一种新的转炉冶炼不锈钢工艺
' a o" U8 B4 o2 a$ y 乌克兰冶金工业基础雄厚，年产钢能力约5100万吨，其中转炉钢2270万吨。不锈钢年生产能力约60万吨，主要采用电炉一AOD炉两步法生产工艺，近年来用新开发的GOR工艺取代AOD工艺取得了很好的效果。4 F$ A7 I* i6 U' a$ B% i/ k; p+ h
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1998年7月就GOR工艺考察了乌克兰冶金工厂，l0月乌克兰国立治金学院的专家就此也来华进行了技术交流。
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1．GOR工艺的开发和生产实绩- H+ H0 ^8 p+ J# q5 C0 L
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GOR工艺在乌克兰国立冶金学院冶金实验厂首先开发成功。该厂用1．5吨电炉熔化高碳铬铁和废钢生产不锈钢母液，倾入1．0吨GOR转炉精炼成不锈钢钢液，浇注成1．0吨钢锭，再锻造成不锈钢管坯供应市场，由于有效益，这套试验装置一直在生产。
1 R9 [* T1 @( c# I% a! X% r/ N' _, ~
- M$ V: M* O8 D2 w" Q 扎波罗热钢铁厂是乌克兰以不锈钢带材为主要产品的特钢厂，装备有电炉、AOD炉等冶炼设备。该厂出钢量为60吨的GOR转炉生产不锈扁锭，在热连轧机组上轧制成不锈热带卷。GOR炉的建设大幅度降低了该厂不锈钢冶炼成本，在乌克兰冶金工业很不景气的状况下，仍在正常生产，取得了好的经济效益。
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此外，乌克兰还有5吨、10吨GOR转炉生产的实例。
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从现场初步考察和技术交流的情况看，这种技术是成熟可靠的。它具有很高的生产效益和较低的生产成本，而且除不锈钢外，它还可以生产耐热钢、高合金钢、优质碳素钢等其它钢种和某些合金。
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; `* H+ {% L+ j 这种工艺使用一种特殊的顶底复合吹炼转炉生产优质钢，它可以用于炼钢厂，也可以用于铸钢厂生产优质钢铸件。对于现有中小转炉转产优质钢具有一定的参考价值。1 y0 q' K5 w4 h6 @2 j7 H, Q
% ?, K I2 }+ _ 德聂伯尔特钢厂采用GOR工艺已经生产了碳含量o．02％？0．25％的5种89个钢号的不锈钢钢种，例如：02Crl8Nil0、03Cr20Nil6NMn6、03Crl6Mn2Mo、04Cr25Ni5M02等。. b' v" f5 T5 Z* O$ M+ G) ~
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2．GOR工艺和操作实例! _$ e$ ?2 S2 O, D6 j& ^. V
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2．1 GOR转炉工艺的基本原理在于使用多种组分的混合气体吹炼预先溶化好的钢水3 L3 @8 A" h; c
<P&NBSP;&NBSP;&NBSP;&NBSP;>2．2 GOR工艺对AOD对比& Q# L) }" s8 ^2 y
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①在吹炼工艺上，GOR工艺采用天然气(或其它碳氢化合物)保护底吹喷咀向炉内供应氧气、氩气、氮气，而AOD炉采用侧吹喷咀，用惰性气体保护喷咀。) h( t: D" e/ T5 t
: W9 M, q3 x# Y ②AOD工艺全程供氨气(前期氧、氩混吹)，而GOR工艺在吹炼后半期供氩气，前半期只供氧气和天然气。GOR工艺供气曲线。* j6 t1 ]4 Z- \7 g" G3 x3 |
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③GOR炉炉容比几乎是AOD炉的一倍，采用可更换炉底。
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④表1为GOR与AOD的主要技术经济指标。8 o9 W* k; b3 o( ]6 |
表1 GOR炉与AOD炉指标对比
+ k, ~1 x t) M. H; y+ `3 V项 目 AOD GOR
3 W* C$ h p ]0 T) m炉容比/m3t-1 0.4~0.5 0.8~1.05 V! u/ | @0 F# \1 B
气体压力/MPa 3 u8 T3 d" j' w: ~ Z% P
氩气 1.2~1.7 0.5~1.0
6 ~! ~% J4 b6 P; B, y) p7 R% ]# t天然气 1.2~1.7 0.3~0.6
& n3 v0 L, O9 d3 b吹炼时间/min 60~70 30~40$ ?5 s4 u* M3 G- X" H& V; t
