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中国不锈钢冶炼工艺技术的进展

作者:馨雅汐日期:2015-06-23 19:36:26标签:钢厂资讯

    标签:不锈钢;冶炼;工艺

    当前,中国作为不锈钢生产和消费大国,不锈钢种类繁多,根据钢种用途及原材料的不同形成了不同的冶炼工艺路线。近几年来,中国不锈钢冶炼技术沿着提高生产率、简化工艺、降低生产成本和提高钢水质量的方向发展,在原材料和工艺装备方面得以不断优化。

  三种冶炼工艺各有优缺:

  目前世界上生产不锈钢的冶炼工艺主要分为一步法、二步法和三步法,其中EAF+AOD(电弧炉+氩氧精炼炉)的两步法工艺约占70%,三步法工艺约占20%。随着低磷铁水被广泛应用于不锈钢生产,新型一步法不锈钢冶炼工艺也被越来越多的不锈钢生产企业采用。为适应不锈钢市场的激烈竞争,提高产品质量同时也降低生产成本,中国各企业应根据自身的实际情况选择合适的不锈钢冶炼工艺。

  一步法不锈钢冶炼工艺。早期的一步法不锈钢冶炼工艺,是指在一座电炉内完成废钢熔化、脱碳、还原和精炼等工序,将炉料一步冶炼成不锈钢。随着炉外精炼工艺的不断发展以及AOD炉在不锈钢生产领域的广泛应用,这种仅用电炉冶炼不锈钢的一步法冶炼生产工艺由于冶炼周期长、作业率低、生产成本高,被逐步淘汰。

  目前很多不锈钢生产企业采用部分低磷或脱磷铁水代替废钢,将铁水和合金作为原料进入AOD炉进行不锈钢的冶炼,由此形成了新型一步法冶炼工艺。新型一步法冶炼工艺与早期一步法相比在生产流程上取消了电炉这一冶炼环节,其优点包括:一是降低投资;二是降低生产成本;三是高炉铁水冶炼降低了配料成本,降低了能耗,提高了钢水纯净度;四是废钢比低,适应现有的废钢市场;五是对于冶炼400系列不锈钢尤为经济。

  但新型一步法对原料条件和产品方案具有一定要求:一是要求AOD入炉铁水磷含量低于0.03%以下,因此冶炼流程中须增加铁水脱磷处理环节;二是不适用于成分复杂、合金含量高的不锈钢品种。

  新型一步法不锈钢生产工艺目前被广泛应用于生产400系列不锈钢。作为发展中国家,中国废钢资源缺乏,又是极度贫镍的国家,加之400系列不锈钢在日常生活和工业生产领域的应用范围越来越广,这些客观条件都使得新型一步法不锈钢冶炼被越来越多的生产企业采用。

  二步法不锈钢冶炼工艺。二步法不锈钢代表工艺路线为EAF→AOD、EAF→VOD(电弧炉→VOD真空精炼炉)。EAF→AOD工艺的产能目前占世界不锈钢产能的70%左右,其中EAF炉主要用于熔化废钢和合金原料,生产不锈钢预熔体,不锈钢预熔体再进入到AOD炉中冶炼成合格的不锈钢钢水。

 

  二步法不锈钢冶炼工艺被广泛应用于生产各系列不锈钢,其优点包括:电炉对原材料要求不高,生产周期相对于一步法工艺稍短,灵活性好,可生产除了超低碳、氮不锈钢外95%的不锈钢品种。

  但二步法在介质消耗、品种方案等方面仍须注意以下三点:一是近年来随着冶炼工艺的进步和操作水平的提高,两步法冶炼工艺的氩气等介质消耗量明显减少,但相比一步法和三步法其氩气等介质消耗仍稍大;二是AOD炉脱碳到终点时,钢水中氧含量较高,须加入硅铁还原钢水中的氧,因此硅铁耗量高;三是目前还不能用于生产超低碳、氮不锈钢,且钢中含气量较高。

  三步法不锈钢冶炼工艺。三步法的基本工艺流程为:初炼炉→复吹转炉/AOD炉→真空精炼装置。三步法是冶炼不锈钢的先进方法,产品质量好,适用于专业化的生产厂家,也适用于联合钢铁企业的不锈钢生产。

  不锈钢三步法是在二步法的基础上增加了深脱碳的环节,其冶炼工艺优点为:一是各环节分工明确,生产节奏快,操作优化;二是产品质量高,氮、氢、氧和夹杂物含量低,可生产的品种范围广;三是可采用铁水冶炼,对原料的要求也不高,原料选择灵活。

