氧強度高、供氧強度高CLU底部底部O2、Steam、N2、ArO2 、供氧強度高、供氧強度高VOD(vacuum)底部底部ArO2、供氧強

38、度小、供氧強度小 脫碳速度與熔池供氧強度成正比，在低碳區(qū)受脫碳速度與熔池供氧強度成正比，在低碳區(qū)受鋼中鉻氧化的限制。通常：鋼中鉻氧化的限制。通常：側(cè)吹轉(zhuǎn)爐最小側(cè)吹轉(zhuǎn)爐最小純底吹轉(zhuǎn)爐其次；純底吹轉(zhuǎn)爐其次；大流量頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐脫碳速度最大。大流量頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐脫碳速度最大。側(cè)吹與底吹的區(qū)別：側(cè)吹與底吹的區(qū)別：n側(cè)吹向熔池傳遞的攪拌能最大，熔池混勻效果最好；側(cè)吹向熔池傳遞的攪拌能最大，熔池混勻效果最好；n底吹能減少轉(zhuǎn)爐桶型部分的耐材磨損，提高其壽命；底吹能減少轉(zhuǎn)爐桶型部分的耐材磨損，提高其壽命；不同工藝脫碳速度比較：不同工藝脫碳速度比較：吹氧噴嘴的冷卻與保護吹氧噴嘴的冷卻與保護不同保護氣體的冷卻效果不同

39、保護氣體的冷卻效果常用冷卻性保護氣體常用冷卻性保護氣體不銹鋼冶煉工藝的評價與選擇不銹鋼冶煉工藝的評價與選擇工藝名稱工藝名稱AOD(1969)CLU (1973)CSCB (1977)K-OBM-S (1978)MRP(1983)工藝特點工藝特點 供氧強度供氧強度 脫碳能力脫碳能力 熔化合金能力熔化合金能力 冶煉周期冶煉周期 爐齡爐齡 鉻收得率鉻收得率 硅鐵消耗硅鐵消耗2.0m3/t.min0.015%低低5080min150200爐爐95%1012kg3.0m3/t.min0.03%低低80min/98%16kg1.04.0m3/t.min0.20.3%高高80min1000/300爐爐95%

40、/2.5m3/t.min0.20.3%高高5060min600爐爐95%11kg2.0m3/t.min0.20.25%低低7080min600/300爐爐98%20kg 不銹鋼冶煉工藝的選擇必須從不銹鋼原料供給情況出發(fā)，正確選擇不銹鋼生不銹鋼冶煉工藝的選擇必須從不銹鋼原料供給情況出發(fā)，正確選擇不銹鋼生產(chǎn)工藝流程，并根據(jù)流程的要求正確選擇不銹鋼冶煉工藝。產(chǎn)工藝流程，并根據(jù)流程的要求正確選擇不銹鋼冶煉工藝。 不同不銹鋼冶煉工藝的評價體系包括：不同不銹鋼冶煉工藝的評價體系包括：生產(chǎn)效率（供氧強度、冶煉周期、生產(chǎn)效率（供氧強度、冶煉周期、爐齡），爐齡），合金熔化能力，合金熔化能力，生產(chǎn)成本（鉻收得率、

41、硅鐵消耗和爐齡）。生產(chǎn)成本（鉻收得率、硅鐵消耗和爐齡）。不銹鋼精煉技術(shù)不銹鋼精煉技術(shù) 真空脫碳真空脫碳 VOD SS-VOD RH-KTB 不同精煉工藝的鋼水潔凈度不同精煉工藝的鋼水潔凈度真空脫碳真空脫碳 真空脫碳是通過降低鋼液面上方真空室壓力，促進真空脫碳是通過降低鋼液面上方真空室壓力，促進CO氣泡溢出，從而加快熔池脫碳?，F(xiàn)常采氣泡溢出，從而加快熔池脫碳?，F(xiàn)常采用的不銹鋼真空減壓脫碳法有用的不銹鋼真空減壓脫碳法有VOD法、法、SS-VOD法和法和RH-KTB法。法。真空脫碳法的特點：真空脫碳法的特點：通過控制真空度，能在完全抑制通過控制真空度，能在完全抑制Cr氧化的情況下進行脫碳，渣中氧化的

