一種新的轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼工藝

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一種新的轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼工藝
　　烏克蘭冶金工業(yè)基礎(chǔ)雄厚，年產(chǎn)鋼能力約5100萬噸，其中轉(zhuǎn)爐鋼2270萬噸。不銹鋼年生產(chǎn)能力約60萬噸，主要采用電爐一AOD爐兩步法生產(chǎn)工藝，近年來用新開發(fā)的GOR工藝取代AOD工藝取得了很好的效果。

. a. I! c' }( u/ F8 V& n9 O    　1998年7月就GOR工藝考察了烏克蘭冶金工廠，l0月烏克蘭國(guó)立治金學(xué)院的專家就此也來華進(jìn)行了技術(shù)交流。

    1．GOR工藝的開發(fā)和生產(chǎn)實(shí)績(jī)

    　GOR工藝在烏克蘭國(guó)立冶金學(xué)院冶金實(shí)驗(yàn)廠首先開發(fā)成功。該廠用1．5噸電爐熔化高碳鉻鐵和廢鋼生產(chǎn)不銹鋼母液，傾入1．0噸GOR轉(zhuǎn)爐精煉成不銹鋼鋼液，澆注成1．0噸鋼錠，再鍛造成不銹鋼管坯供應(yīng)市場(chǎng)，由于有效益，這套試驗(yàn)裝置一直在生產(chǎn)。

    　扎波羅熱鋼鐵廠是烏克蘭以不銹鋼帶材為主要產(chǎn)品的特鋼廠，裝備有電爐、AOD爐等冶煉設(shè)備。該廠出鋼量為60噸的GOR轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)不銹扁錠，在熱連軋機(jī)組上軋制成不銹熱帶卷。GOR爐的建設(shè)大幅度降低了該廠不銹鋼冶煉成本，在烏克蘭冶金工業(yè)很不景氣的狀況下，仍在正常生產(chǎn)，取得了好的經(jīng)濟(jì)效益。

    　此外，烏克蘭還有5噸、10噸GOR轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的實(shí)例。

( [& n' `+ H' _4 Z    　從現(xiàn)場(chǎng)初步考察和技術(shù)交流的情況看，這種技術(shù)是成熟可靠的。它具有很高的生產(chǎn)效益和較低的生產(chǎn)成本，而且除不銹鋼外，它還可以生產(chǎn)耐熱鋼、高合金鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼等其它鋼種和某些合金。
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# A( }' o9 `- p' G5 l$ P/ Z    　這種工藝使用一種特殊的頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼，它可以用于煉鋼廠，也可以用于鑄鋼廠生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼鑄件。對(duì)于現(xiàn)有中小轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼具有一定的參考價(jià)值。
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    　德聶伯爾特鋼廠采用GOR工藝已經(jīng)生產(chǎn)了碳含量o．02％？0．25％的5種89個(gè)鋼號(hào)的不銹鋼鋼種，例如：02Crl8Nil0、03Cr20Nil6NMn6、03Crl6Mn2Mo、04Cr25Ni5M02等。
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& i% e, y) o6 \  D    2．GOR工藝和操作實(shí)例

    2．1 GOR轉(zhuǎn)爐工藝的基本原理在于使用多種組分的混合氣體吹煉預(yù)先溶化好的鋼水
<P&NBSP;&NBSP;&NBSP;&NBSP;>2．2 GOR工藝對(duì)AOD對(duì)比