冶炼周期/min 90~120 65~90
* ]+ z2 g P- `. ~! Z' S3 o2 t铬铁耗量/kgt-1
1 X2 A. x% N3 L. K高碳铬铁 145 145
6 r7 l9 J. Q( T- f微碳铬铁 <10 <10
( R$ X. N; L+ O氩气耗量/ [c]>0.06% 12~14 6~7.5
; P6 p7 h! S( e! l1 d8 }2 S3 K) xm3t-1 [c]<0.03% 18~20 10~12% N/ z2 z+ y1 h7 r. r* M8 K
2．3GOR炉铬的收得率为97％？99％，良好的熔池搅拌保证了钢液不会发生过氧化现象。1 f! N# `! k4 |+ v) c, q+ Y* R2 |
' \: x Y( E9 G: {7 \# C 2．4乌克兰扎波罗热厂60吨GOR炉的主要技术特性列于表2中。
4 |7 q( W4 a; F3 U* ~表2 60吨GOR转炉技术特性
8 o: P" B# C& ^4 @$ B+ g( n. m, i指 标 名 称 数 量
& z/ o `) r- J0 z Q& z 额定容量/t 60
9 H) [; | [7 |$ N+ f$ ` 有效容积（新炉衬）m3 480 s$ p. {, J- x
单位容积/m3t-1 0.8$ ~2 K+ y$ C+ X a: q. P
钢水溶池深度/mm 980
2 ?1 l! H V. ^# J# ?% p9 ` 溶池表面积/m2 10.7& {5 H' d7 T# ]# R3 O2 D
炉衬重量/t 200- h/ @, l. C; R
倾炉驱动功率/kw 4×32-128' y( q. I& x k
回转速度/转min-1
0 R* e% ^! S& T! m5 h. P2 c 额定速度 1.152 _) ~# H3 ?% R
最小速度 0.1( I8 E/ Z( R5 |4 j& N# [; E
喷咀数量/个 3
/ }4 m- t' r2 f# ~ 通过喷咀各种气体最大消耗量m3h-1
9 I9 R; i! g: a5 |) U 氧气 8000
5 l; ]/ T6 ?0 M2 ]/ I+ m& Z 天然气 600; _) Z7 n8 `8 [/ N8 T* k! P8 |
氮气 4000
% i: w& \! [, Z 氩气 4000
0 e' S: t7 _8 R$ y q: J 压缩空气 40002 }- W0 ]/ x% Y# `, b
喷咀前各种气体最大压力/MPa
$ v. T1 x" E F' p 氧气 1.0~1.2
1 Q$ ~( Z1 C- W% P; e6 i 氮气 1.0~1.2# u! k" l1 T3 k, j F1 C) t9 c
氩气 1.0~1.2
# c% Y4 C- @% N' z" ?6 ^0 j 天然气 0.5
2 B* m0 R1 b; D4 r7 I' w8 D# Z 压缩空气 0.3~0.6
( T0 E! F# u1 q9 p 喷咀内各种气体介质最低压力 0.25
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+ b# s/ `1 s6 E2 w+ C0 M 2．5精炼作业具有很高再现性，可以实现计算机自动控制。! Z$ t2 g0 Z- H, v/ m: G1 E9 @1 A
8 q3 P$ k, A7 M; b
2．6操作实例/ G, f+ N! `. f' r# v
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以冶炼03Crl8Ni9和03Crl8ANi6(A一含氮钢)铸造用不锈钢钢液为例说明冶炼过程。
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2．6．1 03Crl8Ni9的冶炼2 I$ |. e& r4 j+ b- Z' J
3 m! `- ^1 r6 {4 J3 c5 j8 b! t
①配料 p% E) F; d8 s+ \# j2 S
3 T% h6 T0 c% J E) A. ? q; l- T 不锈废钢(08？12Crl8Nil0Ti)约70％' B, {. n P( W% |* U' v
% F& d0 k; j' c& F% r5 v 碳素废钢(低磷)约13％
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高碳铬铁145kg约？14％6 _6 i0 w2 ]. c* o
~7 S) v6 c- D+ K 镍？3％# U6 ?& ]4 D; Z: b' R
②电炉熔炼
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9 X' H$ O- o# P+ Z 上述钢铁料加入电炉后，送电熔化。为防止铬的氧化损失，除用吹氧管切割炉料外，基本不吹氧。炉料熔清后提温到？1600℃左右，然后将母液经出钢口倾入钢包中。/ u0 H4 C; j: ~" M+ E, n, S; k) |
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③母液兑人GOR转炉! Q. p' C" n- ]% r
