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機械社區

標題: 一種新的轉爐冶煉不銹鋼工藝 [打印本頁]

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作者: 天上一顆星    時間: 2008-3-21 14:37
標題: 一種新的轉爐冶煉不銹鋼工藝
一種新的轉爐冶煉不銹鋼工藝
　　烏克蘭冶金工業基礎雄厚，年產鋼能力約5100萬噸，其中轉爐鋼2270萬噸。不銹鋼年生產能力約60萬噸，主要采用電爐一AOD爐兩步法生產工藝，近年來用新開發的GOR工藝取代AOD工藝取得了很好的效果。
9 h* K& ]/ `: h
" F1 F2 i: Q" s* {3 R: {4 b    　1998年7月就GOR工藝考察了烏克蘭冶金工廠，l0月烏克蘭國立治金學院的專家就此也來華進行了技術交流。
1 K; w: R2 O- j& w8 n! E
' ~, }! h+ @7 K) M' o& c; h    1．GOR工藝的開發和生產實績

7 m2 h. [) r, k5 E. Y    　GOR工藝在烏克蘭國立冶金學院冶金實驗廠首先開發成功。該廠用1．5噸電爐熔化高碳鉻鐵和廢鋼生產不銹鋼母液，傾入1．0噸GOR轉爐精煉成不銹鋼鋼液，澆注成1．0噸鋼錠，再鍛造成不銹鋼管坯供應市場，由于有效益，這套試驗裝置一直在生產。
6 I6 b: h3 ~  Z7 w& `9 W2 Y
. B" m% @9 }: ?8 z# q8 r    　扎波羅熱鋼鐵廠是烏克蘭以不銹鋼帶材為主要產品的特鋼廠，裝備有電爐、AOD爐等冶煉設備。該廠出鋼量為60噸的GOR轉爐生產不銹扁錠，在熱連軋機組上軋制成不銹熱帶卷。GOR爐的建設大幅度降低了該廠不銹鋼冶煉成本，在烏克蘭冶金工業很不景氣的狀況下，仍在正常生產，取得了好的經濟效益。
. S) c: r" Q2 I$ \! }6 u
  j# ~3 j' r% y& F1 ~5 k2 y    　此外，烏克蘭還有5噸、10噸GOR轉爐生產的實例。

    　從現場初步考察和技術交流的情況看，這種技術是成熟可靠的。它具有很高的生產效益和較低的生產成本，而且除不銹鋼外，它還可以生產耐熱鋼、高合金鋼、優質碳素鋼等其它鋼種和某些合金。
) G3 m  ~" d: G, {& i- c$ c
, W# N4 C2 B, c# r$ H4 M1 ]8 m    　這種工藝使用一種特殊的頂底復合吹煉轉爐生產優質鋼，它可以用于煉鋼廠，也可以用于鑄鋼廠生產優質鋼鑄件。對于現有中小轉爐轉產優質鋼具有一定的參考價值。

7 \1 i7 Z+ G0 ]5 x$ v. u    　德聶伯爾特鋼廠采用GOR工藝已經生產了碳含量o．02％？0．25％的5種89個鋼號的不銹鋼鋼種，例如：02Crl8Nil0、03Cr20Nil6NMn6、03Crl6Mn2Mo、04Cr25Ni5M02等。

    2．GOR工藝和操作實例

    2．1 GOR轉爐工藝的基本原理在于使用多種組分的混合氣體吹煉預先溶化好的鋼水
<P&NBSP;&NBSP;&NBSP;&NBSP;>2．2 GOR工藝對AOD對比

6 A" H* c$ }5 m, P9 }    ①在吹煉工藝上，GOR工藝采用天然氣(或其它碳氫化合物)保護底吹噴咀向爐內供應氧氣、氬氣、氮氣，而AOD爐采用側吹噴咀，用惰性氣體保護噴咀。

    ②AOD工藝全程供氨氣(前期氧、氬混吹)，而GOR工藝在吹煉后半期供氬氣，前半期只供氧氣和天然氣。GOR工藝供氣曲線。
, X) H; a* V# r6 ^7 H6 @
    ③GOR爐爐容比幾乎是AOD爐的一倍，采用可更換爐底。

