hmdep-kobms-vod生產(chǎn)不銹鋼工藝分析

hmdep-kobms-vod生產(chǎn)不銹鋼工藝分析

aef-aod（argonoxygencha收款）/vod（vacuumoxygencha收款）于20世紀(jì)60年代由德國開發(fā)。hmdep（德國phoronononon有機(jī)材料）-ld（立離器探測裝置）/rhob（rhbop）-vod是20世紀(jì)80年代日本開發(fā)的東西食品。山西太鋼不銹鋼股份有限公司(太鋼)原有1條EAF-AOD二步法生產(chǎn)線,這也是國內(nèi)第1條二步法不銹鋼生產(chǎn)線,并于1984年生產(chǎn)出中國第1塊不銹鋼連鑄坯。1999年通過18tAOD擴(kuò)容改造(擴(kuò)容后AOD容量為40t),不銹鋼年產(chǎn)量首次超過10萬t達(dá)到13.5萬t。2002年,太鋼將原用于生產(chǎn)碳鋼的K-OBM(Kombiniertes=CombinedOxygenBottom-BlowingMaxhutteProcess)轉(zhuǎn)爐改造成KOBMS,并新建鐵水預(yù)處理三脫裝置、VOD真空處理裝置和直弧型方板坯兼容連鑄機(jī),采用HMDEP(鐵水預(yù)處理脫磷)-KOBMS-VOD(KOBMS、VOD公稱容量80t)三步法工藝生產(chǎn)不銹鋼,具備年產(chǎn)50萬t不銹鋼生產(chǎn)能力。2007年7月,太鋼新建兩條采用EAF-AOD(AOD公稱容量180t)二步法工藝、年產(chǎn)200萬t不銹鋼生產(chǎn)線投產(chǎn)。太鋼成為擁有世界先進(jìn)的二步法、三步法不銹鋼生產(chǎn)工藝的現(xiàn)代化不銹鋼生產(chǎn)廠,具備年產(chǎn)300萬t不銹鋼的生產(chǎn)能力,生產(chǎn)品種涵蓋普通400系、300系、耐熱不銹鋼、雙相不銹鋼、超純鐵素體不銹鋼和核電專用不銹鋼等幾大類不銹鋼,2011年太鋼不銹鋼產(chǎn)量達(dá)到302萬t。1三個(gè)步驟和兩個(gè)步驟的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)的比較1.1鋼水化效果出鋼三步法生產(chǎn)工藝流程HMDEP-KOBMS-VOD-LF-CCM的冶煉步驟:(1)高爐鐵水采用噴吹法進(jìn)行脫硅、脫磷預(yù)處理;(2)脫磷后預(yù)處理鐵水兌入KOBMS轉(zhuǎn)爐進(jìn)行脫碳升溫、合金化后出鋼;(3)鋼水在VOD深脫碳、脫氮精煉;(4)VOD精煉鋼水在LF進(jìn)行成分、溫度微調(diào)和夾雜物去除精煉,然后至板坯連鑄澆鑄。二步法生產(chǎn)工藝流程EAF(鉻鎳系不銹鋼)/BOF(400系鉻不銹鋼)-AOD-LF-CCM的冶煉步驟:(1)含鎳生鐵、不銹鋼廢鋼、高鉻合金在電弧爐(EAF)熔煉成不銹鋼母液/高爐鐵水經(jīng)轉(zhuǎn)爐(BOF)脫磷;(2)EAF不銹鋼母液/BOF脫磷鋼水兌入AOD進(jìn)行脫碳、合金化精煉;(3)AOD精煉鋼水在LF進(jìn)行成分、溫度微調(diào)及夾雜物去除精煉,然后交板坯連鑄澆鑄。從生產(chǎn)效率和成本比較,三步法比二步法更有優(yōu)勢(表1)。1.2不銹鋼的生產(chǎn)因KOBMS轉(zhuǎn)爐使用高爐鐵水經(jīng)脫磷處理為原料,脫磷鐵水中不含Cr、Ni,所有合金需要在轉(zhuǎn)爐冶煉過程加入,生產(chǎn)不同鋼種合金加入量不同,因而轉(zhuǎn)爐內(nèi)的熱平衡和冶煉時(shí)間都不相同。