    ①在吹煉工藝上，GOR工藝采用天然氣(或其它碳?xì)浠衔?保護(hù)底吹噴咀向爐內(nèi)供應(yīng)氧氣、氬氣、氮?dú)猓鳤OD爐采用側(cè)吹噴咀，用惰性氣體保護(hù)噴咀。
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    ②AOD工藝全程供氨氣(前期氧、氬混吹)，而GOR工藝在吹煉后半期供氬氣，前半期只供氧氣和天然氣。GOR工藝供氣曲線。
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    ③GOR爐爐容比幾乎是AOD爐的一倍，采用可更換爐底。
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    ④表1為GOR與AOD的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
3 r  X8 H8 F6 c5 C! w+ _表1  GOR爐與AOD爐指標(biāo)對(duì)比
項(xiàng)   目        AOD        GOR
+ w0 X8 i- }  a% D, W  T爐容比/m3t-1        0.4~0.5        0.8~1.0
: H. s  W) t1 A% L9 A+ k氣體壓力/MPa                  
氬氣        1.2~1.7        0.5~1.0
& b+ n2 I" G3 v5 U# w7 M8 i天然氣        1.2~1.7        0.3~0.6
$ `. E/ z) Q0 {' N1 a吹煉時(shí)間/min        60~70        30~40
2 w1 m2 W7 @5 P# M! S冶煉周期/min        90~120        65~90
- X  k+ ^* ]6 n鉻鐵耗量/kgt-1                    
高碳鉻鐵        145        145
微碳鉻鐵        <10        <10
氬氣耗量/         [c]>0.06%        12~14        6~7.5
8 C$ r6 D& O0 S8 |1 c2 zm3t-1        [c]<0.03%        18~20        10~12
1 g: H$ w( E* y1 n9 ]    2．3GOR爐鉻的收得率為97％？99％，良好的熔池?cái)嚢璞ＷC了鋼液不會(huì)發(fā)生過氧化現(xiàn)象。
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8 f! U1 A9 k9 a  ]9 e0 x: k    2．4烏克蘭扎波羅熱廠60噸GOR爐的主要技術(shù)特性列于表2中。
3 r: G/ c8 ?$ s, ?  G7 f% ~表2   60噸GOR轉(zhuǎn)爐技術(shù)特性
指  標(biāo)  名  稱        數(shù)   量
額定容量/t         60
+ j4 p' v/ F4 j9 j 有效容積（新爐襯）m3         48
單位容積/m3t-1         0.8
! b( @( G- |/ n# p3 E9 L1 P. H* a( U 鋼水溶池深度/mm         980
# W$ f; ?5 A: e! }7 P7 ~6 Q$ A2 _; W 溶池表面積/m2         10.7
爐襯重量/t         200
  |5 X# k# I  A3 [( H7 [ 傾爐驅(qū)動(dòng)功率/kw         4×32-128
回轉(zhuǎn)速度/轉(zhuǎn)min-1        　   
額定速度         1.15
最小速度         0.1
噴咀數(shù)量/個(gè)         3
* l1 r$ M( p( d 通過噴咀各種氣體最大消耗量m3h-1        　   
氧氣         8000
天然氣         600
氮?dú)?nbsp;        4000
氬氣         4000
壓縮空氣         4000
噴咀前各種氣體最大壓力/MPa        　
+ ?( s# h0 u' g& k- r9 x$ o 氧氣         1.0~1.2
氮?dú)?nbsp;        1.0~1.2
1 a2 e. B: x# r7 a 氬氣         1.0~1.2
: _) P1 Q1 k: L5 l. u! Q 天然氣         0.5
  ?" f& ?5 S/ F: m, w1 S 壓縮空氣         0.3~0.6
噴咀內(nèi)各種氣體介質(zhì)最低壓力         0.25

    2．5精煉作業(yè)具有很高再現(xiàn)性，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。
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) N' q( r6 x7 E1 i5 Z$ Q    2．6操作實(shí)例
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    以冶煉03Crl8Ni9和03Crl8ANi6(A一含氮鋼)鑄造用不銹鋼鋼液為例說明冶煉過程。
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    2．6．1 03Crl8Ni9的冶煉
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    ①配料
* x: S5 [- |' N5 x. @+ h
: X4 k0 K0 o( n' d    不銹廢鋼(08？12Crl8Nil0Ti)約70％
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    碳素廢鋼(低磷)約13％

    高碳鉻鐵145kg約？14％

3 u7 F( s; o' I0 R4 v    鎳？3％
% F) t6 l5 ~# B+ m1 E; t    ②電爐熔煉
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    　上述鋼鐵料加入電爐后，送電熔化。為防止鉻的氧化損失，除用吹氧管切割爐料外，基本不吹氧。爐料熔清后提溫到？1600℃左右，然后將母液經(jīng)出鋼口傾入鋼包中。
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    ③母液兌人GOR轉(zhuǎn)爐

    　母液含碳1．5％？2．5％、溫度1560？1580℃兌人GOR轉(zhuǎn)爐。GOR的冶煉分三個(gè)階段進(jìn)行。
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    　第一階段需18？20分鐘，視母液中的碳含量和成品鋼碳含量要求不同而可能有較大變化。在這一階段底吹氣體主要是氧氣和保護(hù)噴咀的天然氣(或其它碳?xì)浠衔?。氧氣耗量1．6-1．8m3／mln、氧壓？0．49MPa；天然氣消耗0．15？0．20m3／rain、壓力0.29？o．49MPa。進(jìn)入下一階段時(shí)鋼中含碳量為0．2％？0．25％、溫度為1700？1760℃。
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    　第二階段約需13？18分鐘，這一階段底吹的氧氣比例逐漸減少，開始底吹氬氣(或氮?dú)?。隨著氧氣用量減少，在這一階段開始3？4分鐘停吹天然氣，逐漸加大氬氣量。氬氣的最大用量占底吹氣體量的80％。第二階段結(jié)束時(shí)，溫度降低40？70℃，爐渣堿度≥3.0，碳降到0.03％以下(根據(jù)鋼種需要，最低為0.015％)。