    ④表1為GOR與AOD的主要技術經濟指標。
表1  GOR爐與AOD爐指標對比
  \1 g$ c' _; O* |( V項   目        AOD        GOR
3 v# e5 ]8 J+ G, \爐容比/m3t-1        0.4~0.5        0.8~1.0
* f+ I3 K( r9 i1 E/ V氣體壓力/MPa                  
# L' I$ P  }$ \2 h3 Z氬氣        1.2~1.7        0.5~1.0
1 \' Q! b# m& E# v* @天然氣        1.2~1.7        0.3~0.6
吹煉時間/min        60~70        30~40
" a) c) z: G) `$ T; y# U# r冶煉周期/min        90~120        65~90
5 {: l0 O/ F* P! P鉻鐵耗量/kgt-1                    
! F( a+ V9 ^& H3 }高碳鉻鐵        145        145
微碳鉻鐵        <10        <10
氬氣耗量/         [c]>0.06%        12~14        6~7.5
# H3 S" f# C, u1 fm3t-1        [c]<0.03%        18~20        10~12
9 Q' g. e* d9 _: s) ?( ^$ w    2．3GOR爐鉻的收得率為97％？99％，良好的熔池攪拌保證了鋼液不會發生過氧化現象。
8 \) q6 a# }* Y' o" |: k7 ^& h& O0 S
, e& a; p5 N( Z4 D. w! L    2．4烏克蘭扎波羅熱廠60噸GOR爐的主要技術特性列于表2中。
表2   60噸GOR轉爐技術特性
1 l  G1 w; Y4 T0 L1 U2 o指  標  名  稱        數   量
額定容量/t         60
/ ^5 P# [! L! a9 @* l 有效容積（新爐襯）m3         48
: P6 A3 C3 m/ q8 P4 ?8 b- e 單位容積/m3t-1         0.8
  p0 w9 D0 |" X& @$ q  g' s9 } 鋼水溶池深度/mm         980
3 |' Y8 |) v) v. \% D0 m 溶池表面積/m2         10.7
9 Z4 t1 h, _, a- I) R9 S: C! e 爐襯重量/t         200
傾爐驅動功率/kw         4×32-128
8 a: n: t; N  R- s8 o 回轉速度/轉min-1        　   
額定速度         1.15
最小速度         0.1
噴咀數量/個         3
通過噴咀各種氣體最大消耗量m3h-1        　   
氧氣         8000
天然氣         600
7 P/ g4 R% P  H2 D2 Y0 t; f  }; m 氮氣         4000
  ^5 \" a) k- ~, t! j, u& Z 氬氣         4000
壓縮空氣         4000
4 L$ s. K% t! i% V- V" G" P 噴咀前各種氣體最大壓力/MPa        　
氧氣         1.0~1.2
- d" Q. m$ _, E5 v9 r 氮氣         1.0~1.2
氬氣         1.0~1.2
天然氣         0.5
. ~( T0 R' W7 g( K# I0 j  a, d 壓縮空氣         0.3~0.6
7 y* `3 g& S0 K8 w/ Y 噴咀內各種氣體介質最低壓力         0.25

& G; T, z, E6 `( L    2．5精煉作業具有很高再現性，可以實現計算機自動控制。

    2．6操作實例

' K% _1 @7 d$ B    以冶煉03Crl8Ni9和03Crl8ANi6(A一含氮鋼)鑄造用不銹鋼鋼液為例說明冶煉過程。
6 J& J, q" L0 Q3 M
- O/ P6 G- f: G( Q7 g% W( t% t    2．6．1 03Crl8Ni9的冶煉
4 D7 ?" I  E) K8 n& {# _
& d+ D( H5 f3 l6 J3 G    ①配料

    不銹廢鋼(08？12Crl8Nil0Ti)約70％

7 ?6 U7 O9 T; q/ Z    碳素廢鋼(低磷)約13％

% c! ?7 }7 T" Z  Z% @1 ]2 y0 j    高碳鉻鐵145kg約？14％
1 J  V8 ]# w% i2 u# ]& E
    鎳？3％
  e. ~. T% p4 B    ②電爐熔煉

    　上述鋼鐵料加入電爐后，送電熔化。為防止鉻的氧化損失，除用吹氧管切割爐料外，基本不吹氧。爐料熔清后提溫到？1600℃左右，然后將母液經出鋼口傾入鋼包中。
( F) T, X& `/ x4 L; ?
    ③母液兌人GOR轉爐

