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發(fā)表于 2008-3-21 16:14:14
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不銹鋼冶煉工藝設(shè)備和工藝路線的選擇
3 不銹鋼冶煉工藝路線( S" {) k. ]& W- e
生產(chǎn)不銹鋼的冶煉生產(chǎn)工藝可分為一步法、二步法和三步法。3 ^. Q- ^! t- k! _3 a! N
3.1一步法# E. z, C! ?8 k: J, _' T
一步法是指在一座電爐內(nèi)完成廢鋼熔化、脫碳、還原和精煉等工序,將爐料一步冶煉成不銹鋼。隨著爐外精煉工藝的不斷發(fā)展,一步法冶煉生產(chǎn)工藝由于冶煉周期長,作業(yè)率低,生產(chǎn)成本高,被逐步淘汰,目前工業(yè)化生產(chǎn)中己難見其蹤,僅僅偶見于小規(guī)模的生產(chǎn)廠。許多廠電爐己演進(jìn)為初煉爐,承擔(dān)熔化廢鋼和合金料的任務(wù)。
# T3 N8 b+ O! b3 A) L. \3.2二步法
) Q& c8 e( D4 T5 @- r2 c* q 二步法主要是以電爐為初煉爐熔化廢鋼及合金料,生產(chǎn)不銹鋼初煉鋼水,然后在不同的精煉爐(如AOD ,CLU、K-OBM、KC B、MRP、GOR ,VOD等)中進(jìn)行精煉成合格的不銹鋼鋼水。初煉爐可以是電爐或轉(zhuǎn)爐。二步法中精煉爐又可分為在常壓和真空狀態(tài)下的精煉,從而形成EAF一轉(zhuǎn)爐(AOD ,CLU ,K-OBM ,KCB ,M RP ,GOR)二步法工藝和EAF-真空吹氧(RH-OB ,RH- KTB,VOD)二步法工藝。6 Y- ~$ R7 W6 s' w% k, }; D1 ?' Q- s
3.3三步法
@* M8 t+ n6 Z$ w: F1 i& b 三步法的基本工藝流程是初煉爐一AOD爐-真空吹氧精煉爐。初煉爐只起熔化初煉作用,初煉爐可以是電爐或轉(zhuǎn)爐,負(fù)責(zé)向AOD等精煉爐提供初煉鋼水。AOD爐的功能主要是快速脫碳,并避免鉻的氧化,與AOD爐具有同樣功能的冶煉設(shè)備常用的還有K-OBM-S ,K-TBOP ,MRP ,CLU ,KCB-S等。最后由真空吹氧精煉爐(VOD ,RH-OB ,RH-KTB等)完成最終成分的微調(diào)、純凈度的控制。該法可用來生產(chǎn)超低碳、超低氮的不銹鋼。) K: X, T9 S4 C
3.4不同冶煉工藝路線的優(yōu)缺點(diǎn)比較
M0 f! ?( ~; r( [% h 不同冶煉工藝路線的比較如表2所示。# ]* ]. g6 B$ v* b
+ g- A- l( Q* i8 h表2 不同冶煉工藝路線的比較
2 N, R: Y: n& R# N2 J C1 h 工藝路線 鋼種
+ h! m* `9 E1 j8 n適應(yīng)性 入爐8 o5 R, p J& d& J
原料 生產(chǎn)率 Ar氣6 \0 d# X$ w1 B+ V
消耗 耐火材
( h3 H1 L8 o5 i$ S8 H, a( H料消耗 生產(chǎn)
7 Q1 ?9 U: h+ I( h4 O成本 工程投資5 [4 N+ D, N2 ~( o2 @
一步法 差 苛刻 低 無 較高 高 最低, H9 x) {- }3 W
二步法 EAF-轉(zhuǎn)爐 一般 適應(yīng)性強(qiáng) 高 高 低 低 低
" M3 _8 s# L- _; U( B4 Q, ?) a& q EAF-真空吹氧爐 一般 適應(yīng)性強(qiáng) 低 低 較高 最高 較高
: s1 ~% X: F; o7 x7 f 轉(zhuǎn)爐-轉(zhuǎn)爐 一般 適應(yīng)性強(qiáng) 高 高 低 低 高9 M7 t1 E+ l, v6 S+ f
三步法 強(qiáng) 適應(yīng)性強(qiáng) 高 小 高 高 最高4 A0 o9 X' M9 u7 e, L! P
% A _4 L9 `! C9 n
