不锈钢精炼全解课件

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,现代不锈钢冶炼工艺,材料与冶金学院 董方,不锈钢,:,在空气、水、酸、盐的水溶液中及其,它氧化性气氛中具有很高的化学稳定性。,铁素体不锈钢,：含碳量一般小于,0.1%,，铬,1330%,。,单相的铁素体组织，,Cr17,、,Cr25,、,Cr28,。,马氏体不锈钢,：含碳,0.10.4%,，铬,1618%,。淬火,得到马氏体组织。,1Cr13,、,2Cr13,、,3Cr13,。,奥氏体不锈钢,：含铬,1720%,，镍,911%,，常温仍,保持奥氏体组织。不磁化、硬度小、加工性能好。,Cr18Ni9,、,1Cr18Ni9Ti,、,1Cr18Ni9,。强度低、塑性好，,可用冷加工的方法使之加工硬化提高强度。,不锈钢,二步法:,是指初炼炉熔化精炼炉脱碳的工艺流程,常见有,初炼炉,AOD,炉,；,初炼炉,MRP,转炉；,初炼炉,VOD,炉等。,不锈钢三步法:,在二步法基础上增加深脱碳的装备，通常有,初炼炉,AOD,（,LF,）,VOD,；,初炼炉,MRP,（,LF,）,VOD,；,初炼炉,MRP,（,LF,）,RH-OB,等形式。,初炼炉可以是电炉，也可以是转炉；精炼炉一般指以,脱碳为主要功能的装备，例如,AOD,VOD,RH-OB（KTB）,CLU,，MRP,等。,其他不以脱碳为主要功能的装备，例如,LF,钢包炉、钢包吹氩、喷粉等，在划分二步法或三步法,时则不算做其中的一步。此外，这里把专用炉熔化铬铁,的操作，也不列入其中的一步。,AOD(Argon Oxygen Decarburization),炉简图,Ar,O,2,混,合气体,出钢口,返回,双层套管风口,1 二步法冶炼不锈钢的典型工艺,1.1,初炼炉-,AOD,工艺,AOD,法是世界上冶炼,不锈钢的主要方法，占,世界,不锈钢产量的70-80%。,AOD,的原理是吹惰性气体(,Ar),作稀释气体,降低碳-氧反应产物,CO,的分压(,P,CO,),以达到去碳保铬的目的.,为了减少铬的氧化和防止钢液温度过高,在吹炼时要改变氩氧的混合比.实际操作中冶炼过程中分阶段变化氧压比例.,氮含量要求低的钢种,应使用纯氩.对氮含量要求不高的钢种可以使用粗氮或以氮气代替氩气.,为保护炉体耐火材料,钢液温度不应超过,1750,C,氧化期温度高时可加入清洁干燥的同钢种返回钢,以冷却钢液.,工艺参数,氧氩比：,AOD,吹炼所用的混合气体中氧气和氩气的体积比。,氧氩比在很大程度上影响着,AOD,的脱碳速率，铬的氧化速率以及溶池的升温速率。为尽可能减少铬的氧化和控制溶池温度，吹炼过程中根据溶池含碳量和温度调节氧氩比。,氧氩比的理论值可以根据,FeCrCO,四元素的平衡条件，用热力学的方法计算。,混合气体流量：氧氩比确定后，取决于氧气流量。,AOD,法的工艺要点,：,AOD,对电炉所炼半钢的碳含量没有严格的要求，通常波动于12%；硅的含量一般控制在0.20.4%；对硫含量不做要求；出钢温度控制在1620,10,。,AOD,法吹入氧、氩气体的比例一般为3个阶段或4个阶段。第一阶段,O,2,：Ar（N,2,）=4:1(3：1)，,将碳氧化到0.3%左右，此时熔池温度约为1680,C.,第二阶段,O,2,：Ar=2：1,或1：1将碳氧化到0.1%左右，熔池温度约为1690-1720,C.,第三阶段,O,2,：Ar=1：2，,将碳氧化到0.03%左右,当炼碳含量小于0.01%的极低碳钢种时,第四阶段,O,2,：Ar=1：3(1:4),继续脱碳。,AOD,法的工艺要点,：,最后用纯氩吹炼35分钟，使钢水中溶解氧继续脱碳，还可以减少还原,Fe-Si,的用量。,钢中碳含量达到要求时,停止吹氧结束氧化期,加入硅铁,铝,石灰进入还原期,还原温度应高于1700,C,还原期间继续向炉内吹入氩气,铬的回收率99%,锰的回收率90%以上,还原期可脱硫.,AOD,法的工艺要点,脱碳终了以后如果不是冶炼,含钛不锈钢,不需要脱硫操作，一般采用,AOD,单渣法,不扒渣直接进入还原期。