* G1 F7 Q, i: e" m; I 母液含碳1．5％？2．5％、温度1560？1580℃兑人GOR转炉。GOR的冶炼分三个阶段进行。5 D* b4 S- m$ k& q( Q @* i- _
, @7 I: @+ N4 Y0 B 第一阶段需18？20分钟，视母液中的碳含量和成品钢碳含量要求不同而可能有较大变化。在这一阶段底吹气体主要是氧气和保护喷咀的天然气(或其它碳氢化合物)。氧气耗量1．6-1．8m3／mln、氧压？0．49MPa；天然气消耗0．15？0．20m3／rain、压力0.29？o．49MPa。进入下一阶段时钢中含碳量为0．2％？0．25％、温度为1700？1760℃。 r- H" m) q1 k: K, ?- W
1 W9 N6 o2 Z$ W+ z x% h: L K 第二阶段约需13？18分钟，这一阶段底吹的氧气比例逐渐减少，开始底吹氩气(或氮气)。随着氧气用量减少，在这一阶段开始3？4分钟停吹天然气，逐渐加大氩气量。氩气的最大用量占底吹气体量的80％。第二阶段结束时，温度降低40？70℃，炉渣碱度≥3.0，碳降到0.03％以下(根据钢种需要，最低为0.015％)。
, w* X3 X2 Y: r% B
) O8 F% H4 J. i' b 第三阶段为3-5分钟，底吹氩(或氮)气，净化钢水，加入硅铁还原氧化的铬，温度1600℃时就可以出钢。
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对于不锈废钢资源短缺的地区，也可以增加碳素废钢和高碳铬铁用量，减少炉料中不锈废钢比例。还可以用转炉吹炼低磷半钢作GOR炉的母液。
% z6 [% `9 \0 y' S
% e5 f& H2 T, |/ T4 c4 G6 }2 p; M, L O 2．6．2 03Crl8ANi6的冶炼3 H" z# s( w" R* ^( W, X
/ n# e2 i) v$ e% D 减少不锈钢中的镍含量能显著地降低不锈钢生产成本。合适的钢中氮含量可以提高钢的强度和钢的抗腐蚀性能，是理想的代镍元素。乌专家长期研究的结论认为钢中氮含量提高0.1％，可减少钢中镍含量2％，以氮代镍可以降低成本，不会给钢的机械性能带来不良影响。
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对于铸造用不锈钢，合理的以氮代镍和钛还能改善钢液流动性，提高铸件成品率。
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, v% a6 S$ M) } v9 { 钢中氮的加入方法，主要靠控制吹氮气(还可节省氩气)，也可通过加入含氮合金精确地调整成分。
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2．7除尘! _( U f2 Z9 c
2 J5 ~9 }& E. A4 Y$ Z! j* V
GOR炉烟气粉尘含量很低，吹氧期最大值为4g／m3，还原期小于1g／m3，经除尘后很容易达到o．1g／m3的排放标准要求，而且粉尘带走铬的损失量也大为减少。
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2．8高炉一GOR炉流程
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$ J: a! a- b; T$ h+ m 乌克兰还开发了在600m3高炉上用铬球团矿作原料冶炼含铬铁水，供GOR炉作为部分母液冶炼不锈钢的工艺。, ~6 c8 w* r# c1 p1 Q2 A
3 r( b- H0 j$ N! V6 ~3 o 3．GOR转炉冶炼钢的质量
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GOR转炉可以生产含碳0.02％以上，含铬2％？20％的各类不锈钢。这座炉子可以完成脱碳、脱硫、脱氧、脱气和合金化等工作任务，必要时还可用于脱磷。由于转炉设计和吹炼技术可以保证在一个很宽的范围内控制和调节混合气体的组分，所以它可采用任何熔炼炉提供的合金化或未经合金化的钢水(母液)作原料，生产从高级合金到电工钢和超深拉拔用碳钢等多种钢种。
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/ E7 m) f7 |; X3 c 3．1化学成分和温度控制
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这种工艺可以精确地控制冶炼终点的化学成分和出钢温度。钢水的清洁度很高，只要配料合理，铅、锌等有害杂质含量可以控制到很低的水平。
8 K$ a2 F/ }! g4 j! g5 H1 ~7 z' Q3 u `* O. ]% u1 |4 P
钢中杂质含量均低于用电炉生产的不锈钢，其数值见表3。
# w6 k/ E% q p- h% k6 Q表3 不同工艺钢铁液杂质含量比较1 |5 z9 H3 w0 G) P: Z: u$ `/ J h
冶炼# T- V7 X% T! Y5 p8 V
工艺 统计6 H5 F9 r6 r1 C6 q
炉数 [H]
5 o# z" s% I+ E Bcm3/100g [N]