通過熱平衡計(jì)算和實(shí)際生產(chǎn)證明,生產(chǎn)Cr13系時(shí)轉(zhuǎn)爐熱量基本平衡,而生產(chǎn)304(Cr18Ni8)時(shí)需要加入1.5t焦炭用于升溫,當(dāng)然實(shí)際的焦炭加入量需要根據(jù)脫磷鐵的溫度和碳含量來確定。304的冶煉時(shí)間平均69min/爐,而0Cr13平均冶煉時(shí)間僅49min/爐。通過表2數(shù)據(jù)對比證明,采用三步法工藝生產(chǎn)鉻系不銹鋼,轉(zhuǎn)爐工序各項(xiàng)指標(biāo)明顯優(yōu)于生產(chǎn)鉻鎳不銹鋼如304鋼。VOD精煉裝置通過降低系統(tǒng)真空度來促進(jìn)脫碳反應(yīng)的進(jìn)行,可以在較低的溫度下得到更低的碳含量,同時(shí)在脫碳過程中還具有一定的脫氮能力,因而更適用于要求超低碳、氮含量的超純鐵素體不銹鋼的生產(chǎn)。AOD工藝通過吹入氬氣、氮?dú)獾葰怏w用以稀釋系統(tǒng)內(nèi)的Pco來達(dá)到促進(jìn)脫碳反應(yīng)的目的,而在C≤0.05%的低碳區(qū)域,碳的傳質(zhì)成為脫碳反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié),生產(chǎn)C≤0.01%的超低碳鋼主要靠延長反應(yīng)時(shí)間(同時(shí)需要吹入大量氬、氮等氣體,O2/Ar比為1/6～1/7),因而生產(chǎn)超低C、N含量的鋼種,不僅冶煉時(shí)間長,而且氬氣消耗大(數(shù)據(jù)比較見表2、表3)。生產(chǎn)超純鐵素體不銹鋼一般不采用AOD工藝。1.3鐵素體不銹鋼的生產(chǎn)(1)與三步法KOBMS工序比較,二步法AOD工序生產(chǎn)304、316L等鉻鎳不銹鋼冶煉時(shí)間短、石灰消耗低。AOD生產(chǎn)409L鋼冶煉時(shí)間長達(dá)90min、氬氣消耗高達(dá)48m3/t(三步法KOBMS對應(yīng)數(shù)據(jù)為49min和21m3/t),因而采用AOD生產(chǎn)Cr含量大于17%的超純鐵素體不銹鋼更為困難。(2)EAF-AOD二步法工藝,EAF作為初煉爐有充足的熱量來源,因而在熔煉不銹鋼母液過程中可以大量使用含鎳生鐵、含鉻鎳渣鋼等低價(jià)原料,降低不銹鋼生產(chǎn)成本。與三步法工藝相比,生產(chǎn)300系鉻鎳鋼種成本可降低約500元/t。(3)二步法工藝可以更便于生產(chǎn)氮含量為0.1%～0.4%的控氮不銹鋼種。奧氏體、雙相不銹鋼普遍使用氮進(jìn)行合金化。超級奧氏體不銹鋼、超級雙相不銹鋼正是以高氮合金化作為重要標(biāo)志。氣體增氮具有成本低、不污染鋼水的優(yōu)勢。太鋼AOD側(cè)槍供氣流量可達(dá)180m3/min,并掌握了采用氣體增氮控氮技術(shù),可以對鋼水進(jìn)行快速、準(zhǔn)確氮合金化。因而雙相不銹鋼、超級奧氏體不銹鋼等控氮不銹鋼都安排在二步法生產(chǎn)線生產(chǎn)。