2009年第 6期
宝 钢 技 术
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开发与应用
宝钢不锈钢炼钢工程工艺创新实践
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
蒋为民 (宝钢集团规划发展部 ,上海 200122)
摘要 :介绍宝钢不锈钢事业部不锈钢工程的工艺创新实践 ,论述了不锈钢冶炼工艺选择的 依据 ,同时分析了宝钢不锈钢炼钢工程工艺创新的特点 :第一次将不锈钢生产线和碳钢生产线 布置在同一个主厂房内 ,采用了铁水罐喷吹脱磷工艺 ,为不锈钢生产线提供脱磷铁水 ,并设置 了强搅拌型真空吹氧脱碳装置 ( SS - VOD ) ,在满足常规不锈钢冶炼需要的同时 ,也为宝钢生 产超低碳 、超低氮不锈钢以及超纯铁素体不锈钢创造了条件 。 关键词 :不锈钢 ;三步法冶炼 ;二步法冶炼
2. 1 项目背景 宝钢 股 份 不 锈 钢 分 公 司 不 锈 钢 工 程 建 于
2001年 8 月 ,分两期建设 ,同时与碳钢炼钢工程 联合建设 ,冶炼设施和板坯连铸机布置在一个主 厂房内 。不锈钢年产钢水 150 万 t,于 2005 年全 部 建 成 投 产 。产 品 涉 及 A ISI304、304L、316、 316L、420、430、409、409L 等 。
由于镍的存在 ,将对碳铬平衡关系产生一定
的影响 ,国内学者在深入研究 Simkovich等学者的
试验基础上 ,将 C、Cr、N i、钢液温度和 Pco的关系
表述如下 :
0. 46w [C ] + 0. 023 7w[N i] - 0. 047 6w [Cr] + lgw [C ]
- 1. 5 lgw[Cr] - 2 lgPco = 24 300 / T - 16. 07
在固态和液态多物料流前提下 ,选配的工艺 路线 ,对工艺节点的刚性连接和柔性连接的考虑 就显得尤为重要 。
表 1 铁水冶炼与废钢冶炼的钢中有害元素的对比
Table 1 Comparison of harmful elements in smelting with hot metal and w ith scrap
该项目建于全流程的钢铁联合企业 ,为降低 原料成本和钢水有害元素的含量 ,采用高炉铁水 冶炼不锈钢 ,形成具有宝钢特色的不锈钢冶炼工 艺路线 。
核心冶炼设备的配置为 : ①2 座铁水罐脱磷 站 ; ②2座 120 t AC EAF; ③2座 135 t AOD 2L; ④ 1座 120 t SS2VOD /LTS 。
蒋为民 部长 1962年生 1984年毕业于上海大学 现从事经营管理工作 电话 58350000 E2mail jwm sj@ sina. com
随着我国不锈钢产业发展 ,宝钢工程公司完 成了多项不锈钢工程 ,涵盖不锈钢冶炼 、板坯连 铸 、大方坯连铸 、不锈钢热轧 、不锈钢冷轧和不锈 钢带钢处理线 ,涉及原料到冷轧产品的每个工艺 环节 。本文将以宝钢不锈钢分公司项目为载体 , 论述不锈钢冶炼工艺的创新实践 。
～0. 027 0
wCu 0. 05 0. 21
蒋为民 宝钢不锈钢炼钢工程工艺创新实践
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2. 4. 1 铁水脱磷工艺的选择 在电炉冶炼之前 ,为炉料准备环节 ,包括固态
炉料配料和铁水脱磷处理 。固态炉料配料和传统 电炉 —AOD 工艺相同 ,铁水脱磷预处理工艺则面 临转炉脱磷和铁水罐脱磷工艺的选择问题 。由于 本项目与碳钢炼钢项目联合建设 ,采用转炉脱磷 工艺 ,还是采用铁水罐脱磷工艺 ,成为铁水脱磷工 艺选择的焦点问题 。对不锈钢冶炼特点和整体工 艺衔接的分析如下 :
不锈钢冶炼工艺流程见图 1。
图 1 宝钢不锈钢事业部不锈钢冶炼工艺路线
Fig. 1 Process flow of the stainless steel smelting in Stainless Steel Business Unit
2. 3 采用铁水冶炼不锈钢的优势 采用铁水冶炼不锈钢基于以下考虑 : ①不锈
不锈钢三步法冶炼是指电炉 ϖ AOD (或其他 炉型转炉 ) ϖ VOD ,二步法是指电炉 ϖ AOD (或其 他炉型转炉 )或电炉 ϖ VOD。是否选择三步法工 艺关键取决于所冶炼的不锈钢钢种 ,如冶炼低碳 、 超低碳不锈钢 ,从综合指标和连铸匹配节奏考虑 , 应选择三步法工艺 。本工程设置了电炉 、AOD 2L 和 SS2VOD ,根据冶炼钢种和原料现状 ,该配置具 有非常灵活的工艺路线选择 ,见表 2。
钢废钢资源的缺乏和配料成本 ; ②能耗及能源成 本 ; ③钢水有害残余元素的控制 。
以 2004年和 2005年原料价格和冶炼 304不 锈钢为例 ,铁水和废钢配料成本相比 ,吨钢约降低 300元 。视冶炼钢种不同 ,与全废钢冶炼工艺相 比 ,吨钢能耗成本约降低 100～150元 。
由于铁水脱磷技术的采用 ,入炉配料更加清 洁 ,钢中有害元素含量更低 ,见表 1[ 3 ] 。 2. 4 工艺流程的灵活性