由于脱碳终点温度约在1710-1750，为了控制出钢温度并有利于炉衬寿命，在脱碳后期需添加清洁的本钢种废钢作为,冷却剂,。随后加入,Fe-,Si、Si-Cr、Al,等还原剂和石灰造渣材料，成分、温度合适即可出钢。,原料条件不好或成品硫要求,50,ppm,时采用双渣法操作.,AOD,炉的冶炼时间一般为90分钟左右。气体消耗视原料情况及终点碳水平而不同。一般,氩气消耗为1223,Nm,3,/,吨，氧为1525,Nm,3,/,吨。,Fe-Si,用量为820,Kg/,吨，石灰4080,Kg/,吨，冷却剂为钢水量的310%。,AOD,主要特点,l,可以大量使用廉价的高碳铬铁、粗氩和氮气；,l,工艺稳定，效率高,产品质量好；,l,炉龄150300次,高于,VOD,法；,l,脱硫效率高于,VOD,法，可高达90%；,l,铬收得率95-99%,高于,VOD,法；,l,投资少,约为,VOD,法的1/3,。,l,AOD,改进工艺在,C0.7%,脱碳期采用纯,O,2,吹炼，此时不会发生铬的氧化，其结果与,O,2,/Ar=4/1,时是一样的。60吨,AOD,的供,O,2,速度由2880,NM,3,/h,增大到3600,Nm,3,/h，,使脱碳速度提高了0.02%/,min，Ar,消耗减少了2.8,Nm,3,/t，,冶炼时间缩短3分钟。,l,AOD,改进工艺把在钢水碳含量0.11-0.7%区间分阶段降低,O,2,/Ar,改为连续降低,O,2,/Ar，,脱碳效率提高了6%，硅铁使用量降低了0.7,Kg/t。,l,AOD,改进工艺在钢水碳含量0.11%时采用纯氩吹炼，提高脱碳速度，减少铬的氧化。钢水温度由原工艺的提高1-4/,min，,变成降低3-6/,min。,改进的,AOD,工艺,：基本特征是更加靠近,C-Cr-T,平衡曲线,顶底复吹,AOD,法,传统,AOD,法脱碳期的氧效率,（,单位供氧量/脱碳量）只有70%左右，大约有30%的氧被铬等金属的氧化所消耗。日本星崎厂开发了顶底复吹,AOD,法。,目前新上的,AOD,设备都配有顶吹氧系统,。顶底复吹,AOD,法的特征是在,C0.5%,的脱碳一期从底部风枪送一定比例的氧、氩混合气体，从顶部氧枪吹入一定速度的氧气，进行软吹或硬吹，反应生成的,CO,经二次燃烧，其释放的热量约有7590%传到熔池，使钢水的升温速度由通常的127/%,C,提高到195/%,C，,脱碳速度从0.055%/分提高到0.087%/分。,AOD-VCR(Vacuum Converter Refiner),工艺,AOD,法适于大量生产不锈钢,但由于在大气下冶炼,存在着铬的氧化性增加和极低碳范围的脱碳问题。为此,日本涉川厂开发了,AOD-VCR,工艺,在,AOD,炉上增设真空装置,一方面利用,AOD,的强搅拌特征,另一方面在真空下不吹氧，而是,利用钢中溶解氧和渣中氧化物,，在低碳范围改善脱碳的效率。,AOD-VCR,工艺,1.2,初炼炉,VOD,工艺,重要特点,VOD,法在真空下吹氧脱碳，适于冶炼超低碳、氮不锈钢，精炼后碳30,ppm,，,氮50,ppm,（而,AOD,法碳100,ppm,，,氮100,ppm,）；,氢1-3,ppm,，,氧30-60,ppm,（而,AOD,法氢3-5,ppm,，,氧40-60,ppm,）；,EAF-VOD,法铬回收率（90-95%）低于,EAF-AOD,（95-99%）；,脱,S,效果比,AOD,法为差，,VOD,法脱,S,率30-70%，而,AOD,法脱,S,率60-90%；,炉龄较低，一般50次。,VOD,工艺要点回顾,l,电弧炉,的原料和操作与普通电弧炉炼钢法基本没有差别，温度达到1580开始吹氧脱碳，,C,从0.8-1.5%降至0.3%。插铝脱氧和还原渣中氧化铬,再添加高碱度渣，经过出钢可使,S,0.004。