    　母液含碳1．5％？2．5％、溫度1560？1580℃兌人GOR轉爐。GOR的冶煉分三個階段進行。
3 `; w5 `. Z) I7 x. `7 G+ k- r1 W
0 B" c; F3 v1 x! K/ k    　第一階段需18？20分鐘，視母液中的碳含量和成品鋼碳含量要求不同而可能有較大變化。在這一階段底吹氣體主要是氧氣和保護噴咀的天然氣(或其它碳氫化合物)。氧氣耗量1．6-1．8m3／mln、氧壓？0．49MPa；天然氣消耗0．15？0．20m3／rain、壓力0.29？o．49MPa。進入下一階段時鋼中含碳量為0．2％？0．25％、溫度為1700？1760℃。
4 r6 ^5 N- B  l# r; L8 j. J( y
    　第二階段約需13？18分鐘，這一階段底吹的氧氣比例逐漸減少，開始底吹氬氣(或氮氣)。隨著氧氣用量減少，在這一階段開始3？4分鐘停吹天然氣，逐漸加大氬氣量。氬氣的最大用量占底吹氣體量的80％。第二階段結束時，溫度降低40？70℃，爐渣堿度≥3.0，碳降到0.03％以下(根據鋼種需要，最低為0.015％)。

. e  n5 [. j8 N- G    　第三階段為3-5分鐘，底吹氬(或氮)氣，凈化鋼水，加入硅鐵還原氧化的鉻，溫度1600℃時就可以出鋼。
1 d# s. B8 j. o9 `. j$ \' P
    　對于不銹廢鋼資源短缺的地區，也可以增加碳素廢鋼和高碳鉻鐵用量，減少爐料中不銹廢鋼比例。還可以用轉爐吹煉低磷半鋼作GOR爐的母液。
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    2．6．2 03Crl8ANi6的冶煉

4 L( W4 o" q" h7 q    　減少不銹鋼中的鎳含量能顯著地降低不銹鋼生產成本。合適的鋼中氮含量可以提高鋼的強度和鋼的抗腐蝕性能，是理想的代鎳元素。烏專家長期研究的結論認為鋼中氮含量提高0.1％，可減少鋼中鎳含量2％，以氮代鎳可以降低成本，不會給鋼的機械性能帶來不良影響。
# j# M- |$ t8 j/ y: e
- d2 p& g6 M5 N8 s8 U; g2 ?    　對于鑄造用不銹鋼，合理的以氮代鎳和鈦還能改善鋼液流動性，提高鑄件成品率。
: m4 @9 ]5 d) o
    　鋼中氮的加入方法，主要靠控制吹氮氣(還可節省氬氣)，也可通過加入含氮合金精確地調整成分。
5 ?( J- m. e. q8 T4 I$ i
    2．7除塵
- L' g8 J% r7 h+ B7 B% r
    　GOR爐煙氣粉塵含量很低，吹氧期最大值為4g／m3，還原期小于1g／m3，經除塵后很容易達到o．1g／m3的排放標準要求，而且粉塵帶走鉻的損失量也大為減少。

/ R- I# ~7 V" |4 q# Q8 l    2．8高爐一GOR爐流程
4 a" |0 o7 F, Q& \. U4 H
    　烏克蘭還開發了在600m3高爐上用鉻球團礦作原料冶煉含鉻鐵水，供GOR爐作為部分母液冶煉不銹鋼的工藝。

