不锈钢的几种冶炼方法介绍不锈钢是铬含量为10%~30%的合金钢,铬是主要的耐蚀成分。不锈钢具有漂亮的外观,闪闪发光,经久 耐用。通过改变铬的含量,并添加其他合金元素,诸如镍、钼、锰、铜、钛、铌等等,即可形成奥氏体、 铁素体、马氏体、双相和沉淀硬化不锈钢,并具有不同的显微组织、物理、化学和力学性能,以适应特殊 的应用要求。 上世纪50 年代,采用电炉“一步法”生产不锈钢,包括冶炼、脱氧、合金化、吹氧脱碳等。这种方法的 生产率不高。此后,又采用了BOF、电炉冶炼、钢包处理。 上世纪60 年代,通过提高温度和降低一氧化碳分压来提高铬的收得率,从而开发了精炼工艺,诸如 AOD(氩氧脱碳),采用电炉冶炼,提高了不锈钢生产的经济性。 当今,68.7%的不锈钢是采用AOD 转炉生产的,19.5%是通过BOF 转炉-VOD(真空吹氧脱碳)、6.8% 是通过VOD、5%是采用转炉生产的,即所谓“二步法”和“三步法”。 1.AOD 精炼法 AOD 是一种转炉,通过转炉侧面的风口喷吹氧气、氮气、氩气、空气和二氧化碳气,并从炉顶氧枪喷 吹氧气、氩气和氮气。这种方法可以利用大量的废钢和高碳铬铁。初始碳含量为3%,冶炼后可降至0.015%。 经电炉冶炼的钢水通过钢包送入AOD 炉,向熔池喷吹氧气和氩气,降低碳含量,增加铬的氧化。为了确 保快速脱碳,降低铬损,节省氩气,吹炼初期应采用低的氩氧比。随着碳含量的降低,提高氩氧比。添加 氧化物(如硅铁)、熔剂(如石灰和萤石),通过加强吹氩搅拌,将氧化铬转化为金属,以生产低硫不锈钢。如 生产AISI304,典型的消耗量是:氩气约12Nm3/t 钢,氮气约10Nm3/t 钢,氧气约>6Nm3/t 钢,石灰 约5kg/t 钢,晶石约3kg/t 钢,铝约2kg/t 钢,还原用硅约8kg/t 钢,脱碳金属料约135kg/t,从装料 到出钢的时间通常为60min 左右。采用AOD 法,铬的收得率约为96%,锰为88%,总的金属收得率为 95%。 2.KAWASAKI-BOP 和KAWASAKI-OBM-S KAWASAKI-BOP转炉类似于从炉顶氧枪吹氧的BOF 氧气转炉,有7 个可以吹氧的底部风口,用丙烷 气冷却风口(气体裂化)。通过转炉的风口还可喷吹石灰粉。 Kawasaki-OBM-S 转炉是由奥钢联开发的,是BOP 法的发展,风口安装于转炉的侧面或底部,还装 有顶部氧枪。顶部气体采用氧气、氮气和氩气,通过底部风口喷吹氧气、氮气、氩气和烃类气体。天然气 和丙烷用于风口保护和提高耐火材料的寿命。用这种转炉精炼AISI304,典型消耗量是:氧气29Nm3/t 钢,氮气约为13Nm3/t 钢,氩气约为16.5Nm3/t 钢,用于还原的硅约为11kg/t 钢,石灰约为50kg/ 钢,白云石20kg/t钢,萤石约为8kg/t 这种转炉法采用蒸汽作为稀释气体,而不是通常所用的氩气。此工艺是由瑞典的和法国的 CreusotLoire 共同开发的。这种转炉从底部吹氧气、蒸汽、氮气和氩气,同时,从炉顶吹氧气、氮气和氩 气。脱碳时,开始吹氧气-蒸汽混合气体。由于蒸汽和熔融金属的吸热反应而且铬损较AOD 法大得多, 因此,该工艺的效率较低。采用这种转炉,耗氩量降低,但耗硅量却很高,而且钢中氢含量增加。目前的 趋势是用更多的氩气来取代蒸汽,以提高这种转炉的效率。 用这种转炉生产AISI304,耗氧量约为2Nm3/t 钢,氮气约为13.5Nm3/t 钢,蒸气为10.4Nm3/t 氩气为7Nm3/t钢,还原用硅约为15.5kg/t 钢,氢含量为5.910-6。 4.