,l,VOD,炉,的入炉钢水条件为：碳0.3%、硅0.3%，并扒渣。,l,真空度达到150-200,Torr,后开始吹氧，并不断提高真空度，为了减少喷溅量，适当提高氧枪的高度。,l,脱碳末期，氧在钢中的扩散成为脱碳反应速度的限制环节，所以供氧速度要减小，氩气搅拌要强化。,VOD,炉脱碳速度约为0.02%/分。,l,临近脱碳终点时停氧，用氩气搅拌促使真空,C,脱,O,。根据废气成分、废气流量、真空度及耗氧量来判定脱碳的终点。,l,冶炼超低碳不锈钢时，加强氩气搅拌和控制温度，以便在降低终点碳含量的同时抑制成本的增大和精炼时间的延长。,SSVOD,法,带有强搅拌的,VOD,法称为,SSVOD,法。传统的,VOD,法的降,C、N,效果均以50,ppm（,甚至100,ppm）,为界，而,SSVOD,采用多个包底透气砖或,2-4mm,不锈钢管吹氩，氩流量是通常的10-20倍,。,由于大量用,Ar，C,含量可降至3010,ppm,的水平，适于冶炼超低碳不锈钢和超纯铁素体不锈钢。,三步法冶炼不锈钢的典型工艺,三步法的基本步骤是：,初炼炉,MRP,（或,AOD）VOD（,或,RH-OB）LFCC,l,第一步：初炼炉主要起熔化和合金化作用，为第二步的,MRP,转炉或,AOD,炉提供液态金属；,l,第二步：快速脱碳并防止铬的氧化；,l,第三步：在,VOD,或,RH-OB、RH-KTB,的真空条件下对钢水进行深脱碳和调整成分。,2.1 川崎用铬矿砂和双转炉冶炼不锈钢工艺：,日本川崎公司开发出利用南非铬矿砂、熔融还原为特点的不锈钢生产工艺，1994年投入生产，目前生产正常,能够降低能耗和成本，适合于大量生产铬不锈钢。,该工艺主要包括：,l,转炉熔融还原铬矿砂；,l,顶底复吹转炉脱,C；,l,VOD,炉深脱,C；,l,STAR,熔融还原炉处理炼钢含铬粉尘。,川崎制铁不锈钢生产工艺示意图,工艺流程,SRKCB,中以预处理后的铁水和通过,STAR,炉还原转炉尘得到的生铁和废钢作为主要原料，熔融还原铬铁矿，大容量炉体，从喷枪直接添加粉状生铬矿，可大量熔化废钢。,DCKCB,中添加,FeCr、Ni,合金、废钢，熔融还原和脱碳在顶底复吹转炉中进行，采用顶吹氧枪喷吹碳粉、底吹风管为双重管，内管吹入氩气和氮气稀释后的氧气，从外管吹入丙烷气，实现大流量喷吹的强搅拌力。,(1),熔融还原转炉(,SR-KCB),川崎不锈钢流程的核心是其转炉熔融还原工艺，该工艺主要有以下特点：,l,采用顶底复吹转炉，炉底设有8个双层管风口，底吹氧气流量为0.51.2,Nm,3,/min/t。,由于底吹对熔池的强搅拌作用，能够获得高的铬收得率和熔化大量废钢。,l,采用大容积转炉，使炉内能够容纳大量的炉渣。,l,采用大流量供氧(950,Nm,3,/min)，,使铬的还原能够在限定的时间里完成。此外还采用的二次燃烧技术。,l,使用特制的水冷喷枪，向炉内喷吹铬矿砂。铬矿砂尺寸为38500,m，,如采用传统的顶部加料工艺，大量铬矿砂将会被吹出炉外。川崎制铁专门开发了加料喷枪，将铬矿砂喷入熔池，铬矿砂的收得率高达97以上。,(2)强搅拌顶底复吹转炉(,DC-KCB),熔融还原转炉生产出的碳饱和钢液约含913,Cr，,在后步的脱碳工序，川崎制铁采用了强搅拌氧气顶底复吹转炉，在吹炼初期大量供氧、快速升温，并改进氧气喷头设计避免了大量供氧造成的喷溅增加。由于供氧速率高，其脱碳速率高于,AOD,炉。当碳降低到0.1%,/min，,可在短时内使高碳钢水脱碳，减少了精炼时间和耐火材料消耗。,不锈钢冶炼流程的主要特点比较,方法,工艺流程,主要特点,代表厂家,二步法,EAF+AOD,废钢、氩气,瑞典,Sandivck,EAF+AOD/VCR,废钢、氩气、真空,日本知多厂,EAF+VOD,废钢、真空冶炼,日本横滨厂,EAF+RH-OB,废钢、真空循环脱气,日本山阳厂,EAF+CLU,废钢、蒸汽,瑞典,Kanthal,EAF+MRP-L,