  不过,三步法不锈钢冶炼工艺将冶金功能分步实现,对生产投资会产生以下影响:一是增加了工艺环节,投资和生产成本较高;二是真空装备系统复杂,维护量大。

  联合型钢企工艺选择较灵活:

  不锈钢生产企业的原材料条件、生产规模、产品方案、操作成本和工人的操作习惯等因素都会影响不锈钢冶炼生产工艺的选择。由于原材料、操作成本和产品方案等因素受市场波动影响较大,现代化的不锈钢冶炼车间生产工艺的选择应具有一定的灵活性,能根据市场条件调整生产工艺和产品方案。

  中国大型不锈钢生产企业大部分都是联合型钢铁企业,例如太钢、酒钢和宝钢等企业,均是既生产不锈钢同时也生产碳钢。对于这些联合型钢铁企业,原材料范围比较广,既有充足的铁水供应,也有能满足需要的废钢,这些企业在不锈钢冶炼工艺路线的选择上具有较大的灵活性。

 

  太钢不锈钢冶炼工艺。太钢设有3个不锈钢冶炼车间,即第三炼钢厂、第二炼钢厂南区和第二炼钢厂北区。

  第三炼钢厂采用的冶炼工艺流程为:EAF→AOD,主要生产双相不锈钢、耐热钢、高合金不锈钢和高附加值不锈钢种。第二炼钢厂南区采用的冶炼工艺流程为:铁水预处理→K-OBM-S炉→VOD→LF炉,主要用于生产铁素体和马氏体不锈钢。第二炼钢厂北区采用的冶炼工艺流程为:脱磷转炉→AOD→LF炉/VOD和电炉→AOD→LF/VOD。第二炼钢厂北区工艺路径灵活,既可以采用新型一步法,也可以采用两步法和三步法生产不锈钢。

  酒钢不锈钢冶炼工艺。酒钢不锈钢炼钢车间冶炼生产工艺配置为:1座铁水罐顶喷脱磷站、1座脱磷转炉、1座EAF、2座AOD、2座LF精炼炉。其产品覆盖范围广,包括200系、300系和400系不锈钢。

  酒钢不锈钢炼钢车间主要采用以下两种流程进行不锈钢冶炼:流程一是铁水罐顶喷脱磷→EAF→AOD→LF,为两步法生产工艺,主要用于生产200系和300系不锈钢;流程二是脱磷转炉→AOD→LF,为新型一步法生产工艺,主要用于生产400系列的部分钢种。

  宝钢股份不锈钢分公司冶炼工艺。宝钢股份不锈钢分公司不锈钢生产工艺配置为:2座铁水罐顶喷脱磷站、2座120tEAF、2座135tAOD、1座LTS处理站和1座120tVOD。

  宝钢股份不锈钢分公司采用的工艺流程比较多样化。流程一:铁水罐顶喷脱磷→EAF→AOD→LTS处理站/VOD,生产200系、300系和400系不锈钢;流程二:铁水罐顶喷脱磷→AOD→VOD,生产200系和400系的部分钢种;流程三:电炉→AOD→LTS处理站/VOD,生产200系、300系和400系不锈钢。

  从上述对比分析来看,中国大型不锈钢生产企业均以新型一步法和二步法作为不锈钢生产的主要工艺流程,只有在生产超低碳、氮等高品质不锈钢时才使用三步法工艺流程。

 

  因地制宜选择工艺路线

  不锈钢冶炼工艺路线的确定,首先应以产品大纲为出发点,以不锈钢冶炼的原料组成和不锈钢精炼机理为依据,选择合适的不锈钢冶炼工艺路线。对于大型不锈钢生产企业,车间工艺设备的配置应能满足多样化工艺路线的选择要求,从而满足原料价格大幅波动的需要,适时更新和选择最佳的原料配比方案,同时冶炼设备应能满足不同原料配比的冶炼工艺。

  于中国不锈钢废钢资源缺乏,以废钢为主原料的不锈钢冶炼过程配料成本高,加上全废钢冶炼能耗高,以及废钢品质不好带入钢水有害元素多等原因,中国越来越多的不锈钢生产企业倾向于利用经脱磷的高炉铁水冶炼不锈钢。特别是钢铁联合型企业,利用碳钢系统的高炉供部分铁水给不锈钢冶炼系统,可有效降低吨钢原材料成本。与此同时,脱磷处理设施被普遍应用于不锈钢生产工艺。脱磷处理设施的应用既可降低不锈钢生产对原材料的要求,也可降低生产成本,从而使高炉铁水、普通废钢、高磷生铁和高磷合金能被大量用于不锈钢的生产。

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