金属精炼法(MRP) 这种转炉是由曼内斯曼德马克开发的,该工艺包括含铬、镍熔融金属的装料,采用氧和惰性气体脱碳。 通过转炉底部的风口交替地吹气,氧气未经惰性气体稀释,只是吹氧后再吹惰性气体,降低一氧化碳分压, 加快脱碳率,提高铬的收得率,降低耗硅量和渣中的氧化铬。MRP-L 转炉是一种改进型,氧气从炉顶吹 入,惰性气体从转炉底部的多孔塞吹入并可取代底部风口。该工艺可采用比AOD 法更高的喷吹率,而且 风口侵蚀最少。在转炉中的熔融金属的中间碳达到一定水平后,转入脱碳。 5.克虏伯复合吹炼法(KCB-S) 该工艺由克虏伯开发,是BOF 转炉的改进型,通过氧枪和转炉侧壁的风口进行复合吹炼,同时,导入 工艺气体以提高脱碳率。与AOD 法相比,冶炼305 钢的冶炼时间缩短。吹炼开始时,同时从炉顶氧枪和 侧壁风口吹纯氧,吹氧达到一定温度后,加入铁合金和废钢。碳含量达到临界值后降低工艺气体的氧含量, 加入惰性气体,如氮气或氩气,比例为41,21,11,12 和14,逐渐降低碳含量。碳含量达到 0.15%时,中断氧枪,只从风口导入工艺气体。达到目标碳含量时,加硅以降低渣中的氧化铬,加石灰 和熔剂,降低溶解氧含量,优化脱硫。 6.氩气二次精炼法(ASM) 该工艺由德国MANGHH 开发,风口位于转炉的底部,吹氧气、氮气和氩气。这种转炉是在配有炉顶氧 枪的ASM-L 转炉的基础上稍加改进而成。 7.住友顶底复吹法(STB) 该工艺是被住友金属工业公司概念化的工艺。该工艺克服了单从顶部或单从底部吹气的困难,将二者结 合起来,有助于降低风口的侵蚀,通过炉顶氧枪加大富氧气体的吹量,提高了脱碳率,缩短了脱碳时间。 该工艺为AlleghenyLedlum公司所采用,类似于BOF转炉,底部装有风口,吹入惰性气体,为氩气或 氮气。吹炼初始,先从炉顶吹入混合气体,作为中间转炉,加铬以后再转入另一座转炉。该工艺主要用于 生产铁素体不锈钢。 9.RUHRSTAHL-HEREUSOB 该工艺由新日本钢铁公司开发,高炉铁水直接送入BOF炉,进行铬合金化和吹炼,在不锈钢二次精炼 炉RH-OB 中进行最终脱碳,直至碳含量降至0.5%~0.6%。 10.AOD/VCR 大同钢公司和新日本钢铁公司进行试验,应用转炉上方真空的概念,缩短脱碳时间,减少铬的氧化,并将氩气消耗量降至最低。在AOD 炉中将碳含量降至0.085%~0.10%,取样、用真空盖定位,进行脱 碳,加硅,还原氧化铬。该工艺降低了氩气和硅的消耗量,在送进AOD 炉前,在钢包内先行脱硫。该工 艺的问题是耐火材料消耗量较高,不能熔炼废钢,维护成本较高。 11.真空吹氧脱碳法(VOD) 该工艺是生产不锈钢最合适的真空法之一,被认为是生产低碳、低氮、低氩不锈钢的最有效方法。钢包 中的钢水经过处理,碳含量降至1%左右。该工艺从真空度为100~250torr(1torr=133.322Pa)的炉顶氧枪 吹氧,硅首先被氧化,接着是碳被氧化。在熔池达到一定温度和硅含量时,一氧化碳开始生成,脱碳开始。 监测COCO2 值,熔池碳含量达到0.08%时,该比值快速升高。此后,脱碳率下降,与氧气流速无关。 停止吹氧,转炉压力降低,吹氩搅拌,以加强溶解氧和残余碳的反应。加铝、还原硅,同时,加石灰和萤 石以更有效地脱硫。 12.精炼法的选择 精炼法的选择取决于投资费用、运行成本、原料、物流、下游设备的利用以及所生产不锈钢的种类。 在此基础上,精炼法可分为二步法或三步法。废钢成本高,则利用高碳铬铁,提高脱碳率;碳钢废钢用作 冷却剂。铁合金或不锈钢废钢太贵的地方可代之以铬矿石。氩气成本高,可采用真空法,并安装钢包炉。