23級法和2級法的不銹鋼精煉技術(shù)在太鋼中的生產(chǎn)實(shí)踐2.1系不銹鋼生產(chǎn)2002年,主要基于以下原因:(1)當(dāng)時(shí)國內(nèi)不銹鋼廢鋼資源緊張;(2)太鋼作為長流程鋼鐵生產(chǎn)企業(yè),有充足的鐵水供應(yīng);(3)氬氣資源緊張、價(jià)格較高,而三步法較二步法的一個(gè)顯著優(yōu)勢就是氬氣消耗低;(4)采用VOD精煉的三步法工藝生產(chǎn)超純鐵素體不銹鋼,較之二步法AOD精煉,可以達(dá)到更低的C、N含量,因而更具優(yōu)勢;(5)2001年國內(nèi)不銹鋼市場400系鋼種所占比例僅21%,409L、436L等超低碳氮、超純鐵素體鋼種的生產(chǎn)基本是空白,產(chǎn)品擁有廣闊的市場前景。所以太鋼選擇建設(shè)以鐵水為主要原料的三步法不銹鋼生產(chǎn)線,而未選擇當(dāng)時(shí)更成熟的EAF+AOD二步法工藝,太鋼在400系不銹鋼的領(lǐng)先發(fā)展證明太鋼當(dāng)時(shí)的選擇是正確的。2002年12月13日,太鋼采用HMDEP-KOBMS-VOD三步法工藝生產(chǎn)出第1爐0Cr13不銹鋼,標(biāo)志著三步法工藝在太鋼的正式投產(chǎn),這也是國內(nèi)第1條三步法不銹鋼生產(chǎn)線。伴隨國內(nèi)不銹鋼市場的發(fā)展,太鋼不斷優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),積極開發(fā)和引導(dǎo)用戶使用400系不銹鋼產(chǎn)品。2004年2月,生產(chǎn)出第1爐409L,2004年5月生產(chǎn)出第1爐超純鐵素體不銹鋼00Cr18Mo2。2006年開發(fā)成功T4003鐵路罐車專用不銹鋼用于大秦線運(yùn)煤專線,并大批出口南非、澳大利亞。2007年開發(fā)TTS443M替代304用于電梯面板裝飾,并成為太鋼超純鐵素體不銹鋼的代表品種。2003年時(shí)三步法工藝生產(chǎn)的300系不銹鋼占比71%,400系占比僅18%,到2005年三步法工藝生產(chǎn)的400系不銹鋼占比為57.2%,已超過300系43%的比例,品種結(jié)構(gòu)初步優(yōu)化。2012年,太鋼采用三步法工藝生產(chǎn)不銹鋼中400系鉻鋼占比91%,其中Cr17以上超純鐵素體不銹鋼占比19%,409L占比16%,產(chǎn)品市場競爭力較強(qiáng)。采用三步法工藝生產(chǎn)超低碳氮及超純鐵素體不銹鋼,產(chǎn)品C+N含量是體現(xiàn)冶煉控制水平的重要表征。太鋼通過多年技術(shù)開發(fā)和實(shí)踐,開發(fā)了“超低碳、氮不銹鋼冶煉控制技術(shù)”、“二步法、三步法不銹鋼冶煉控制技術(shù)”、“400系不銹鋼高質(zhì)量連鑄坯生產(chǎn)技術(shù)”等專有技術(shù),掌握了多種不銹鋼(表4)冶煉全工序的碳、氮控制技術(shù)(表5)。2.2研究開發(fā)新型不銹鋼及改造劑2006年太鋼新建兩條采用EAF-AOD(AOD公稱容量180t)二步法工藝、年產(chǎn)200萬t不銹鋼的新生產(chǎn)線,并于2007年7月投產(chǎn)。產(chǎn)品300系為主占比約70%,其余為430、410S等普通400系鋼種。