42、情況下進行脫碳，渣中(Cr2O3)少，硅鐵消耗低；少，硅鐵消耗低；在真空下，有利于脫碳、脫氮和脫氫，能生產(chǎn)超低碳、氮的不銹鋼；在真空下，有利于脫碳、脫氮和脫氫，能生產(chǎn)超低碳、氮的不銹鋼；為防止減壓下鋼水噴濺造成設(shè)備事故，供氧強度受到限制，要求處理鋼水碳含量不大于為防止減壓下鋼水噴濺造成設(shè)備事故，供氧強度受到限制，要求處理鋼水碳含量不大于0.60%。K-BOPK-BOP工藝出鋼碳對鉻氧化損失的影響工藝出鋼碳對鉻氧化損失的影響VODVacuum Oxygen Decarburization真空氧脫碳是真空氧脫碳是1967年年Thyssen Krupp開發(fā)的不銹鋼精煉技術(shù)。開發(fā)的不銹鋼精煉技術(shù)。操作

43、特點：操作特點：脫碳初期：為防止噴濺增大，采用高槍位、低真空度脫碳初期：為防止噴濺增大，采用高槍位、低真空度和小底攪工藝；和小底攪工藝；脫碳中期：隨脫碳反應(yīng)進行逐步提高真空度；脫碳中期：隨脫碳反應(yīng)進行逐步提高真空度；脫碳后期：脫碳后期：C C擴散為限制環(huán)節(jié)，降低吹氧速度，增大底擴散為限制環(huán)節(jié)，降低吹氧速度，增大底攪強度；臨近終點停止送氧，吹氬攪拌利用真空氧脫碳；攪強度；臨近終點停止送氧，吹氬攪拌利用真空氧脫碳；還原精煉：加還原劑和還原精煉：加還原劑和CaOCaO、CaFCaF2 2熔劑將脫碳精煉期熔劑將脫碳精煉期氧化到氧化到1%Cr1%Cr還原并脫除鋼中硫；還原并脫除鋼中硫；SS-VODSS-

44、VOD（強攪（強攪VOD)是由川崎鋼鐵公司在傳統(tǒng)是由川崎鋼鐵公司在傳統(tǒng)VOD工藝基礎(chǔ)上工藝基礎(chǔ)上在底部增設(shè)多個多孔塞，對熔池進行強烈攪拌，加速高鉻鋼水的在底部增設(shè)多個多孔塞，對熔池進行強烈攪拌，加速高鉻鋼水的脫碳、脫氮和脫氫，能生產(chǎn)極低碳氮不銹鋼。脫碳、脫氮和脫氫，能生產(chǎn)極低碳氮不銹鋼。第一階段第一階段脫碳脫碳C：由：由0.80%降到降到0.015%脫氮（脫氮（90min） 吹氬量吹氬量10001200NL/min 吹氧量吹氧量10001400NL/minN：250ppm降到降到35ppm溫度溫度16301720oC爐渣成分爐渣成分(Cr2O3) 18%，(SiO2) 30%，(MgO) 30

45、%第二階段第二階段脫碳（脫碳（90min） 吹氬量吹氬量1200NL/min 真空度真空度0.5torrC：150ppm降到降到20ppm溫度溫度16001720oC最終精煉最終精煉添加合金、調(diào)整溫度添加合金、調(diào)整溫度Cr、Si、Al等等鋼包成分：鋼包成分：C 15ppm，N 50ppm， Si 0.25%， Cr 26%， Mo 1.30%RH-KTBRH-KTBRH-KTB是川崎鋼鐵公司在傳統(tǒng)是川崎鋼鐵公司在傳統(tǒng)RHRH基礎(chǔ)上通過增設(shè)頂吹氧槍基礎(chǔ)上通過增設(shè)頂吹氧槍開發(fā)出的不銹鋼深脫碳技術(shù)。開發(fā)出的不銹鋼深脫碳技術(shù)。K-BOP+RHK-BOP+RH-KTB出鋼碳出鋼碳0.01%0.12%Fe

