工厂材料知识及生产工艺.doc

H:精品资料建筑精品网原稿ok（删除公文）建筑精品网5未上传百度第一章 不锈钢基础知识不锈钢是建筑、 家电、 石油、 化工、 化肥、 合成纤维和石油提炼等工业部门中广泛使用的金属材料。一般所说的不锈钢是不锈钢与耐酸钢的总称。不锈钢不一定耐酸, 但耐酸钢同时又是不锈钢。当钢中铬含量在10.5%以上时, 钢的表面在大气中会形成一层致密的氧化铬, 使钢具有了防锈性, 能防止钢的基体进一步氧化, 起到了对钢基体的保护作用。铬含量大于10.5%以上的钢称为不锈钢。在同一介质中,不同种类的不锈钢腐蚀速度大不相同, 而同一种不锈钢在不同的介质中腐蚀行为也大不一样。因此掌握各类不锈钢的特点, 对于正确选择和使用不锈钢是很重要的。不锈钢不但要耐蚀, 还要具有较好的力学性能、 良好的切削加工性能和焊接性能。到当前为止, 不锈钢已发展到了近200个钢种, 性能不同, 生产工艺各异。不锈钢良好的耐蚀性, 较低的维护成本, 优良的外观, 使其在化工、 食品、 石油、 建筑、 电器工程、 装饰、 核工业等领域广泛得到应用。当前全世界年产不锈钢在2400万t左右。每年不锈钢的需求量还以6%的比率增长, 而中国需求量在以每年8%以上的速度增长, 高于世界平均增长率。1.1金属腐蚀机理1.1.1腐蚀过程在外界介质的作用下使金属逐渐受到破坏的现象称为腐蚀。腐蚀基本上有两种形式: 化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀在腐蚀过程中形成某种腐蚀产物。这种腐蚀产物一般都覆盖在金属表面上形成一层膜, 使金属与介质隔离开来。如果这层化学生成物是稳定、 致密、 完整并同金属表层牢固结合的, 则将大大减轻甚至能够防止腐蚀的进一步发展, 对金属起保护作用。形成保护膜的过程称为钝化。可见, 氧化膜的产生及氧化膜的结构和性质是化学腐蚀的重要特征。因此, 提高金属耐化学腐蚀的能力, 主要是经过合金化或其它方法, 在金属表面形成一层稳定的、 完整致密的并与基体结合牢固的氧化膜。1.1.2腐蚀类型金属材料在工业生产中的腐蚀失效形式是多种多样的。不同材料在不同负荷及不同介质环境的作用下, 其腐蚀形式主要有以下几类: 一般腐蚀: 金属裸露表面发生大面积的较为均匀的腐蚀, 虽降低构件受力有效面积及其使用寿命, 但比局部腐蚀的危害性小。晶间腐蚀: 指沿晶界进行的腐蚀, 使晶粒的连接遭到破坏。这种腐蚀的危害性最大, 它能够使合金变脆或丧失强度, 敲击时失去金属声响, 易造成突然事故。晶间腐蚀为奥氏体不锈钢的主要腐蚀形式。应力腐蚀: 金属在腐蚀介质及拉应力( 外加应力或内应力) 的共同作用下产生破裂现象。断裂方式主要是沿晶的、 也有穿晶的, 这是一种危险的低应力脆性断裂, 在氯化和碱性氧化物或其它水溶性介质中常发生应力腐蚀, 在许多设备的事故中占相当大的比例。点腐蚀: 点腐蚀是发生在金属表面局部区域的一种腐蚀破坏形式, 点腐蚀形成后能迅速地向深处发展, 最后穿透金属。点腐蚀危害性很大, 特别是对各种容器是极为不利的。出现点腐蚀后应及时磨光或涂漆, 以避免腐蚀加深。腐蚀疲劳: 金属在腐蚀介质及交变应力作用下发生的破坏, 其特点是产生腐蚀坑和大量裂纹。显著降低钢的疲劳强度, 导致过早断裂。腐蚀疲劳不同于机械疲劳, 它没有一定的疲劳极限, 随着循环次数的增加, 疲劳强度一直是下降的。除了上述各种腐蚀形式以外, 还有由于宏观电池作用而产生的腐蚀。从上述腐蚀机理可见, 防止腐蚀的着眼点应放在: 尽可能减少原电池数量, 使钢的表面形成一层稳定的、 完整的、 与钢的基体结合牢固的钝化膜; 在形成原电池的情况下, 尽可能减少两极间的电极电位差。1.1.3不锈钢的合金化原理提高钢耐蚀性的方法很多, 如表面镀一层耐蚀金属、 涂敷非金属层、 电化学保护和改变腐蚀环境介质等。可是利用合金化方法 , 提高材料本身的耐蚀性是最有效防止腐蚀破坏的措施之一, 其方法如下; ( 1) 加入合金元素, 提高钢基体的电极电位, 从而提高钢的抗电化学腐蚀能力。