* ~4 o4 ?$ |" [+ C$ s6 _5 K    3．GOR轉爐冶煉鋼的質量

    　GOR轉爐可以生產含碳0.02％以上，含鉻2％？20％的各類不銹鋼。這座爐子可以完成脫碳、脫硫、脫氧、脫氣和合金化等工作任務，必要時還可用于脫磷。由于轉爐設計和吹煉技術可以保證在一個很寬的范圍內控制和調節混合氣體的組分，所以它可采用任何熔煉爐提供的合金化或未經合金化的鋼水(母液)作原料，生產從高級合金到電工鋼和超深拉拔用碳鋼等多種鋼種。
' `; U: m$ `3 n% g, _
! t8 s+ x3 N+ o0 @. t+ r7 P    3．1化學成分和溫度控制
: I7 E( |8 g1 X% f0 Q$ B- O
& W, N. M# T6 \    　這種工藝可以精確地控制冶煉終點的化學成分和出鋼溫度。鋼水的清潔度很高，只要配料合理，鉛、鋅等有害雜質含量可以控制到很低的水平。
6 \$ ?; x% a( V
    　鋼中雜質含量均低于用電爐生產的不銹鋼，其數值見表3。
5 K8 _* K) B+ C3 \! B( \) t  W表3 不同工藝鋼鐵液雜質含量比較
冶煉
工藝        統計
爐數        [H]
cm3/100g        [N]
, ^7 L9 D. |5 \* @+ o9 a8 i10-3/×%        [O]
& D( _2 a3 J. E  N; R10-4/×%        [Pb]
10-5/×%        [Sn]
10-5/×%
8 ]: ~" L2 E4 L- _& aGOR         11         3.1？4.7
3.7        12.5？20.5
) I0 W  f7 L; f: N4 |! t$ w( I4 o! f   16.2        26？30
5 B# b$ ~$ I; C* t6 b$ L. f! j 29        28？35
31        14？23
16
+ L; c" p8 p3 u" ?0 T; A, g EAF         15         6.8？10.1
  7.3        15.0？25.0
19.4        29？32
31        54         40
2 w( I  @( |1 g* `$ L) S7 M3 g& @
# G! P( ]' F$ F2 @) E- H) B2 N    　因此，在多數情況下，GOR工藝不必在其后配備真空脫氣或鋼包處理工序。

. M# R8 B; Y9 t    　但是，對于要求[C]<0.015％，[O]<20×10-4％等特殊用途的不銹鋼，也可以在其后再配備真空工位。
- d7 m- B) L; i- s
    3．2內部裂紋

    　統計各15爐次電爐工藝和GOR爐工藝冶煉14CrNi2鋼內部裂紋情況表明，GOR工藝明顯優于電爐工藝。
4 J7 Y- v3 f! D' a- h; R7 ^1 Y
    3．3機械性能
/ r' J9 X9 [  |  N
* V5 L2 Q3 [% A$ G/ O3 S    　統計電爐工藝和GOR工藝分別冶煉6類的不銹鋼數百爐，軋制成的熱卷、冷卷、管坯和型材后進行強度、延伸率和斷面收縮率等機械性能對比，結果表明，兩種工藝生產的鋼材強度相似，而GOR工藝生產的鋼材延伸率和斷面收縮率(型材)優于電爐+AOD工藝。
# h( \2 h# u1 J
1 F: W  U. B# B4 z6 d% C2 ]    4GOR轉爐工藝的優越性
/ o" ]/ E7 }9 Z
% h0 g# n+ ?0 S    這種工藝有很高的生產靈活性，為用戶提供了開發新產品的潛力和可能性。

  h& v+ y% F- X- n7 u& R( I    這種工藝可以獲得很高的經濟效益：

7 f7 z2 ?4 S( r; B$ l+ {0 ]) N    ①可以利用現有轉爐進行現代化改造，在其前部配置提供母液的電爐或其它熔煉設備，轉爐本體不必做大的變動，只需改造爐底，增加氣體供應和控制系統。這比新建煉鋼的投資費用低許多。也可以在現有電爐車間后部配置GOR轉爐。在電爐和轉爐噸位相似的工廠，如果可以解決母液運輸問題，則改造費用將更為節省。

    ②由于脫碳速度可以高達0.13％／min，因此可采用高碳鉻鐵、高碳不銹廢鋼作為冶煉原料。對于不銹廢鋼資源緊缺的地區，還可以增加碳素廢鋼的比例，也可采用轉爐脫磷后的半鋼作為GOR的部分母液。爐料的靈活性大大降低了生產成本。
% m; H" ~/ }% F, c% Y5 O) ^
5 w$ ]3 h( n1 K( @    ⑧由于爐容比大，可以在保證不噴濺的前提下提高供氧強度，吹煉時間控制在30分鐘以內，大大提高了生產率，幾乎是AOD爐工藝的一倍。
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     ④采用組合冷卻的可拆卸式爐底，爐襯浸蝕均勻，爐齡提高。爐底壽命可達100爐，爐體壽命可達250爐，節省了耐火材料。
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     ⑤獨特的精煉工藝，節省了昂貴的惰性氣體(氬氣)。氨氣消耗量僅僅是AOD爐的50％？60％。

; J1 F# t( Q( ~, ~; P. T. w     　烏克蘭國立冶金學院愿意向中國用戶提供技術決竅和專利使用權，還可以提供工程設計、關鍵設備供貨、技術人員和工人培訓、開工生產現場指導等服務。
% w5 t; x- y- |$ T0 x


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作者: sudukang    時間: 2010-6-12 14:04
不錯，好好學習下，支持

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