' Q4 I: o6 z/ B( k8 g  C2 y' M/ o5 N    　第三階段為3-5分鐘，底吹氬(或氮)氣，凈化鋼水，加入硅鐵還原氧化的鉻，溫度1600℃時(shí)就可以出鋼。

    　對(duì)于不銹廢鋼資源短缺的地區(qū)，也可以增加碳素廢鋼和高碳鉻鐵用量，減少爐料中不銹廢鋼比例。還可以用轉(zhuǎn)爐吹煉低磷半鋼作GOR爐的母液。
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, [! X6 m: o2 t' h    2．6．2 03Crl8ANi6的冶煉
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    　減少不銹鋼中的鎳含量能顯著地降低不銹鋼生產(chǎn)成本。合適的鋼中氮含量可以提高鋼的強(qiáng)度和鋼的抗腐蝕性能，是理想的代鎳元素。烏專家長(zhǎng)期研究的結(jié)論認(rèn)為鋼中氮含量提高0.1％，可減少鋼中鎳含量2％，以氮代鎳可以降低成本，不會(huì)給鋼的機(jī)械性能帶來不良影響。
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4 m0 X% N. q# R8 m. Y% ]* @; l    　對(duì)于鑄造用不銹鋼，合理的以氮代鎳和鈦還能改善鋼液流動(dòng)性，提高鑄件成品率。
) r* e6 h7 @3 u0 C( I2 J
- M8 ]6 }6 \9 H* n$ o0 b    　鋼中氮的加入方法，主要靠控制吹氮?dú)?還可節(jié)省氬氣)，也可通過加入含氮合金精確地調(diào)整成分。
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    2．7除塵

    　GOR爐煙氣粉塵含量很低，吹氧期最大值為4g／m3，還原期小于1g／m3，經(jīng)除塵后很容易達(dá)到o．1g／m3的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，而且粉塵帶走鉻的損失量也大為減少。

' l* x8 J! e# k: H* p# y& c& T    2．8高爐一GOR爐流程

; x# v1 F/ ~1 K3 ]5 m+ m1 e5 Q) ?    　烏克蘭還開發(fā)了在600m3高爐上用鉻球團(tuán)礦作原料冶煉含鉻鐵水，供GOR爐作為部分母液冶煉不銹鋼的工藝。
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    3．GOR轉(zhuǎn)爐冶煉鋼的質(zhì)量

3 ?% |5 J: p* u0 P$ a    　GOR轉(zhuǎn)爐可以生產(chǎn)含碳0.02％以上，含鉻2％？20％的各類不銹鋼。這座爐子可以完成脫碳、脫硫、脫氧、脫氣和合金化等工作任務(wù)，必要時(shí)還可用于脫磷。由于轉(zhuǎn)爐設(shè)計(jì)和吹煉技術(shù)可以保證在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)控制和調(diào)節(jié)混合氣體的組分，所以它可采用任何熔煉爐提供的合金化或未經(jīng)合金化的鋼水(母液)作原料，生產(chǎn)從高級(jí)合金到電工鋼和超深拉拔用碳鋼等多種鋼種。

    3．1化學(xué)成分和溫度控制

    　這種工藝可以精確地控制冶煉終點(diǎn)的化學(xué)成分和出鋼溫度。鋼水的清潔度很高，只要配料合理，鉛、鋅等有害雜質(zhì)含量可以控制到很低的水平。
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8 U  i% f4 J4 o    　鋼中雜質(zhì)含量均低于用電爐生產(chǎn)的不銹鋼，其數(shù)值見表3。
' k; Y3 [- P3 i4 V' A0 {表3 不同工藝鋼鐵液雜質(zhì)含量比較
冶煉
工藝        統(tǒng)計(jì)
爐數(shù)        [H]
% F/ ~) b2 o. w5 H, rcm3/100g        [N]
10-3/×%        [O]
10-4/×%        [Pb]
% X2 p( X$ @2 T& `" \# v- V10-5/×%        [Sn]
# ~2 `! I3 S, S+ L3 f- E10-5/×%
7 m# R+ K" p5 k) L3 _8 nGOR         11         3.1？4.7
3.7        12.5？20.5
2 b; X" ^! A# D" u% q  o: B2 z   16.2        26？30
29        28？35
& l, S& w' k8 A' m$ \: w- e# {31        14？23
16
3 P3 E* T1 W" }, ^( T EAF         15         6.8？10.1
: v+ M4 R, s0 t$ c# w' h3 C5 ]7 \) W" i$ W  7.3        15.0？25.0
( l1 ~  Z; b5 E19.4        29？32
" f3 {5 p5 D# d1 N 31        54         40
2 U9 D% T# k4 T. A' I, m9 T
9 N5 N; o6 N9 ]" d    　因此，在多數(shù)情況下，GOR工藝不必在其后配備真空脫氣或鋼包處理工序。