一般往钢中加入Cr、 Ni、 Si等元素均能提高其电极电位。由于Ni资源较缺, Si的大量加入会使钢变脆, 因此, 只有Cr才是显著提高钢基体电极电位常见的元素。( 2) 加入合金元素使钢的表面形成一层稳定的、 完整的与钢的基体结合牢固的钝化膜。从而提高钢的耐化学腐蚀能力。如在钢中加入 Cr、 Si、 Al等合金元素 , 使钢的表层形成致密的Cr2O3、 SiO2、 Al2O3等氧化膜 , 就可提高钢的耐蚀性。( 3) 加入合金元素使钢在常温时能以单相状态存在, 减少微电池数目从而提高钢的耐蚀性。如加入足够数量的Cr或CrNi, 使钢在室温下获得单相铁素体或单相奥氏体。( 4) 加入Mo、 Cu等元素, 提高钢抗非氧化性酸腐蚀的能力。( 5) 加入Ti、 Nb等元素, 消除Cr的晶间偏析, 从而减轻了晶间腐蚀倾向。( 6) 加入Mn、 N等元素, 代替部分Ni获得单相奥氏体组织, 同时能大大提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。1.2 不锈钢的种类和特点不锈钢有两种分类法: 一种是按合金元素的特点, 划分为铬不锈钢和铬镍不锈钢; 另一种是按在正火状态下钢的组织状态, 划分为马氏体( M) 不锈钢、 铁素体( F) 不锈钢、 奥氏体( A) 不锈钢和双相( 奥氏体A -铁素体F) 不锈钢。1.2.1马氏体不锈钢及其特点经热处理后能够硬化, 有磁性。在温和的环境下抗腐蚀。具有相当好的弹性。410钢是马氏体不锈钢的常见钢种。马氏体不锈钢含有多于10.5%的铬, 在高温下具有奥氏体组织, 在合适的冷却速度下, 冷却到室温能够转变成马氏体。马氏体不锈钢钢种演变见图1。典型的马氏体不锈钢钢号有410、 420( 1Cr134Cr13) 和440( 9Cr18) 等410钢加工工艺性能良好。可不经预热进行深冲、 弯曲、 卷边及焊接。420冷变形前不要求预热, 但焊接前需预热, 410、 420J1主要用来制作耐蚀结构件如汽轮机叶片等, 而420J2主要用来制作医疗器械外科手术刀及耐磨零件; 440可做耐蚀轴承及刀具。马氏体不锈钢化学成分见表1-1。表1-1 马氏体不锈钢的化学成分/%钢种CrCMnSiPS其 它403410414416416Se420420F422431440A440B440F11.51311.513.511.513.512141214121412141113151716181618170.150.150.150.150.150.15最小0.380.200.250.200.600.750.750.951.01.01.01.01.251.251.01.251.01.01.01.00.40.51.01.01.01.01.01.00.751.01.01.00.40.0400.0400.0400.0600.0600.0400.0600.0250.0400.0400.0400.040.0300.0300.0300.15最小0.0600.030 0.15选择0.0250.0300.0300.030S0.08或Se0.18Ni1.25-2.50Mo0.60选择Se 0.15最小Mo 0.60选择Ni0.51.0,Ni1.252.50Mo0.75Mo0.751.2.2铁素体不锈钢及其特点铁素体不锈钢的含Cr量一般为10.530, 碳含量低于0.25%( 见表2) 。有时还加入其它合金元素。金相组织主要是铁素体, 加热及冷却过程中没有转变, 不能用热处理进行强化, 只是经冷加工后有一些硬化。抗氧化性强, 加入合金元素可在有机酸及 含Cl-的介质中有较强的抗蚀。同时, 它还具有良好的热加工性及一定的冷加工性。铁素体不锈钢主要用来制作要求有较高的耐蚀性而强度要求较低的构件, 广泛用于制造生产硝酸、 氮肥等设备和化工使用的管道等。430钢是铁素体不锈钢的代表性钢种。典型的铁素体不锈钢有Crl7型、 Cr25型和Cr28型。 铁素体不锈钢的钢种演变见图1-2。