依托不銹鋼生產(chǎn)的技術(shù)積累,太鋼對傳統(tǒng)的EAF-AOD二步法工藝進(jìn)行改革與創(chuàng)新,開發(fā)BOF-AOD生產(chǎn)鉻鋼的二步法新工藝(高爐鐵水在BOF脫磷,在AOD完成精煉),生產(chǎn)430、410S等品種;開發(fā)BOF-EAF-AOD三步法工藝(高爐鐵水在BOF脫磷,隨后在EAF加入合金熔煉出不銹鋼母液,然后兌入AOD完成精煉),生產(chǎn)超低碳、氮409L及要求低磷、高合金含量雙相不銹鋼;開發(fā)大量使用高磷含鎳生鐵生產(chǎn)304的EAF-AOD工藝(EAF配料全部使用高磷含鎳生鐵,EAF熔煉的不銹鋼母液兌入AOD完成精煉)。這些新工藝的開發(fā),不僅補(bǔ)充、完善了不銹鋼冶煉工藝,而且有利于降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量(表6)。與BOF-AOD工藝相比,EAF-AOD工藝生產(chǎn)430、410S成本每噸升高約80元、260元。造成EAF-AOD工藝成本較高的主要原因是:電弧爐生產(chǎn)步驟費(fèi)較高而鉻收得率較低。同時(shí)電弧爐因冶煉周期最長,是不銹鋼全線的瓶頸環(huán)節(jié),采用BOF-AOD新工藝生產(chǎn)鉻鋼,可以釋放電弧爐的產(chǎn)能,進(jìn)而提高不銹鋼產(chǎn)量。此外,采用BOF-AOD工藝生產(chǎn)鉻鋼,還可以規(guī)避鉻不銹鋼廢鋼資源緊張、碳素廢鋼P(yáng)高對生產(chǎn)的制約。一方面開發(fā)BOF-AOD工藝生產(chǎn)常規(guī)鉻鋼品種,以優(yōu)化生產(chǎn)組織、降低生產(chǎn)成本;另一方面,應(yīng)對國內(nèi)鎳資源緊張、國際市場鎳價(jià)上漲的形勢,太鋼在業(yè)內(nèi)率先使用含鎳生鐵,優(yōu)化生產(chǎn)工藝增加含鎳生鐵的使用量,開發(fā)電弧爐全部熔化高磷含鎳生鐵(P≥0.060%)脫磷工藝,脫磷處理后P≤0.025%,能夠滿足絕大部分不銹鋼鋼種的使用要求。2012年太鋼使用含鎳生鐵95萬t,折合純鎳約5.6t,約占太鋼鎳使用量的62%,有效降低鎳采購成本(含鎳生鐵中鎳按98%計(jì)價(jià))。自從含鎳生鐵在中國大量使用,LME鎳價(jià)從2007年5月最高5.4萬美元/t跌至2012年平均1.8萬美元/t,而2007年至2012年,中國不銹鋼產(chǎn)量從720萬t增加到1575萬t(不銹鋼及鎳基合金生產(chǎn)用鎳占鎳消費(fèi)量的70%以上)。充分利用EAF-AOD兩步法工藝熱量充裕的優(yōu)勢,太鋼積極開發(fā)316L(00Cr17Ni12Mo2)、310S(0Cr25Ni20)、309S(0Cr23Ni13)耐熱不銹鋼、S32205(00Cr22Ni5Mo3N)雙相不銹鋼等中高端、高合金鉻鎳不銹鋼,產(chǎn)品在石油化工、造紙、造船等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,大量替代進(jìn)口,耐熱鋼不銹鋼、雙相不銹鋼國內(nèi)市場占有率超過75%。3系、超純鐵素體不銹鋼(1)在2002年和2007年,山西太鋼不銹鋼股份有限公司建成了具有世界先進(jìn)水平的二步法、三步法不銹鋼生產(chǎn)線,通過技術(shù)集成和二次開發(fā),充分發(fā)揮二步法、三步法生產(chǎn)工藝的特性,采用三步法工藝以脫磷高爐鐵水、高碳合金為原料生產(chǎn)400系、超純鐵素體不銹鋼,采用二步法工藝以含鎳生鐵、高碳合金、不銹鋼渣鋼等低價(jià)原料生產(chǎn)300系、耐熱不銹鋼、雙相不銹鋼。(2)太鋼DEP-KOBMS-VOD三步法工藝,以脫磷高爐鐵水、高碳合金為原