46、SiBase減少減少8.1kg/tonCaOBase減少減少33.7kg/ton氬氣氬氣Base減少減少8.9Nm3/ton吹煉時間吹煉時間Base縮短縮短13.5min生產(chǎn)率生產(chǎn)率100123提高不銹鋼潔凈度提高不銹鋼潔凈度 鋁脫鋁脫O O2 2不銹鋼中夾雜物的組成不銹鋼中夾雜物的組成 MgO Al2O3 尖晶石夾雜尖晶石夾雜 4/3(Al2O3)+Mg=(MgOAl2O3)+2/3Al 改進夾雜物組成的對策改進夾雜物組成的對策 采用低堿度渣控制鋼中采用低堿度渣控制鋼中AlAls s含量含量不銹鋼精煉效果的比較不銹鋼精煉效果的比較各種不銹鋼精煉工藝的產(chǎn)量比例變化各種不銹鋼精煉工藝的產(chǎn)量比例變

47、化不同冶煉工藝生產(chǎn)不銹鋼不同冶煉工藝生產(chǎn)不銹鋼的消耗指標的消耗指標不同冶煉工藝下不銹鋼中碳氧含量不同冶煉工藝下不銹鋼中碳氧含量不同工藝冶煉的不同工藝冶煉的AISI304鋼的氣體含量鋼的氣體含量T.O/ 10-6C/%606015100.010.0050.0030.003AODVODRH-KTB達到水平達到水平精煉條件精煉條件達到水平達到水平精煉條件精煉條件達到水平達到水平精煉條件精煉條件C 100ppm 用氬強烈攪拌用氬強烈攪拌10ppm 鐵素體不銹鋼精煉時間鐵素體不銹鋼精煉時間160min(強攪）強攪）20ppm 鐵素體不銹鋼精煉時間鐵素體不銹鋼精煉時間30min,大流量攪拌大流量攪拌N 1

48、%1%25ppm 減少吸嘴漏氣減少吸嘴漏氣S10ppm 用鋁還原，采用循環(huán)用鋁還原，采用循環(huán)渣法渣法10ppm 采用特素氧槍用鋁燃燒采用特素氧槍用鋁燃燒補償溫度補償溫度5ppm 采用真空噴粉脫硫采用真空噴粉脫硫O30ppm 鋁脫氧鋁脫氧30ppm 鋁脫氧鋁脫氧10minP 100ppm 用用Li2CO3系熔劑脫磷系熔劑脫磷 100ppm 用用CaC2脫磷脫磷100ppm 鐵水鐵水”三脫三脫”精煉工藝對不銹鋼潔凈度的影響精煉工藝對不銹鋼潔凈度的影響鋼中夾雜物控制鋼中夾雜物控制夾雜物對不銹鋼表面質(zhì)量影響夾雜物對不銹鋼表面質(zhì)量影響“氣孔氣孔+Al+Al2 2O O3 3”造成的表面缺陷造成的表面缺陷

49、AlAl2 2O O3 3夾雜造成的表面缺陷夾雜造成的表面缺陷形成機理形成機理 夾雜物往往會造成鋼板的表面缺陷，對于超低夾雜物往往會造成鋼板的表面缺陷，對于超低碳薄鋼板的表面質(zhì)量尤為嚴重。碳薄鋼板的表面質(zhì)量尤為嚴重。表面夾雜的特征：表面夾雜的特征： 寬度小于寬度小于3mm3mm，長的可達數(shù)，長的可達數(shù)m m； 分為分為“黑線黑線”和和“亮線亮線”兩種；兩種； 嚴重時可造成鋼板表面開裂。嚴重時可造成鋼板表面開裂。形成機理：形成機理： （1）連鑄彎液面發(fā)達，形成鉤狀物，造成大型）連鑄彎液面發(fā)達，形成鉤狀物，造成大型夾雜物在彎液面下夾雜物在彎液面下10mm內(nèi)富集。內(nèi)富集。 （2）夾雜物含有保護渣成份

