1.研究背景
鋼鐵是一種用途廣泛的功能材料,也是許多領域不可缺少的結構材料。中華人民共和國成立以來,我國的冶金事業(yè)有了長遠的發(fā)展,特別是進入新世紀以后,國民經濟的快速增長導致了鋼鐵需求量的大幅增加,工業(yè)化、工業(yè)化程度的提高,建筑和其他類型的鋼鐵需求的城市化甚至更高。從圖中可以看出,中國粗鋼產量在過去10年相對穩(wěn)定增長。中國每年的鋼鐵產量達到1億噸,相當于全球的鋼鐵產量。
隨著近年來工業(yè)發(fā)展的加快,中國的鋼鐵產量也有所增加。鋼鐵產量決定了中國作為主要鋼鐵生產國的地位,但中國鋼鐵工業(yè)的質量并不高。在當前的市場形勢下,現在熱軋帶鋼也要求更高的品級和更高的規(guī)格[1]。
文獻研究表明,不銹鋼具有耐腐蝕、耐腐蝕、和易加工等材料優(yōu)勢。是民用、軍事、核等領域不可缺少的特種鋼材料。目前,中國是世界上不銹鋼生產和消費最多的國家,隨著國民經濟的快速發(fā)展,中國未來仍有大量的不銹鋼材料需求。近年來,不銹鋼市場競爭日趨激烈,為了進一步提高生產效率,國內外不銹鋼企業(yè)越來越重視新型不銹鋼熔煉技術的開發(fā)和應用,降低了熔化成本,提高了鋼水質量。單板精煉爐是我國獨創(chuàng)的一種新型真空精煉爐。文獻綜述表明,該爐具有回收效率高、熔煉成本低、設備簡單等顯著的技術優(yōu)勢。在真空室中,氣體的長距離混合形成了很高比例的“氣液活性界面”和“液鋼活性界面”。在超碳和超硫鋼的工業(yè)試驗中,充分證明了單噴嘴爐內高比例的主動相互作用的功能優(yōu)勢。
2.不銹鋼現狀分析
鋼材的應用范圍很廣,從建筑和橋梁到家用電器和自行車,鋼材被用于各種各樣的場所,鋼材的質量對公眾來說是非常重要的。不銹鋼作為一種重要的特種鋼材料,近年來在我國得到了迅速的發(fā)展。2020年,中國鋼管產量突破3000萬噸,居世界首位。在市場競爭日益激烈的背景下,國內外不銹鋼生產企業(yè)越來越重視不銹鋼熔煉新技術、新工藝的開發(fā)和應用,以進一步提高生產效率,降低熔煉成本,提高鋼水質量。單板濃縮爐,簡稱“單爐”,是我國在20世紀70年代自主研發(fā)的一種鋼液真空濃縮裝置[2]。將單板爐的技術優(yōu)勢推廣到熔煉和不銹鋼生產中,是本研究長期的研究方向。日本新日鐵公司于1998年成功研發(fā)了REDA爐的生產技術,該爐的爐體結構與中國的單嘴爐相似,并成功地用于冶煉優(yōu)質高純鐵素體不銹鋼。與VOD法相比,REDA法具有更高的脫碳效率和較低的脫碳深度。REDA不銹鋼熔煉爐的成功應用,為我國發(fā)展單臺不銹鋼熔煉爐提供了重要的參考。
3.不繡鋼冶煉方法
在不銹鋼熔煉過程中,為了有效降低液態(tài)鉻鋼中的碳平衡,降低氣體Co的分壓,通常采用兩種思路[3,4]:其中一種是稀釋法,也稱為假真空法,它通常清洗鋼液中Ar + O2或N2 + O2的混合物,用于脫碳。氣泡中反應產物的濃度被稀釋,這也意味著來自氣體的分壓降低。另一種方法是真空法,利用真空技術直接降低系統(tǒng)中的總壓力,降低脫碳產品中的Co的絕對壓力,從而達到降低分壓的目的,稀釋法比絕對真空壓力與分壓降低到很低的值,提高了不銹鋼的脫碳效率和脫碳深度
4.不銹鋼冶煉過程
4. 1兩步法冶煉流程
“兩步法”主要是利用電弧或轉爐作為一次爐生產原始不銹鋼水,然后在各精煉爐(如AOD、CLU、K-OBM、KCB、VOD等)中進行脫碳。兩步法的典型代表是EAF-AOD或EAF-VOD。除轉爐熔煉工藝外,主要以鐵水為原料,在轉爐中加入鉻或鉻鐵合金,通過直接還原熔融,早期脫碳,然后再進行AOD或VOD脫碳精煉。兩級工藝主要采用一次爐+ AOD爐,可獲得大量的富碳鉻鐵,效率高,經濟可靠,投資少,與連鑄兼容。其缺點是是風口附近耐火材料使用壽命短,鋼水深度脫碳困難。[5]
4.2三步法冶煉流程
為了克服深度脫碳的“兩級”過程的困難,采用“三級”熔化過程電荷(電爐或轉爐)+復吹轉爐(AOD或另一種形式的復吹轉爐),脫碳+真空氧處理(VOD爐)是在生產過程中逐步改進加工工藝而形成的。這種組合方法充分利用了AOD和VOD爐的優(yōu)點,進一步提高了鋼液脫碳深度。三段式不銹鋼熔煉工藝的優(yōu)點概括如下:(1)各節(jié)點分工明確,生產速度快,操作優(yōu)化;(2)產品質量高,氮、氫、氧及夾雜物含量低,可生產品種廣泛;(3)可用于鐵水的冶煉,對原料的要求不高,原料的選擇靈活。三段式工藝適用于專業(yè)不銹鋼廠或大型合資企業(yè)的專用轉爐鋼廠。特殊鋼廠的小型非專業(yè)電爐通常選擇兩階段工藝,有助于將初級雕刻爐-富集爐-連續(xù)注射成型的適當組合。
5.不銹鋼冶煉工藝特點
不銹鋼熔煉的主要任務是脫碳和保留鉻。不銹鋼不同于其他基本熔化性能的鋼。根據不同的需求的碳含量鋼種,不銹鋼快速融化的主要困難是減少鋼水碳含量與高鉻的目標成分,減少氧化和燃燒貴金屬Cr的損失。此外,有些類型的鋼對鋼中的氣體含量也有嚴格的要求,如鐵素體不銹鋼,需要低氮含量,冶煉過程中也需要脫氣。
參考文獻
[1]李楊.論熱軋帶鋼生產工藝需求及改造[J].河鋼樂亭鋼鐵有限公司.2018,11:155-156.
[2]張鑒.大連鋼廠、北京鋼鐵學院真空吹氬試驗小組(張鑒執(zhí)筆):單咀插入式真空吹氬試驗結果[J].大連特殊鋼,1978,(1):4-26.
[3]付幫豪.不銹鋼中夾雜物特征及其成因研究[D].北京:北京科技大學,2010.
[4]王鑫潮.20Cr13不銹鋼脫氧工藝及夾雜物研究[D].北京:北京科技大學,2013.
[5]徐迎鐵,陳兆平,李實.VOD冶煉超純鐵素體不銹鋼脫碳脫氮[北京科技大學學報,2014,36(S1):36-40.
作者簡介:張建,男,1983年9月,漢族,籍貫:河北唐山,本科學歷,助理工程師,研究方向:冶金、煉鋼生產,工作單位:河北東海特鋼集團有限公司。