& ]1 A7 R, j  ^  ^# W+ w( [5 b) N    　但是，對(duì)于要求[C]<0.015％，[O]<20×10-4％等特殊用途的不銹鋼，也可以在其后再配備真空工位。
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; [1 q1 J& f- n3 B: V    3．2內(nèi)部裂紋
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    　統(tǒng)計(jì)各15爐次電爐工藝和GOR爐工藝冶煉14CrNi2鋼內(nèi)部裂紋情況表明，GOR工藝明顯優(yōu)于電爐工藝。
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    3．3機(jī)械性能

    　統(tǒng)計(jì)電爐工藝和GOR工藝分別冶煉6類的不銹鋼數(shù)百爐，軋制成的熱卷、冷卷、管坯和型材后進(jìn)行強(qiáng)度、延伸率和斷面收縮率等機(jī)械性能對(duì)比，結(jié)果表明，兩種工藝生產(chǎn)的鋼材強(qiáng)度相似，而GOR工藝生產(chǎn)的鋼材延伸率和斷面收縮率(型材)優(yōu)于電爐+AOD工藝。
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( x; e7 e% ^; ^- V    4GOR轉(zhuǎn)爐工藝的優(yōu)越性
, N7 V' m6 d6 z6 Z6 ^+ K- \
. G5 K1 l) [/ B: m- s5 h    這種工藝有很高的生產(chǎn)靈活性，為用戶提供了開發(fā)新產(chǎn)品的潛力和可能性。
  V/ u, N1 n4 {) e) o$ ~4 f# A
: A8 F8 t, J: p! N8 ]6 E2 M* h5 k    這種工藝可以獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益：
0 e0 Z7 z! z8 _; ~8 l
% t' ~, R" ?3 |) `  o; i7 A5 b    ①可以利用現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐進(jìn)行現(xiàn)代化改造，在其前部配置提供母液的電爐或其它熔煉設(shè)備，轉(zhuǎn)爐本體不必做大的變動(dòng)，只需改造爐底，增加氣體供應(yīng)和控制系統(tǒng)。這比新建煉鋼的投資費(fèi)用低許多。也可以在現(xiàn)有電爐車間后部配置GOR轉(zhuǎn)爐。在電爐和轉(zhuǎn)爐噸位相似的工廠，如果可以解決母液運(yùn)輸問題，則改造費(fèi)用將更為節(jié)省。
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    ②由于脫碳速度可以高達(dá)0.13％／min，因此可采用高碳鉻鐵、高碳不銹廢鋼作為冶煉原料。對(duì)于不銹廢鋼資源緊缺的地區(qū)，還可以增加碳素廢鋼的比例，也可采用轉(zhuǎn)爐脫磷后的半鋼作為GOR的部分母液。爐料的靈活性大大降低了生產(chǎn)成本。
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3 o! C% E+ S, y0 ^$ U* I5 O& E    ⑧由于爐容比大，可以在保證不噴濺的前提下提高供氧強(qiáng)度，吹煉時(shí)間控制在30分鐘以內(nèi)，大大提高了生產(chǎn)率，幾乎是AOD爐工藝的一倍。

5 e! T4 g1 a( M9 v     ④采用組合冷卻的可拆卸式爐底，爐襯浸蝕均勻，爐齡提高。爐底壽命可達(dá)100爐，爐體壽命可達(dá)250爐，節(jié)省了耐火材料。

, k; {$ u, C3 I( i! {9 _9 X* y     ⑤獨(dú)特的精煉工藝，節(jié)省了昂貴的惰性氣體(氬氣)。氨氣消耗量?jī)H僅是AOD爐的50％？60％。
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" e0 F+ y, @! A! U5 Q+ y     　烏克蘭國(guó)立冶金學(xué)院愿意向中國(guó)用戶提供技術(shù)決竅和專利使用權(quán)，還可以提供工程設(shè)計(jì)、關(guān)鍵設(shè)備供貨、技術(shù)人員和工人培訓(xùn)、開工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)等服務(wù)。

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