50、，且與微氣泡并存）夾雜物含有保護渣成份，且與微氣泡并存 （3）夾雜物尺寸多數(shù)為）夾雜物尺寸多數(shù)為50100 m。不銹鋼中夾雜物控制不銹鋼中夾雜物控制NK-PERMNK-PERM處理后夾雜物分布的變化情況處理后夾雜物分布的變化情況koko和攪拌能量的關(guān)系和攪拌能量的關(guān)系0.50 不銹鋼通常采用鋁脫氧工藝，生成的脫氧夾雜物大多為細小的不銹鋼通常采用鋁脫氧工藝，生成的脫氧夾雜物大多為細小的MgOAlMgOAl2 2O O3 3夾雜，夾雜，精煉過程中鋼水氧含量的變化可以表示為：精煉過程中鋼水氧含量的變化可以表示為： RHRH處理鋼水中夾雜物的形貌和成份處理鋼水中夾雜物的形貌和成份 outTinTTdt

51、OddtOddtOd渣中渣中FeO+MnOFeO+MnO含量和脫氧速度含量和脫氧速度常數(shù)常數(shù)k k間的關(guān)系間的關(guān)系夾雜物的控制措施：夾雜物的控制措施： （1）優(yōu)化）優(yōu)化RHRH處理模式，降低脫氧前鋼水氧含量；處理模式，降低脫氧前鋼水氧含量；（2）降低渣中）降低渣中FeO+MnO含量；含量；（3）提高熔池攪拌能，促進）提高熔池攪拌能，促進Al2O3夾雜聚合上浮夾雜聚合上?。?）強化鋼水脫氫，利用析出的微小氫氣泡攜帶細小夾雜物上?。ǎ娀撍摎?，利用析出的微小氫氣泡攜帶細小夾雜物上?。∟K-PERMNK-PERM法）。法）。鋼中大型夾雜物的來源鋼中大型夾雜物的來源 神戶制鋼調(diào)研神戶制鋼調(diào)研LF處

52、理后夾雜物中處理后夾雜物中CaO和和SrO的濃度關(guān)系的濃度關(guān)系試驗條件試驗條件鋼中鈣系夾雜物的來源鋼中鈣系夾雜物的來源LF處理前后夾雜物組成變化處理前后夾雜物組成變化 大型夾雜物特別是含大型夾雜物特別是含CaO的復(fù)合夾雜（的復(fù)合夾雜（CaO-Al2O3、 CaO-Al2O3-MgO等）對鋼材疲勞性能影響極大，因此需要調(diào)查大型夾雜物的起源。等）對鋼材疲勞性能影響極大，因此需要調(diào)查大型夾雜物的起源。大型夾雜物的起源：大型夾雜物的起源： 初級脫氧產(chǎn)物碰撞聚合初級脫氧產(chǎn)物碰撞聚合 結(jié)晶器卷渣結(jié)晶器卷渣 LF精煉過程中形成精煉過程中形成試驗結(jié)果：試驗結(jié)果： （1）LF處理前軸承鋼中的夾雜物主要是細小的脫

53、氧產(chǎn)物處理前軸承鋼中的夾雜物主要是細小的脫氧產(chǎn)物Al2O3夾雜，夾雜，含有微量的含有微量的CaO和和MgO；精煉后；精煉后Al2O3夾雜向夾雜向MgO-Al2O3系和系和CaO-Al2O3-MgO系復(fù)合夾雜轉(zhuǎn)變。系復(fù)合夾雜轉(zhuǎn)變。 （2）隨著）隨著LF處理后夾雜物中處理后夾雜物中CaO含量增加示蹤劑含量增加示蹤劑SrO含量升高，說明含量升高，說明含含CaO的大型復(fù)合夾雜主要來源于的大型復(fù)合夾雜主要來源于LF精煉過程中。精煉過程中。 （3）LF處理后鋼中細小的夾雜以處理后鋼中細小的夾雜以Al2O3為主，含微量為主，含微量SrO；大型復(fù)合夾；大型復(fù)合夾雜隨雜隨CaO的增加的增加SrO含量升高。含量升