铁素体不锈钢的化学成分见表1-2。表1-2 铁素体不锈钢的化学成分/%钢种CMnPSSiCr其它409405429430430F430FSe4344364424460.080.080.120.120.120.120.120.120.200.201.001.001.001.001.251.251.001.001.001.500.0450.0400.0400.0400.0600.0600.0400.0400.0400.0400.0450.0300.0300.0300.150.0600.0300.0300.0300.0301.001.001.001.001.001.001.001.001.001.0010.5/11.7511.5/14.514.0/16.016.0/18.016.0/18.016.0/18.016.0/18.016.0/18.018.0/23.023.0/27.0Ti6*C/0.75Al0.10/0.30Mo0.6Se0.15最小Mo0.75/1.25Mo0.75/1.20.5*C/0.70Nb0.25N1.2.3奥氏体不锈钢及其特点奥氏体不锈钢是克服马氏体不锈钢耐蚀性不足和铁素体不锈钢脆性过大而发展起来的( 见表1-3) 。基本成分为l8Cr、 8Ni简称188钢。其特点是含碳量低于0.1, 利用Cr、 Ni配合获得单相奥氏体组织。奥氏体不锈钢有很多共性。能够冷加工硬化, 但不能热处理硬化, 无磁性。虽然有些经冷加工后有轻微的磁性, 可是经退火后磁性消失。有很好的耐蚀性, 极好的成形性, 而且经过冷加工后能增加强度。表1-3 奥氏体不锈钢的化学成分/%钢种CrNiCMnSiPS其 它301304304L309S310S316L32116-1818-2018-2022-2424-2616-1817-196-88-10.58-1212-1519-2210-149-120.150.080.030.080.080.030.082.02.02.02.02.02.02.01.01.01.01.01.51.01.00.0450.0450.0450.0450.0450.0450.0450.0300.0300.0300.0300.0300.030.03Mo2.0-3.0Ti 5*C奥氏体不锈钢一般用于制造生产硝酸、 硫酸等化工设备构件、 冷冻工业低温设备构件及经形变强化后可用作不锈钢弹簧和钟表发条等。1.3不锈钢在各领域的应用1.3.1不锈钢主要用于厨房、 家电、 运输、 建筑、 土木各领域在厨房器具方面主要有水洗槽和电气、 煤气热水器, 家电产品主要有全自动洗衣机的滚筒。从节能和再循环等环保的观点看, 不锈钢的需求有望进一步扩大。在运输领域主要有铁道车辆和汽车的排气系统, 这是不锈钢最大的应用领域。从上世纪80年代以后, 铁路运输车辆和客车车辆开始批量使用不锈钢制造, 提升了运输车辆和客车车辆的寿命周期, 降低了使用成本, 提高了运输效率。近年来随着城市轨道交通的发展, 从安全、 经济方面的考虑, 不锈钢车辆的使用在不断增加。在建筑领域, 最近的需求急剧增长, 如: 新加坡地铁车站的防护装置, 使用了不锈钢外装饰材。再如日本1980年以后, 用于建筑业的不锈钢增长了约4倍, 主要用作屋顶、 大楼内外装饰和结构材。在土木领域, 日本的水坝吸水塔使用不锈钢。欧美的寒冷地区, 为防止高速公路和桥梁的冻结需撒盐, 使用不锈钢钢筋。今后不锈钢在该领域的市场将有所作为。1.3.2今后扩大不锈钢应用的关键是环保、 长寿命和IT的普及关于环保方面, 首先从大气环保的观点看, 用于抑制二噁英发生的高温垃圾焚烧装置、 LNG发电装置和使用煤的高效发电装置的耐热、 耐高温腐蚀不锈钢的需求将扩大。还有估计在21世纪初将投入实际应用的燃料电池汽车的电池壳也将使用不锈钢。从水质环保的观点看, 在给水、 排水处理装置中, 具有优异耐蚀性的不锈钢也将扩大需求。关于长寿命, 在欧洲已有的桥梁、 高速公路、 隧道等设施中, 不锈钢的应用在增加, 预计这种潮流将遍及全世界。