%
工艺 铁水冶炼 废钢冶炼
wA s ≤0. 001 6 ～0. 009 5
w Sn ≤0. 001 00 ～0. 010 48
w Sb ≤0. 000 80 ～0. 004 74
w Pb ≤0. 000 50 ～0. 001 72
wB i — ～0. 007 2
wP ≤0. 009～0. 023 0
Abstract: The innovation of the steelmaking p rocess for B aosteel’s stainless steel p roject was introduced in this paper. The theoretical basis and features of the technical innovation of Baosteel’s steelm aking p rocess for stainless steel were studied and analyzed. For the first time, both the stain2 less steel p roduction line and carbon steel p roduction line were arranged under the sam e roof. The hot m etal dephosphorization in hot m etal ladle was used to p rovide dephosphorized hot m etal for the stainless steel p roduction line. An SS2VOD was installed to satisfy the demand of conventional stain2 less steel sm elting. It also created condition for p roduction of ultra2low carbon, ultra2low nitrogen and super ferrite stainless steel.
Key words: stainless steel; trip lex smelting; dulpex sm elting
0 概述
不锈钢材料是非常重要的基础原材料 ,它的 特性决定了不锈钢材料的特殊用途 。近 10年 ,全 球不锈钢粗钢产量一直呈逐年增长趋势 ,增长速 率约 5. 56%。
过去的 8年 ,我国的不锈钢产能经历了跨越 式发展 , 由 2000 年 的 约 50 万 t增 加 到 现 在 的 875万 t[ 1 ] ,我国不锈钢产能的增长是全球增长的 关键因素 。伴随着不锈钢冶炼工艺的不断进步和 新钢种的开发 ,不锈钢的应用范围越来越广 。
(2)
公式 (1) , (2)相减 ,可得 ,
n [ C ] + ( C rm On ) = m [ C r ] + n { CO } , K3 =
( a[ Cr] m
Pco n )
/ ( a a n [ C ] (C rmO n)
)
(3)
由公式 (3)可知 ,要“降碳保铬 ”,就要控制反
应的热力学条件 ,使反应向右进行 。
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
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√
√
√
√
√
√
钢种 A ISI
3xx, 2xx, 4xx 3xx, 3xxL, 4xx, 4xxL, 2xx
产能造成制约 。 (3)对冶炼不锈钢而言 ,单一钢种 、准恒定铁
水比 、快节奏冶炼工艺适合选配转炉脱磷工艺 ;多 钢种 、铁水比波动大 ,则宜采用铁水罐脱磷工艺 。
基于上述分析 ,选定铁水罐脱磷工艺 ,为电炉 提供液态炉料 。根据冶炼不锈钢钢种的配料计 算 ,铁水量可多可少 ,实现了铁水和电炉之间的柔 性连接 。 2. 4. 2 不锈钢冶炼工艺的选择
(4)
此式可以作为高铬钢液碳铬竞争氧化的理论
基础 ,成为工程设计 、计算相关不锈钢冶炼工艺参 数的理论依据 。
遵循不锈钢精炼机理 ,创造良好的“降碳保 铬 ”的热力学条件 ,即在铬氧化的临界值下 ,提高 熔池温度 ,降低 Pco值 。
遵循不锈钢精炼机理也是我们创新实践的理
论基础 。
2 不锈钢冶炼工艺路线的创新实践
大纲为出发点 ,以不锈钢冶炼的原料组成和不锈 钢精炼机理为依据 ,选择合适的不锈钢冶炼工艺 路线 。对于大型不锈钢企业而言 ,其工艺路线的 灵活性应能满足原料价格大幅波动的需要 ,适时 更新原料配比方案 ,选择最佳的炉料配比方案 ,同 时冶炼设备应能满足不同炉料配比的冶炼工艺 。 在确定工艺路线的同时 ,也应关注开发新型不锈 钢钢种的需求 ,为节约资源创造良好的条件 。
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n [ C ] + n [ O ] = n { CO } , K1 = Pco n /