54、高。 （4）調(diào)查結(jié)論：鋼中大型）調(diào)查結(jié)論：鋼中大型CaO系復(fù)合夾雜系復(fù)合夾雜70%來源于來源于LF精煉渣，精煉渣，30%來源于其它方面。來源于其它方面。試驗條件：試驗條件：采用采用250t鐵水鐵水“三脫三脫”預(yù)處理預(yù)處理爐爐-脫碳轉(zhuǎn)爐脫碳轉(zhuǎn)爐-LF-RH工藝流程。工藝流程。LF冶煉前冶煉前加入加入SrCO3示蹤劑，控制加入量為渣中示蹤劑，控制加入量為渣中SrCO38%，精煉條件如表。，精煉條件如表。鋼中大型夾雜物的生成機理鋼中大型夾雜物的生成機理 （1）LF精煉中由于底吹氣體攪拌作用將含有精煉中由于底吹氣體攪拌作用將含有CaO-Al2O3-SiO2-MgO的爐渣液滴卷入鋼水內(nèi)。的爐渣液滴卷入鋼

55、水內(nèi)。 （2）在渣鋼界面鋁還原渣中）在渣鋼界面鋁還原渣中CaO和和MgO生成生成MgOAl2O3鎂鋁尖晶石和鎂鋁尖晶石和CaO夾雜，部分純夾雜，部分純Ca熔入鋼水。熔入鋼水。 （3）鋼液中鋁脫氧反應(yīng)生成的細小）鋼液中鋁脫氧反應(yīng)生成的細小Al2O3夾雜與鋼中純夾雜與鋼中純Ca反應(yīng)生成反應(yīng)生成Ca-Al系夾雜。系夾雜。 （4）Ca-Al系夾雜在鋼液中與系夾雜在鋼液中與Al2O3夾雜和夾雜和MgOAl2O3夾雜碰撞聚合并還原夾雜物中的夾雜碰撞聚合并還原夾雜物中的MgO，生成大顆粒，生成大顆粒nCaOmAl2O3大型復(fù)合夾雜。大型復(fù)合夾雜。 （5）卷入鋼液中的渣滴界面發(fā)生脫硫反應(yīng)：）卷入鋼液中的渣滴界

56、面發(fā)生脫硫反應(yīng)： 生成生成CaS和和Al2O3夾雜夾雜 鋼液中含鋼液中含CaO系大型復(fù)合夾雜的生成機理如下圖所示。系大型復(fù)合夾雜的生成機理如下圖所示。界面處的鎂鋁尖晶石夾雜界面處的鎂鋁尖晶石夾雜鎂鋁尖晶石的理論成份為鎂鋁尖晶石的理論成份為Al2O371.7%，MgO28.3%；實際分析結(jié)果實際分析結(jié)果Al2O370.5%，MgO28.1%，說明渣鋼界面，說明渣鋼界面反應(yīng)趨于平衡。反應(yīng)趨于平衡。LF精煉中脫硫與脫氧反應(yīng)精煉中脫硫與脫氧反應(yīng)LF精煉中精煉中T.O、夾雜物密度、夾雜物密度(個個/mm2)和渣中和渣中FeO+MnO+Cr2O3含量變化含量變化 LF精煉過程中同時發(fā)生脫硫和脫氧反應(yīng)：精煉