还有日本一般住宅建筑的寿命特别短为2030年, 废材处理成为一大问题。最近以寿命达到1 为目标的建筑物开始出现, 这样具有优异耐久性的材料需求将增长。随着IT的迅速发展, 在IT的发展和普及过程中, 功能材料在设备硬件方面起很大的作用, 对高精密度、 高功能材料的要求非常大。如: 在手机和微机部件中, 灵活应用了不锈钢的高强度、 弹性和非磁性等特性, 使得不锈钢的应用扩大。还有在半导体和各种基板的制造设备中, 具有良好清洁度和耐久性的不锈钢发挥了重要作用。不锈钢具有多种其它金属没有的优异性能, 是一种具有优异耐久性和再循环性的材料, 今后对应时代的变化, 不锈钢将广泛应用于各种领域。第二章 不锈钢金相组织及热处理2.1 奥氏体形成元素和铁素体形成元素不锈钢的组成元素按照其对组织的形成影响,分成铁素体形成元素和奥氏体形成元素。铁素体形成元素在相图中有扩大铁素体区的作用, 如铬、 钼、 硅、 钛、 铌等; 奥氏体形成元素有扩大奥氏体区的作用,如碳、 镍、 锰、 钴、 氮、 铜等。在不锈钢的热加工和使用性能方面能够经过控制铁素体形成元素或奥氏体形成元素的含量,达到改进热加工性能和使用性能的目的。2.2奥氏体不锈钢腐蚀机理2.2.1奥氏体不锈钢的晶间腐蚀。奥氏体不锈钢在450850保温或缓慢冷却时, 会出现晶间腐蚀。含碳量越高, 晶间蚀倾向性越大。另外, 在焊接件的热影响区也会出现晶间腐蚀。这是由于在晶界上析出富Cr的Cr23C6。使其周围基体产生贫铬区, 从而形成腐蚀原电池而造成的。这种晶间腐蚀现象在前面提到的铁素体不锈钢中也是存在的。工程上常采用以下几种方法防止晶间腐蚀: ( 1) 降低钢中的碳含量, 从根本上解决铬的碳化物( Cr23C6) 在晶界上析出的问题。一般钢中含碳量降至0.03以下即可满足抗晶间腐蚀性能的要求。( 2) 加入Ti、 Nb, 形成稳定的碳化物( TiC或NbC) , 避免在晶界上析出Cr23C6。( 3) 经过调整钢中奥氏体形成元素与铁素体形成元素的比例, 使其具有奥氏体+铁素体双相组织, 其中铁素体占512。这种双相组织不易产生晶间腐蚀。( 4) 采用适当热处理工艺, 能够防止晶间腐蚀, 获得最佳的耐蚀性。2.2.2奥氏体不锈钢的应力腐蚀应力( 主要是拉应力) 与腐蚀的综合作用所引起的开裂称为应力腐蚀开裂, 简称SCC( Stress Crack Corrosion) 。奥氏体不锈钢容易在含氯离子的腐蚀介质中产生应力腐蚀。当含Ni量达到810时, 奥氏体不锈钢应力腐蚀倾向性最大, 继续增加Ni含量至4550, 应力腐蚀倾向逐渐减小, 直至消失。防止奥氏体不锈钢应力腐蚀的最主要途径是加入24 Si并从冶炼上将N含量控制在0.04以下。另外还应尽量减少P、 Sb、 Bi、 As等杂质的含量。另外可选用A-F双相钢, 它在Cl-和OH-介质中对应力腐蚀不敏感。2.3奥氏体不锈钢的形变强化单相的奥氏体不锈钢具有良好的冷变形性能, 能够冷拔成很细的钢丝, 冷轧成很薄的钢带或钢管。经过大量变形后, 钢的强度大大提高, 特别是在零下温度区间轧制时效果更为显著。抗拉强度可达 MPa以上。奥氏体不锈钢经形变强化后可用来制造不锈弹簧、 钟表发条、 航空结构中的钢丝绳等。2.4 奥氏体不锈钢的热处理奥氏体不锈钢常见的热处理工艺有: 固溶处理、 稳定化处理和去应力处理等。( 1) 固溶处理。将钢加热到10501150后水淬, 主要目的是使碳化物溶于奥氏体中, 并将此状态保留到室温, 这样钢的耐蚀性会有很大改进。( 2) 稳定化处理。一般是在固溶处理后进行, 常见于含Ti、 Nb的18-8钢, 固溶处理后, 将钢加热到850880保温后空冷, 此时Cr的碳化物完全溶解, 而钛的碳化物不完全溶解, 且在冷却过程中充分析出, 使碳不可能再形成碳化物, 因而有效地消除了晶间腐蚀。( 3) 去应力处理。去应力处理是消除钢在冷加工或焊接后的残余应力的热处理工艺, 一般加热到300350回火。