目前世界上大多數(shù)不銹鋼廠采用電爐一AOD爐二步法生產(chǎn)不銹鋼,其產(chǎn)量約占世界不銹鋼總產(chǎn)量的70%,采用電爐一轉(zhuǎn)爐一VOD三步法生產(chǎn)不銹鋼,其產(chǎn)量約占世界不銹鋼總產(chǎn)量的20%,而采用其它方法生產(chǎn)不銹鋼,其產(chǎn)量約占世界不銹鋼總產(chǎn)量的10%。- O' x0 T2 }$ K
4 不銹鋼冶煉生產(chǎn)工藝路線的選擇
2 h; w: a& D+ U5 i# n) N3 Z 不銹鋼冶煉生產(chǎn)工藝的選擇取決于很多因素,首要因素是操作成本,它受到生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品大綱、原材料供應(yīng)、后續(xù)工藝、現(xiàn)有車間狀況和動力供應(yīng)狀況的影響。由于各種因素隨著市場迅速變化,生產(chǎn)工藝選擇應(yīng)該具有一定的靈活性。
0 o8 ]1 w7 U- Q 一般情況下,三步法的生產(chǎn)成本要高于二步法,但由于上述各種因素的綜合影響,最后要根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模產(chǎn)品方案及原料條件等實(shí)際情況,具體分析,合理選擇。
. f9 C5 p& n) O$ q) _+ l; y% H; b4.1 生產(chǎn)規(guī)模/ b' I2 N) J s2 o2 i. A, B
不銹鋼的生產(chǎn)規(guī)模對冶煉生產(chǎn)工藝的選擇,具有制約作用。生產(chǎn)規(guī)模小,一般年產(chǎn)3萬t不銹鋼,不銹鋼返回廢鋼有可靠保證的,可以選用一步法冶煉生產(chǎn)工藝。
: }& y! u6 s* K2 L- {+ N 不銹鋼的生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到5萬t以上,不銹鋼的冶煉生產(chǎn)工藝不宜采用一步法,應(yīng)該選用二步法或三步法組織生產(chǎn)。
* z1 \7 U, E \) N5 V4 L4.2 產(chǎn)品大綱
* S) y( |9 c, M! F 產(chǎn)品大綱中對少生產(chǎn)(C+ N) > 250~300ppm的不銹鋼,可選用二步法組織生產(chǎn)。若生產(chǎn)規(guī)模大,產(chǎn)品范圍寬,考慮到生產(chǎn)節(jié)奏和能源供應(yīng)等因素,宜配置三步法冶煉生產(chǎn)工藝路線的設(shè)備,其中分產(chǎn)品按照二步法或三步法組織生產(chǎn)。6 v/ a+ v2 j+ j' N1 s/ F9 D
最終產(chǎn)品中若要求(C+ N) ≤250~300ppm,如S44700,S44800等超低碳( 0. 01%)、超低氮( 0. 02%)鐵素體不銹鋼,必須選用三步法工藝流程,在真空吹氧精煉爐中完成最終成分的微調(diào)和脫氣處理。( {+ k5 {. ~1 l' a- N y
4.3原材料供應(yīng)
9 ~" ]% u [. i 不銹鋼冶煉的原材料,主要是金屬料和合金。金屬料包括返回廢鋼、普通廢鋼和高爐鐵水。合金主要包括高、中、低碳鉻鐵,電解鎳鐵,金屬鎳或NiO,硅鐵,錳鐵。含鉻鐵水和鉻礦石具有金屬料和合金的雙重性質(zhì)。不同的金屬料將會采用不同的冶煉生產(chǎn)工藝。
& C, G R' O: R; U1 s" I 金屬料采用返回廢鋼或普通廢鋼時,一般選用電弧爐作為初煉爐,熔化廢鋼和合金料產(chǎn)生不銹鋼母液,生產(chǎn)不銹鋼。典型的冶煉生產(chǎn)工藝是選用EAF- AOD二步法或選用EAF- AOD一VOD三步法組織生產(chǎn)。我國的太鋼不銹一煉鋼、寶鋼五鋼公司和大連特鋼等企業(yè)均采用該生產(chǎn)工藝。