& v+ o2 {: q! q! b+ u10-3/×% [O]9 U& }. M' ^* z) T7 ]
10-4/×% [Pb]* S: |$ }7 c" g8 W
10-5/×% [Sn]
6 b& U: }5 \5 ]: V! v10-5/×%
0 h$ G: |# @0 o' W- T0 XGOR 11 3.1？4.7
2 `4 ] @1 G+ _( ^' j T 3.7 12.5？20.5
. g0 x! q, g& a 16.2 26？300 K/ U$ K5 s. W1 g/ U
29 28？35
9 v% H; c2 C k31 14？23 O( G+ T1 L: v
16
8 Z/ i" c0 l- l6 g5 S EAF 15 6.8？10.1: i; B( P3 F V7 `; I8 F, p3 Z4 j
7.3 15.0？25.09 Z) M! W( A& E5 Q+ x
19.4 29？327 E( ?9 P; Q/ B) d* D
31 54 40
4 K& i; c2 r0 W) l
) C+ S& v/ [4 l' T 因此，在多数情况下，GOR工艺不必在其后配备真空脱气或钢包处理工序。
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但是，对于要求[C]<0.015％，[O]<20×10-4％等特殊用途的不锈钢，也可以在其后再配备真空工位。9 O3 v6 P, n% A2 r' K
1 U7 }2 A/ x8 ?4 }5 } C$ ` t0 o
3．2内部裂纹7 T" G: R) D9 F
4 G8 q+ J$ ]' l% m, G: k" _4 ? 统计各15炉次电炉工艺和GOR炉工艺冶炼14CrNi2钢内部裂纹情况表明，GOR工艺明显优于电炉工艺。
- u4 {& t" z+ @9 t t7 a" i: V) T! }- k& J( g/ g
3．3机械性能; p; p! P$ ^6 y: h- ^5 | q# o
Z" \7 c0 l/ W) l# P! ~/ H
统计电炉工艺和GOR工艺分别冶炼6类的不锈钢数百炉，轧制成的热卷、冷卷、管坯和型材后进行强度、延伸率和断面收缩率等机械性能对比，结果表明，两种工艺生产的钢材强度相似，而GOR工艺生产的钢材延伸率和断面收缩率(型材)优于电炉+AOD工艺。
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4GOR转炉工艺的优越性
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这种工艺有很高的生产灵活性，为用户提供了开发新产品的潜力和可能性。0 u0 d6 {0 _/ u4 S/ h% [# |3 @
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这种工艺可以获得很高的经济效益：5 K& A( e$ T; R, b0 {: a
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①可以利用现有转炉进行现代化改造，在其前部配置提供母液的电炉或其它熔炼设备，转炉本体不必做大的变动，只需改造炉底，增加气体供应和控制系统。这比新建炼钢的投资费用低许多。也可以在现有电炉车间后部配置GOR转炉。在电炉和转炉吨位相似的工厂，如果可以解决母液运输问题，则改造费用将更为节省。% E* n; W- `2 F( r* }. V" \
- q: ]* L# @: ^* J% a' l8 Q( y ②由于脱碳速度可以高达0.13％／min，因此可采用高碳铬铁、高碳不锈废钢作为冶炼原料。对于不锈废钢资源紧缺的地区，还可以增加碳素废钢的比例，也可采用转炉脱磷后的半钢作为GOR的部分母液。炉料的灵活性大大降低了生产成本。
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⑧由于炉容比大，可以在保证不喷溅的前提下提高供氧强度，吹炼时间控制在30分钟以内，大大提高了生产率，几乎是AOD炉工艺的一倍。
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, x7 d i. [' U* S1 v8 d( U Q ④采用组合冷却的可拆卸式炉底，炉衬浸蚀均匀，炉龄提高。炉底寿命可达100炉，炉体寿命可达250炉，节省了耐火材料。
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% Z# Z# i3 n3 b7 K5 p+ ^ ⑤独特的精炼工艺，节省了昂贵的惰性气体(氩气)。氨气消耗量仅仅是AOD炉的50％？60％。
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乌克兰国立冶金学院愿意向中国用户提供技术决窍和专利使用权，还可以提供工程设计、关键设备供货、技术人员和工人培训、开工生产现场指导等服务。
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发表于 2008-3-21 14:37:11