对于不含稳定化元素Ti、 Nb的钢, 加热温度不超过450, 以免析出铬的碳化物而引起晶间腐蚀。对于超低碳和含Ti、 Nb不锈钢的冷加工件和焊接件, 需在500950加热, 然后缓冷, 消除应力( 消除焊接应力取上限温度) , 能够减轻晶间腐蚀倾向并提高钢的应力腐蚀抗力。2.5奥氏体-铁素体双相不锈钢在奥氏体不锈钢的基础上, 适当增加Cr含量并减少Ni含量, 并与固溶化处理相配合, 可获得具有奥氏体和铁素体的双相组织( 含40%60-铁素体) 的不锈钢, 典型钢号有0Cr21Ni5Ti、 1Cr21Ni5Ti、 0Cr21Ni6Mo2Ti等。双相不锈钢与奥氏体不锈钢相比有较好的焊接性, 焊后不需热处理, 而且其晶间腐蚀、 应力腐蚀倾向性也较小。但由于含Cr量高, 易形成相, 使用时应加以注意。( 不锈钢炼钢工艺与设备篇) 第三章不锈钢分公司炼钢厂概况3.1 概述不锈钢分公司炼钢厂包括不锈钢炼钢和碳钢炼钢两个相对独立的炼钢系统。不锈钢生产设备主要有100吨交流电弧炉2座、 120吨AOD氩氧脱碳炉2座, 120吨VOD真空脱碳精炼装置1座, 120吨LF炉1座, 一机一流不锈钢板坯连铸机两台。具备年产不锈钢钢水150万t, 不锈钢板坯144万t的能力。与大多数主要采用不锈钢废钢为炉料的生产工艺相比, 不锈钢分公司采用脱磷铁水作为不锈钢冶炼炉料, 可降低钢中的有害元素及杂质, 提高不锈钢钢水的质量; 铁水热装电炉能较大地节约能源, 缩短冶炼周期。为了有效地去除原料中的有害元素磷, 设置双工位铁水脱磷站一套, 以满足不锈钢冶炼对低磷原料的要求。除高炉铁水外, 不锈钢生产炉料还有不锈钢废钢、 固态铬铁、 镍铁、 金属镍等, 为了适应不锈钢原料的多样性, 采用两座公称容量为100t的交流电弧炉作为不锈钢初炼炉。采用公称容量为120 t氩氧脱碳炉两座, 具有二步法直接生产不锈钢成品的能力。采用120t双工位强搅拌VOD( SSVOD) 一套, 二步法工艺时, VOD装置作为钢水罐精炼站( LTS) , 用于调整钢水成分和温度。为了协调炼钢生产和连铸机生产节奏, 配置一座120tLF炉。生产的不锈钢钢水全部经不锈钢板坯连铸机浇铸, 连铸比为100。3.2不锈钢炼钢工艺流程不锈钢生产工艺采用独特的高炉脱磷铁水直接热装进电炉氩氧脱碳炉真空脱碳精炼装置( VOD) 精炼的三步法不锈钢生产工艺, 也可采用电炉氩氧脱碳炉的二步法不锈钢生产工艺。3.2.1三步法流程脱磷铁水液态铬铁电炉氩氧脱碳炉VOD连铸高炉铁水由260t鱼雷罐车运至铁水倒罐站, 倒入铁水罐中, 铁水罐车开至氩氧脱碳炉加料跨, 由280/80t起重机吊至铁水脱磷站的受罐工位, 该站的铁水罐车开至位于电炉跨的铁水罐喷吹脱磷工位, 进行脱磷处理, 经扒渣后, 铁水罐车开至电炉跨的吊罐工位待用。在电炉废钢配料跨, 将废钢和部分合金配至废钢料篮中, 料篮位于带称量的料篮车上, 料篮车开至电炉跨, 由210/70/10t起重机吊起加入电炉炉内, 盖上炉盖通电熔化。随后再由210/70/10t起重机吊起盛有脱磷铁水的铁水罐, 并加入电炉内。电炉完成炉料熔化升温后, 经过炉门喷粉枪向渣中喷入适量的硅铁粉, 还原渣中的氧化铬。随后将电炉母液与炉渣一起出至母液罐内, 渣钢混出使炉渣中的氧化铬充分还原。电炉母液由钢水罐车运至加料跨, 由280/80t起重机运至氩氧脱碳炉与电炉之间的扒渣站, 经扒渣后, 测温取样, 随后由280/80t起重机兑入氩氧脱碳炉内。氩氧脱碳炉按进VOD的碳含量对电炉母液进行脱碳保铬吹炼, 由于后工序是VOD, 氩氧脱碳炉可用氮气作为稀释气体, 当碳脱至目标值后, 进行还原期操作, 加入硅铁还原渣中的氧化铬, 随后将初炼钢水与炉渣一起出至炉下的钢水罐内, 钢渣混冲充分还原, 再由钢水罐车运至精炼跨。