% A) f; M. A* p 金屬料采用高爐鐵水時,由于硅、硫、磷含量高,高爐鐵水必須首先進(jìn)行三脫處理,獲得低硫、磷不銹鋼母液,再經(jīng)過精煉爐精煉。精煉爐目前大多選用AOD轉(zhuǎn)爐或頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐,如果要冶煉低[ C]或低[N]不銹鋼,在后步工序還要配置RH-OB或VOD進(jìn)行真空精煉。如果要冶煉Cr-Ni系或Cr-Nr-Mo系不銹鋼,還需要配置電弧爐熔化鉬鐵和鎳鐵。典型的冶煉生產(chǎn)工藝是:* I q7 ^ X( n
EAF(熔化合金)——
& _/ z, D3 X% T8 Q, n# {' S 高爐鐵水一 鐵水預(yù)處理- 頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐一 真空精煉。
* g9 q0 N5 V2 _) K Y 日本川崎鋼鐵公司的K-BOP法采用了高爐鐵水一鐵水預(yù)處理一頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐LD-OBM一真空精煉VOD。日本新日鐵公司室蘭制鐵所的RH-OB法.即采用高爐鐵水一鐵水預(yù)處理-頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐一RH- OB真空精煉。我國太鋼二鋼廠采用了:
' @- r! P1 |3 R% i. v8 g) ` EAF(熔化合金)——3 n L; U+ h& |$ }: G7 {7 b
高爐鐵水一 鐵水預(yù)處理-頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐一 K-OBM-S-VOD真空精煉。
- K: N$ i# Y7 _4 s: H! j( X 金屬料采用部分鉻礦石時,一般以高爐鐵水作為主原料,鉻礦石主要是通過在轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行還原,提供金屬鉻,降低不銹鋼生產(chǎn)成本。由于鉻礦石加入數(shù)量、加入時機(jī)以及還原工藝國內(nèi)尚未完全掌握,世界上僅日本川崎鋼鐵公司千葉廠采用該冶煉生產(chǎn)工藝。
2 C0 B3 o m8 S. {& v. s+ w 金屬料采用部分鉻鐵水+廢鋼時,冶煉生產(chǎn)工藝可采用礦熱爐一EAF–AOD二步法或選用礦熱爐一EAF-AOD-VOD三步法。它通過礦熱爐冶煉鉻礦石.生成含鉻鐵水。電爐作為初煉爐熔化廢鋼和合金料,熔化半鋼與含鉻鐵水混勻,制成不銹鋼母液。該工藝在國外鮮,但在我國的寶鋼一鋼公司己經(jīng)成功采用,杭鋼亞通特鋼公司也采用了該工藝路線。該工藝可以適用于鐵合金廠的改造或在鐵合金廠附近建設(shè)的不銹鋼工廠內(nèi)使用。
3 o, q" {' C+ {4.4 現(xiàn)有車間狀況和動力供應(yīng)狀況0 b: `: b- F5 T. e7 L( f
新建不銹鋼廠,可以根據(jù)需要確定合理、經(jīng)濟(jì)的工藝路線。但對于舊廠改擴(kuò)建,必須結(jié)合現(xiàn)有車間狀況和動力供應(yīng)狀況。
, Y% j3 |% f4 d, |$ t$ z* c 原車間沒有熔化電爐或感應(yīng)爐,又沒有充足的電力供應(yīng),卻有高爐和轉(zhuǎn)爐設(shè)施,可選擇高爐鐵水一鐵水預(yù)處理-頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐一真空精煉組成的典型冶煉生產(chǎn)工藝。這將是我國部分轉(zhuǎn)爐工廠經(jīng)過工藝和設(shè)備改造后生產(chǎn)不銹鋼的便利途徑。8 t; ]0 _5 e; T2 R7 E6 N
對于氬氣供應(yīng)不足,精煉爐不宜采用AOD爐,而改為與AOD爐具有同樣功能的冶煉設(shè)備.如K-OBM-S ,K-BOP ,MRP ,CLU ,KCB- S等?;虿捎贸鯚挔t一AOD一真空吹氧精煉爐(VOD ,RH-OB ,RH-KTB等)三步法組織生產(chǎn),以降低氬氣消耗。+ p* Z7 D# q: R, \5 }' n f
5 結(jié)語" k. D+ Q( `6 K2 k- K