57、過程中同時發(fā)生脫硫和脫氧反應(yīng)：LF精煉渣成份精煉渣成份LF精煉中精煉中(S)/S的變化的變化LF精煉中精煉中S和和Al的變化關(guān)系的變化關(guān)系 當當LF精煉精煉15min時，鋼中時，鋼中T.O、夾雜物和渣中氧含量均達到、夾雜物和渣中氧含量均達到最低點，脫硫反應(yīng)開始進行。隨著脫硫反應(yīng)的持續(xù)，渣鋼間硫最低點，脫硫反應(yīng)開始進行。隨著脫硫反應(yīng)的持續(xù)，渣鋼間硫的分配比逐步提高。在的分配比逐步提高。在LF15min至結(jié)束的時間內(nèi)，鋼渣中的氧至結(jié)束的時間內(nèi)，鋼渣中的氧含量略有升高并基本保持不變。含量略有升高并基本保持不變。 分析分析LF精煉過程中鋼中硫和鋁的變化發(fā)現(xiàn)基本符合反應(yīng)精煉過程中鋼中硫和鋁的變化發(fā)現(xiàn)基本

58、符合反應(yīng)(4)式的物質(zhì)平衡關(guān)系：即脫硫式的物質(zhì)平衡關(guān)系：即脫硫0.002%增加增加0.001%的鋼水氧含量，的鋼水氧含量，生成生成0.0021%的的Al2O3。結(jié)論結(jié)論: （1）LF精煉過程中同時發(fā)生精煉過程中同時發(fā)生脫氧和脫硫反應(yīng)。脫氧和脫硫反應(yīng)。 （2）脫氧結(jié)束后脫硫反應(yīng)開）脫氧結(jié)束后脫硫反應(yīng)開始，隨反應(yīng)進行渣鋼間硫分配始，隨反應(yīng)進行渣鋼間硫分配比升高。比升高。 （3）精煉脫硫過程中鋁含量）精煉脫硫過程中鋁含量降低，降低， Al/ S接近接近0.56的理論值。的理論值。 （4）隨精煉脫硫反應(yīng)的進行，）隨精煉脫硫反應(yīng)的進行，鋼中氧含量上升，鋼中氧含量上升，Al2O3含量增含量增加，與爐渣反應(yīng)

59、形成加，與爐渣反應(yīng)形成nCaOmAl2O3系大型復(fù)合夾雜。系大型復(fù)合夾雜。 上述研究結(jié)果證明：上述研究結(jié)果證明：LF精煉脫精煉脫硫是造成鋼中硫是造成鋼中CaO系大型復(fù)合系大型復(fù)合夾雜的主要原因。夾雜的主要原因。為什么國內(nèi)夾雜物控制效果不佳為什么國內(nèi)夾雜物控制效果不佳?LFLF精煉后精煉后鈣處理后鈣處理后 國內(nèi)控制鋼中夾雜物采用的工藝與國外基本相同，但國內(nèi)控制鋼中夾雜物采用的工藝與國外基本相同，但為什么夾雜物控制始終不能滿足高品質(zhì)鋼的質(zhì)量要求？為什么夾雜物控制始終不能滿足高品質(zhì)鋼的質(zhì)量要求？其原因是：其原因是： 轉(zhuǎn)爐冶煉嚴重過氧化，造成鋼水氧含量大幅升高；轉(zhuǎn)爐冶煉嚴重過氧化，造成鋼水氧含量大幅升

60、高； 大量加入脫氧劑，形成大量夾雜物；大量加入脫氧劑，形成大量夾雜物； 大量夾雜物難以全部去除，致使鈣處理前的氧含量過大量夾雜物難以全部去除，致使鈣處理前的氧含量過高，難以保證鈣處理的效果，無法實現(xiàn)夾雜物變性處理。高，難以保證鈣處理的效果，無法實現(xiàn)夾雜物變性處理。解決措施：解決措施： 關(guān)鍵是改變目前夾雜物單純依靠后關(guān)鍵是改變目前夾雜物單純依靠后處理的控制策略，采用全流程控氧工處理的控制策略，采用全流程控氧工藝實現(xiàn)超低氧冶煉，具體措施如下：藝實現(xiàn)超低氧冶煉，具體措施如下： （1）采用鐵水）采用鐵水“三脫三脫”預(yù)處理工藝，預(yù)處理工藝，實現(xiàn)高碳脫磷。實現(xiàn)高碳脫磷。 （2）采用轉(zhuǎn)爐高碳出鋼工藝，降低）