在精炼跨的280/80t起重机将氩氧脱碳炉初炼钢水运至位于该跨的扒渣站, 扒渣后, 再由该起重机运至位于该跨的双工位VOD其中的一个真空罐内, 盖上真空盖, 抽真空到一定真空度后, 吹氧脱碳; 当碳含量达到较低水平后, 停吹氧, 进一步降低真空度, 进行自然脱碳; 随后加入硅铁, 在真空下, 进行渣还原、 脱氧和脱气; 随后破坏真空, 盖上常压罐盖, 对钢水进行最终成分和温度调整; 此时真空盖移到另一真空罐处, 接着对另一罐钢水进行真空吹氧脱碳精炼。当钢水在VOD完成精炼后, 由280/80 t起重机吊运至过跨钢水罐车上, 开至钢水接受跨, 由280/80 t起重机吊运至不锈钢板坯连铸机回转台上, 进行浇铸。3.2.2二步法工艺流程脱磷铁水液态铬铁电炉氩氧脱碳炉连铸电炉工艺同上述三步法电炉工艺。氩氧脱碳炉将电炉母液脱碳至钢水成品所需的最终碳含量, 加硅铁还原后, 钢水和炉渣一起出至钢水罐内, 钢渣混冲充分还原, 再由钢水罐车运至精炼跨, 经扒渣后, 由精炼跨的280/80 t起重机运至VOD真空罐内, 盖上常压盖, 进行钢水成分和温度调整, 之后由280/80 t起重机吊运至过跨钢水罐车上, 开至钢水接受跨, 由280/80 t起重机吊运至不锈钢板坯连铸机回转台, 进行浇铸。采用二步法工艺时, VOD装置用作常压下钢水罐处理站( LTS) 。3.2.3不经电炉流程脱磷铁水液态铬铁氩氧脱碳炉VOD连铸采用本工艺是主体工艺的备用工艺, 如电炉维修时间过长, 可根据具体情况, 采用这一工艺流程。电炉维修时, 将脱磷铁水和液态铬铁直接兑入氩氧脱碳炉, 吹氧脱碳至进VOD的碳含量后, 加入硅铁还原渣中的氧化铬, 随后将初炼钢水与炉渣一起出至炉下的钢水罐内, 钢渣混冲充分还原, 再运至精炼跨, 经扒渣后进VOD真空罐内进行真空精炼。VOD工艺与三步法相同, 当钢水在VOD完成精炼后, 由280/80 t起重机运吊至过跨钢水罐车上, 开至钢水接受跨, 由280/80 t起重机运至不锈钢板坯连铸机回转台, 进行浇铸。由于不锈钢生产线设置了电炉、 氩氧脱碳炉和VOD、 LF炉, 生产组织非常灵活, 可根据原料条件和生产钢种选择不同的工艺路线。3.3不锈钢炼钢工艺特点a) 由于不锈钢冶炼生产线设置了铁水脱磷站、 电炉、 氩氧脱碳炉和双工位VOD, 对炉料的适应范围广; b) 工艺流程组织灵活, 既可采用三步法冶炼不锈钢, 也可采用二步法工艺或不经电炉工艺冶炼不锈钢; c)本工艺由于采用了脱磷铁水, 能够很好地控制不锈钢钢水中磷含量, 不必寻求昂贵的低磷炉料, 有较高的经济效益; d) SSVOD的使用, 能够生产超低碳和超低氮不锈钢, 钢水纯净度高, 内在质量好, 有利于开发高质量的不锈钢新品种; e)在炉料起始碳含量较高的情况下, 采用三步法工艺, 由氩氧脱碳炉和VOD共同完成脱碳任务, 缩短冶炼周期, 有利于与连铸匹配, 提高连浇炉数。第四章 不锈钢冶炼主要生产系统不锈钢冶炼生产系统包括铁水预处理系统, 电炉系统, 氩氧脱碳炉系统和钢水精炼系统等子系统。4.1铁水预处理系统为不锈钢生产服务的铁水预处理包括铁水脱磷站和铁水倒罐站混冲脱硅设施。4.1.1脱硅高炉铁水在高炉出铁场进行脱硅处理后铁水Si 0.3%, 由260t鱼雷罐车经扒渣后运抵铁水倒罐站。由于铁水脱磷时对铁水的含硅量有一定的要求, 因此在铁水脱磷之前, 还要在铁水脱磷站对铁水进行补充脱硅处理。倒罐后, 铁水罐进入脱磷工位进行喷吹脱硅, 使铁水Si含量降至0.15%以下。4.1.2 脱磷脱硅铁水在脱磷站扒渣工位扒渣后, 进行铁水罐喷吹脱磷, 脱磷扒渣后铁水温度1265, P含量0.010%。脱硅脱磷总作业周期为75min左右, 为确保不锈钢生产节奏, 设置双喷吹、 双扒渣工位。铁水预处理采用温度计算模型和加料模型进行过程控制。4.1.3铁水脱磷主要设备: 喷吹罐 2个2.0m3、 3.5m3喷吹罐各1个喷枪及升降装置2套喷枪直径 300mm, 升降装置27.5kW氧枪及升降装置2套氧枪直径 165mm, 升降装置22.2kW扒渣机2台扒渣力约4 kN还有铁水罐运输倾翻台车、 测温取样装置、 渣罐运输台车、 铁水罐、 渣罐以及烘烤器等设备。4.2电炉系统电炉采用三相交流电弧炉, 公称容量为100 t, 电极直径600mm, 采用出钢咀出钢。