通過上述分析,根據(jù)不銹鋼冶煉的生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品大綱、原材料供應(yīng)、現(xiàn)有車間狀況和動力供應(yīng)狀況,對不銹鋼冶煉主要工藝設(shè)備和工藝路線的選擇,提出如下建議(見表3),供建設(shè)不銹鋼生產(chǎn)的廠家作為參考。5 e# z! _( N7 w1 {/ }+ U
/ G/ T9 C+ B; P: q6 M
表3 工藝設(shè)備和工藝路線選擇方案
4 s1 ^# v, d/ M: e) [: v1 l* y工藝設(shè)備或路線 生產(chǎn)規(guī)模 產(chǎn)品大綱 主要原材料 現(xiàn)有車間狀況 動力供應(yīng)狀況
# I; W/ d% t" i! Y! V 小 大 常規(guī)7 y/ j u9 k+ E* p- g
碳氮 超低5 D# k k9 W( R
碳氮 高爐
& V l' z/ r6 x' p- ^" q鐵水 鉻礦 廢鋼 轉(zhuǎn)爐廠 電爐廠 新建 電力0 K; m# Z2 G$ M2 }% z8 H
匱乏 氬氣5 x+ }$ d/ z" M
匱乏: y8 O/ @% K+ g. q3 o
預(yù)
! ?9 i# c4 z+ A; w* e處
; H$ |/ o$ |4 Q; e" r+ U理 鐵水脫硅 ∨ ! G4 \+ {0 b' r. x+ @+ J$ f
鐵水脫磷 ∨ ∨ ( J0 y. y, Z0 K1 F# @ J" r
鐵水脫硫 ∨ ∨
9 B8 M0 G! f" X. K: s6 {. q初
. Q& M/ u, n& P+ K煉
& Y- _3 U; r a2 E( Q) x爐 礦熱爐 ∨
8 n" _; D: R' W8 v1 i5 F: U 感應(yīng)爐 ∨ ∨ ( y& `3 @5 l' b1 F! X; G, M
電弧爐 ∨ ∨ ∨ ∨ ★ ∨ ★ ∨ ∨ ★
- t8 @) a1 q$ T& d3 N9 a 轉(zhuǎn)爐 ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ 5 H; M* i S0 o- e0 i( O& ^
精煉爐 AOD ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ★8 _$ N: J3 L/ M5 j6 H: V7 N
K-BOP ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ★& r' j' n, ]3 s- T3 A& `) W% Q# i+ ?
K-OBM-S ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ★
1 p& K" Y+ q+ X9 P MRP ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ★
& ]1 y' \5 R. T1 V CLU ★ ∨ ∨ ∨ ∨3 i" @/ {/ c: J+ w& E; k
KCB-S ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ★
2 ~1 C$ Z) \* X8 @真空爐 VOD ∨ ∨ ∨9 d9 M% k" u8 C# @# `0 ^
RH-OB ∨ ∨ ∨
/ A4 L# {, r( I5 e# b h RH-KTB ∨ ∨ ∨
) k8 n/ B. H: h7 }9 i0 g, C工藝線 一步法 ∨ ( {3 w4 Z3 y9 p
二步法 ∨ ∨ ★
4 w( Q0 o$ n7 H9 t4 H9 X! U 三步法 ∨ ★ ∨ ∨1 T2 T! Y8 A1 W/ ~4 E$ W" E1 u
注:(1)“∨”表示優(yōu)先選擇的設(shè)備或工藝。(2)“★”表示次選的設(shè)備或工藝輔助設(shè)備。 |
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