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1、第20屆全國鐵合金學術研討會,鎳鐵水為主原料的300系列 不銹鋼初煉工藝技術探討,報告人:儲少軍,北京科技大學 冶金與生態(tài)工程學院,2011年11月12日 云南麗江,報告內(nèi)容,一. 我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 二. 生產(chǎn)300系列不銹鋼的資源與技術瓶頸 三. AOD、VOD不銹鋼冶煉工藝與設備 四. 高硅鎳鐵冶煉不銹鋼母液的技術思想 五. 結語,我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢,經(jīng)過上世紀90年代以來的大量投資建設,中國不銹鋼產(chǎn)量自2006年起超越了日本,現(xiàn)有產(chǎn)能達到1200萬噸,占全球產(chǎn)能的1/3,而我國不銹鋼的消費規(guī)模亦呈快速增長趨勢,自2001年起超過日本、美國居世界第一位。因此,中國已是名副其實的不

2、銹鋼生產(chǎn)和消耗大國。,工業(yè)化進程和城鎮(zhèn)化發(fā)展對不銹鋼產(chǎn)能的需求,發(fā)達國家的經(jīng)驗表明,GDP增幅與該國不銹鋼的消費量增長幾乎同步。,生產(chǎn)300系列不銹鋼的資源與技術瓶頸,300系列不銹鋼是不銹鋼產(chǎn)品中應用最廣、用量最大的不銹鋼品種,約占我國不銹鋼產(chǎn)量的60%左右。300系列不銹鋼生產(chǎn)中,使用廢鋼與鎳、鉻鐵合金等的費用約占整個不銹鋼冶煉成本的70% ,世界各國都在尋求直接利用廉價的紅土鎳礦和鉻粉礦資源替代目前使用的鉻、鎳合金生產(chǎn)不銹鋼的新方法。,鎳鐵生產(chǎn)對我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要作用,作為鎳資源缺乏的中國,近年來并未因國際市場金屬鎳價波動而影響Cr-Ni鋼(300系)的生產(chǎn)規(guī)模,主要得益于我國的鎳

3、鐵合金生產(chǎn)供應,2010年含鎳生鐵產(chǎn)量約為460萬噸左右,折合成金屬鎳,已占到Cr-Ni鋼(300系)生產(chǎn)用鎳總量的1/3以上,遠高于2007年的水平。,鋼廠對鎳鐵產(chǎn)品的質量要求,一個Ni點 1500元,一個Cr點 150元,Si 超基數(shù)0.5%,S 超基數(shù)0.05%,P 超基數(shù)0.005%,市場價格隨電解鎳價 和高碳鉻鐵價格浮動,扣銷售總額的1%,低硅鎳鐵生產(chǎn)存在的主要技術問題,紅土礦鎂質硅酸鹽鎳礦 (Garnierite),礦中SiO2含量接近45%,虧碳冶煉工藝與礦熱爐設備參數(shù)不相適應,低硅鎳鐵生產(chǎn)存在的主要技術問題,二次電壓提高 自焙電極焙燒 速度不夠 碳素爐襯侵蝕 鎳的回收率問題,附

4、加石灰石、白云石熔劑 增加渣量和單產(chǎn)消耗、產(chǎn)品中磷的控制問題,低硅鎳鐵生產(chǎn)存在的主要技術問題,冶煉工藝要求: (1) 冶金一級石灰 CaO:90%, P:0.035% (2) 爐渣堿度小于1.0,AOD、VOD不銹鋼冶煉工藝與設備,VOD爐(Vacuum Oxygen Decarburization),AOD爐(Argon Oxygen Decarburization),主要功能:脫C、保Cr 初煉鋼水要求:低Si、低P 爐襯材料: 堿性,寶鋼300系不銹鋼AOD、VOD冶煉工藝,初煉鋼水成分:,C3% P0.030% Ni:6.80% Cr:17.00% Si:0.18% Mn:0.54%

5、S0.035%,C1.5% P0.025% Ni:9.2% Cr:18% Si:1.0% Mn:1.25% S0.035%,太鋼300系不銹鋼AOD、VOD冶煉工藝,不銹鋼三步法冶煉工藝,不銹鋼兩步法冶煉工藝,高硅鎳鐵冶煉不銹鋼母液的技術思想,啟發(fā):鐵合金行業(yè)采用的中低碳錳鐵和中低碳鉻鐵的生產(chǎn)工藝 原理:電硅熱冶金 目標:鎳鐵冶煉工藝與鉻礦熔融還原技術相結合,尋求更 經(jīng)濟、更高效的使用紅土鎳礦和鉻粉礦生產(chǎn)300系 列不銹鋼的短流程工藝技術路線。,利用鐵合金熔體中Si對C的置換性質, 生產(chǎn)出低碳的中間合金錳硅、鉻硅鐵合金 低碳高硅中間合金與錳礦或鉻礦脫硅反應獲 得中、低碳錳鐵或鉻鐵產(chǎn)品,高硅鎳鐵

6、鉻礦熔融還原反應,碳含量: 0.1% 2%,降碳:,脫硅:,高硅鎳冶煉300系列不銹鋼母液短流程工藝示意圖,鎳硅鐵合金脫Si增Cr探索性工業(yè)試煉結果,設備:1.5噸傾動電弧爐 原料:鎳硅鐵合金,鉻精礦粉(Cr2O3:54%, P:0.01%),石灰,研究工作之一: 硅對鎳鐵中碳飽和溶解度的影響,研究目標: 高硅鎳鐵主成分設計 鎳鐵礦熱爐冶煉工藝制定,研究目標: 脫磷劑與頂渣組 分的選擇 脫磷渣的處理與 環(huán)保評估,研究工作之二: 鎳鐵水的還原脫磷工藝,研究工作之三: 礦相對鉻礦-石灰成渣 反應速度的影響規(guī)律,兩種鉻礦礦相,鉻鎂尖晶石,菲律賓礦,蛇紋石,土耳其礦,橄欖石,鉻鐵礦,石灰,富Cr堿性多

7、元渣系,研究目標: 原料選擇; 快速造渣理論指導。,研究工作之四:搖包反應器內(nèi)渣金“乳 化”和“分相”行為,理論問題: 輕相液體表面以拋物 面運動形式與輕、重 液體兩相界面正弦波 動形式之間的關聯(lián)性; 相界面發(fā)生卷渣的工 況條件。,研究目標: 搖包反應器放 大設計; 搖包作業(yè)規(guī)程; 吹氣搖包。,油水界面荷葉型運動規(guī)律,理論問題: 液-液兩相混合均 勻,將促進二相界 面的傳質過程; 相界面?zhèn)髻|過程引 起界面表面張力變 化(Marangoni效應) 促進兩相混勻過程, 并對傳質過程產(chǎn)生 增強作用。,研究目標: 提高冶金反應 速率途徑; 減少鋼-液夾帶 損失; 鉻礦熔融硅熱 還原工藝中鎳硅 合金熔體初脫Si 的程度。,研究工作之四:搖包反應器內(nèi)渣金“乳 化”和“分相”行為,研究工作之五: 電硅熱法冶煉300系列 不銹鋼母液工藝理論計算,300系列不銹鋼冶煉新工藝流程與裝備,不銹鋼電硅熱法冶煉臺架實驗,24,低P高Si鎳鐵,不銹鋼基料,201系不銹鋼,高Si鎳鐵,結 語,結合鎳、鉻不銹鋼生產(chǎn)典型的物質轉化工藝過程,

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