最大出钢量118t, 冶炼周期为6065min。电炉以脱磷铁水、 不锈钢废钢、 高碳铬铁合金、 镍铁合金等为炉料, 熔炼出已基本上具有所炼钢种成分的不锈钢母液。母液在加料跨扒渣, 然后倒入氩氧脱碳炉进一步冶炼。4.2.1电炉炉料不锈钢冶炼中原料成本占比重很高, 尽量多使用不锈钢废钢( 特别是镍铬不锈钢) 是降低成本的有效途径, 采用电炉熔炼母液为大量使用不锈钢废钢创造了十分有利的条件。每炉不锈钢废钢用量约25, 当不锈钢社会蓄积量增加和市场不锈钢废钢价格下降时, 可增加不锈钢废钢用量比例以进一步降低生产成本。使用温度不小于1260的脱磷铁水, 根据钢种需要, 每炉脱磷铁水用量不等。4.2.2 电炉作业在电炉配料跨将不锈钢废钢配入料篮, 经过高位料仓将高碳铬铁、 镍铁及部份渣料加入料篮, 料篮送入电炉跨。电炉开盖后将料篮炉料加入, 脱磷铁水在通电后加入。配有炉门氧枪和喷粉枪, 喷粉枪能喷硅铁粉和碳粉。采用短出钢咀出钢, 渣钢混出以提高渣中铬的还原率。母液铁水罐进入加料跨扒渣站, 采用液压扒渣机扒渣后, 用起重机兑入氩氧脱碳炉。电炉采用死炉座作业, 电炉修炉时, 可采用脱磷铁水直接兑入不锈钢转炉生产430不锈钢。电炉采用原料计算模型, 钢水成分预测模型, 电极、 氧枪控制模型, 合金渣料加料模型, 脱硅脱氧计算模型等进行过程控制。4.2.3电炉主要设备: 100t三相交流电弧炉2座公称容量: 100t, 最大出钢量: 118t80MVA电炉变压器1座95MVA电炉变压器1套还有母液罐台车、 吹氧喷粉机械手、 副原料铁合金加料系统、 母液罐、 渣罐、 烘烤器等设备。4.3氩氧脱碳炉系统4.3.1氩氧脱碳炉工艺电炉母液出至炉下的钢水罐( 带嘴, 外形与铁水罐相似) 中, 由钢水罐车运至加料跨, 经扒渣后, 由起重机吊起兑入氩氧脱碳炉。为强化氩氧脱碳炉在高碳区的快速脱碳功能, 氩氧脱碳炉配备了顶吹氧枪。为适应氩氧脱碳炉二步法生产的需要, 炉底设置了侧吹风口, 同时配备了副枪和炉气分析仪参与氩氧脱碳炉的脱碳过程控制, 使氩氧脱碳炉的冶炼操作更为方便和准确。氩氧脱碳炉在钢液吹炼至低碳区后, 炉底侧部风口停止吹氧, 吹入氩气或氮气, 稀释一氧化碳分压, 保证含铬钢液脱碳保铬的热力学条件。( 1) 三步法工艺三步法工艺的主要功能为脱碳、 还原、 成分和温度调整。三步法工艺过程分为脱碳期和还原期。脱碳期, 采用氧枪和炉底侧部风口复吹供氧, 加快脱碳速率; 当碳含量达到临界点时, 逐步降低氧气流量, 增大氮气或氩气的流量, 氧气和氮气或氩气的比例从9:1降低至1:1, 以降低一氧化碳分压, 确保降碳保铬的热力学条件, 使钢液中铬的氧化降低到最低限度, 减少还原剂的消耗。如钢种对氮气含量有严格要求, 炉底侧部风口稀释气体应采用氩气, 如没有特别要求, 可采用氮气代替氩气在脱碳前期或全程作为稀释气体, 以降低氩气的消耗。当钢液中碳含量达到目标成分后, 氩氧脱碳炉进行还原期操作, 此时炉底侧部风口的氮气切换成氩气, 经过炉顶料仓加料系统加入还原剂硅铁, 还原炉渣中被氧化的铬和锰, 此时, 加大炉底风口氩气的吹入强度, 使熔池形成较好的动力学条件, 加速和充分还原, 同时能够达到良好的脱硫效果, 之后将钢水和炉渣一起出至炉下的钢水罐内, 经过渣钢混冲进一步还原渣中的氧化铬。( 2) 二步法工艺二步法的主要功能为脱碳、 还原、 脱硫、 成分和温度调整。其工艺过程分为脱碳期和还原期, 如钢中硫含量要求低于50100ppm, 在还原期后, 需要进行单独造渣脱硫工艺。脱碳期, 采用氧枪和炉底侧部风口复吹供氧, 加快脱碳速率, 与三步法不同的是由于后面不进行VOD真空处理, 因此除了对氮没有要求的钢种在脱碳前期可吹入部份氮气外, 炉底侧部风口主要吹氩。当碳含量达到临界点时, 逐步降低氧气流量, 增大氩气或氮气的流量, 氧气和氩气或氮气的比例从10:1降低至1:3, 在碳含量达到0.3以后, 顶枪停止供氧, 氧气和氩气均由炉底侧部风口吹入, 以降低一氧化碳分压, 确保降碳保铬的热力学条件, 使钢液中铬的氧化降低到最低限度, 减少还原剂的消耗。