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不锈钢冶炼工艺技术
1、前言
不锈钢有许多优良的性能,外观精美,使用寿命长,可以100%回收利用,因此得以广泛应用。
不锈钢冶炼工艺技术的进步,特别是20世纪60年代以后,炉外精炼和连续铸锭技术的使用,进一步促进了不锈钢的快速发展,改善了不锈钢的质量,提高了成材率,降低了生产成本。
中国从20世纪50年代初开始生产不锈钢,当时用3t电弧炉冶炼,没有炉外精炼设备和连铸,年产量仅为几百吨到几千吨,质量、品种和成本均不能满足要求。20世纪80年以来,太原钢铁公司和钢铁研究总院等单位率先在中国开发AOD炉外精炼工艺技术。随后,各特殊钢厂先后占安装了18 - 40t AOD和15 -60tVOD炉外精炼装置,精炼比也得以显著提高。1985年以前,中国不锈钢的铸锭一直采用落后的模铸。太钢1280立式连铸机于1985年投产后,上钢三厂、重庆特钢和上钢五厂相继有板坯、方坯连铸机投生产。1989年,成都无缝钢管厂不锈钢管坯水平连铸机的投产,结束了我国不锈钢铸锭完全采用模铸的历史。但由于种种原因,中国不锈钢年产量一直在30万t左右徘徊,不锈钢冶炼工艺技术的进展缓慢,严重制约了中国不锈钢的发展。2000年以来,国家对钢铁行业结构进行了调整,采取一系列鼓励不锈钢行业发展的政策措施,使中国不锈钢炼钢生产实现跨越式发展,从1999年的35万t增长到2003年的177. 8万t,年均增长率约50%,成为世界名名列第4位的不锈钢炼钢生产大国。图I为中国不锈钢炼钢生产的发展。
太原钢铁(集团)有限公司是目前中国最大的不锈钢炼钢生产企业,近几年来,经过不断地技术改造,特别是实施50万t不锈钢改造项目后,不锈钢和钢材产量迅速增长,从2000年的24. 3万t和22. 1万t增长到2003年的66. 37万t和58. 38万t(图2)。目前,50万t改造项目已全面完工,2004年的不锈钢和钢材产量目标分别为90万t和81万t,按实际生产量,太钢已跨人世界十大不锈钢炼钢生产企业之列。宝钢集团上钢一厂72万t不锈钢板卷项目和上钢五厂35万t不锈钢和特殊钢长材项目已投产。这进一步加快了中国不锈钢生产的发展。
中国不锈钢炼钢生产的迅猛发展除得益于国家的大力支持,行业结构调整之外,各生产企业,特别是国有企业的冶炼工艺装备和生产操作技术也有了很大的进步,这为今后的发展奠定了良好的基础。
2、 AOD炉装备和工艺的发展
AOD炉是精炼不锈钢的主要设备,目前世界上约有1-175tAOD炉155台,其中1/2在不锈钢厂,其余在铸造厂。AOD精炼的不锈钢产量约占世界不锈钢80%以上。
中国第一台18t AOD炉自1983年9月投产以来,目前约有1-40t AOD炉20多座,其中18t以上AOD炉共8台(包括太钢3x 40t、大连1 x 40t、浦东1 x 30t、上钢五厂1x18t、长城118t和宜达lx18t等)。2004年,上钢五厂60tAOD炉和上钢一厂120t AOD炉的投产使中有了明显的提高。
太钢是中国最早采用AOD炉生产不锈钢的企业,目前AOD炉已累计生产不锈钢200多万t,积累了许多经验。为了进一步扩大生产能力,太钢对18tAOD炉实施两次技术改造。经过第一次改造,AOD炉容由18t扩至40t,生产能力由16万t提高到40万t。2004年实施第二次改造,炉容进一步扩大至45t,增设顶吹氧枪,缩短了冶炼时间;引进奥钢联专家自动化控制系统,提高了冶炼控制精度;降低氨气消耗,加大了除尘风机的除尘能力,改善了环境质量。经过两次改造,太钢AOD炉装备水平达到,AOD炉两次改造后的技术参数见表to此外,太钢还计划实施日元贷款环保项目,6座18t化钢电炉将被改造成一座90t超高功率化钢电炉,这不但消除了化钢速度慢的生产瓶颈,也使生产能力进一步提高到50万t,大大改善了环境质量,实现了真正的清洁生产。
近年来,中国AOD生产的操作技术取得了明显的成绩,主要进展如下:
(1)炉衬寿命的提高
AOD炉的炉衬寿命是AOD生产的主要技术经济指标,经过多年来的技术攻关,特别是在改进操作工艺(例如,降低电炉出钢时的硅含量,改进AOD造渣制度,,,AOD炉衬寿命普遍有了提高。表2为太钢AOD炉炉衬寿命提高的情况,平均达110次,最高130次,其中使用太钢自产耐火材料的平均寿命达92次。
(2)脱硫工艺的改进
中国AOD炉大多采用单渣法吹炼工艺。为降低钢中S含量,采用快速脱S工艺,,钢包添加SiCa,利用出钢时强烈搅拌作用脱硫,使钢中残留适量钙。改进AOD工艺后,