当钢液中碳含量达到目标成分后, 氩氧脱碳炉进行还原期操作, 经过炉顶料仓加料系统加入还原剂硅铁, 还原炉渣中被氧化的铬和锰, 此时, 加大炉底风口氩气的吹入强度, 使熔池形成较好的动力学条件, 加速和充分还原, 同时能够达到良好的脱硫效果, 之后将钢水和炉渣一起出至炉下的钢水罐内, 经过渣钢混冲进一步还原渣中的氧化铬。4.3.2 氩氧脱碳炉技术特点带顶吹氧枪, 适应高碳区域快速脱碳的要求; 带副枪和炉气分析系统, 有利于氩氧脱碳炉计算机模型控制; 采用了氩氧脱碳炉计算机模型控制, 提高命中率, 降低铬的氧化; 缩短冶炼时间, 避免了过程温度过高影响炉衬寿命, 工艺操作方便; 托圈和炉壳连接的特殊设计, 炉壳更换时间缩短。4.3.3 氩氧脱碳炉主要工艺参数氩氧脱碳炉主要工艺参数见表6.31。 表41 氩氧脱碳炉主要工艺参数序号项 目单 位数 据备注1炉型氩氧脱碳炉带顶枪2公称容量t1203最小出钢量t1004最大出钢量t1355新炉衬炉容积m3686炉壳直径mm50007炉壳总高mm73358炉口直径mm 9风口数量个710容积比m3/t0.5出钢量135t0.55出钢量120t11顶枪氧气流量Nm3/min1501.2-1.3MPa12风口氧气流量Nm3/min1002.2 MPa13风口氩气、 氮气流量Nm3/min1002.2 MPa14风口位置底侧15出钢出钢周期 min65三步法75二步法4.3.4 氩氧脱碳炉主要设备每座氩氧脱碳炉主要设备见表42炉体及倾动装置1套公称容量: 120t, 最大出钢量135t新炉体总重: 185 t, 倾动功率: 2315kW氧枪及升降装置1套氧枪直径 168.3mm, 升降装置: 22 kW副枪及升降装置1套副枪直径 140mm, 升降装置: 160 kW扒渣机2台扒渣力: 10 kN转炉炉体更换台车1台VVVF传动, 走行: 230 kW, 液压顶升还有副原料及铁合金加料系统、 转炉炉壳烘烤装置, 转炉炉壳在线烘烤装置以及钢水罐车、 钢水罐, 渣罐车、 渣罐, 测温取样装置, 钢水罐立式烘烤器等设备。4.4钢水精炼系统4.4.1 VOD系统VOD装置采用双工位形式, 设两个真空罐, 一套真空泵系统。( 1) VOD系统功能三步法时, 本装置的功能如下: 深脱碳还原脱硫去除夹杂物合金和温度调整二步法时, 冶炼在氩氧脱碳炉中已基本结束, 本装置仅用作钢水罐处理站( LTS) , 其功能如下: 去除夹杂物合金和温度调整( 2) VOD工艺三步法时, 氩氧脱碳炉出钢后扒渣, 由精炼跨起重机将钢水罐吊至真空罐内, 接上吹氩管, 盖上真空盖抽真空到5000Pa, 经过真空下钢液中自然碳氧反应, 在钢液中产生大量一氧化碳气泡, 并借助强吹氩搅拌, 将钢液中氮气脱去。然后进行真空吹氧脱碳精炼, 碳含量达到目标成分时, 进一步降低真空度, 进行真空碳脱氧。随后加入还原剂和渣料, 进行还原操作。再破真空进行常压下钢水调整, 使钢水成分和温度满足连铸的需要, 然后运至连铸钢水罐回转台浇铸。常压下钢水成分和温度调整是在盖上常压盖情况下进行的, 这样能够避免钢水吸氮, 便于添加合金和测温取样。二步法时, VOD装置作为钢水罐处理站( LTS) 。氩氧脱碳炉出钢后扒渣, 由精炼跨280/80 t起重机将钢水罐吊至真空罐内, 接上吹氩管, 盖上非真空盖在常压下进行钢水调整, 使钢水成分和温度满足连铸的需要, 然后运至连铸钢水罐回转台浇铸。( 3) VOD主要设备真空罐2个外径: 5800mm真空罐盖车1辆液压马达驱动还有真空状态下加料装置、 吹氧装置、 真空取样测温装置等设备。( 4) VOD技术特点双工位使VOD处理时间易与连铸连浇匹配; 带质谱仪炉气分析系统, 有利于计算机模型控制; 真空泵系统带有除尘器, 避免了铬对水的污染; 采用4级全蒸汽喷射泵, 在第1级冷凝器配置了2级喷射泵, 其中第2级泵带