特殊钢冶金流程及发展趋势.pdf

w w w .b z f x w .c o m 特殊钢冶金流程及发展趋势特殊钢冶金流程及发展趋势 Manufacturing Process of Special Steel and Development Trend 北京科技大学冶金与生态工程学院北京科技大学冶金与生态工程学院 2007年年9月月 School of Metallurgical and Ecological Engineering September 2007 刘 青刘 青 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院2 主要内容主要内容 Contents 前言前言 Introduction 不锈钢生产工艺流程不锈钢生产工艺流程 Manufacturing process of stainless steel 轴承钢生产工艺流程轴承钢生产工艺流程 Manufacturing process of bearing steel 弹簧钢生产工艺流程弹簧钢生产工艺流程 Manufacturing process of spring steel 结论结论 Conclusion 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院3 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 19491953 19571961 19651969 19731977 198119851989 19931997 20012005 时间（年） 中国粗钢产量（亿吨） 中国历年粗钢产量中国历年粗钢产量 Output of crude steel in China every year 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院4 世界特殊钢市场份额世界特殊钢市场份额 From 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院5 主要产钢国特殊钢产量占钢总产量的比例主要产钢国特殊钢产量占钢总产量的比例 From 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院6 14.6 13.4 12.2 21 21.9 18 0 5 10 15 20 25 200420052006 年 百分比 中国日本 中国与日本近年特钢占总钢产量比例中国与日本近年特钢占总钢产量比例 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院7 特钢市场运营特征特钢市场运营特征 作为钢铁高附加值产业的作为钢铁高附加值产业的特殊钢 行业仍处於快速发展期 特殊钢 行业仍处於快速发展期，但废钢、 生铁、铁合金等原材料资源吃紧的 状况将长期存在， ，但废钢、 生铁、铁合金等原材料资源吃紧的 状况将长期存在，有需求、高成本、有需求、高成本、 稳价位、能利润稳价位、能利润，是特钢企业2006 年运营特征。 ，是特钢企业2006 年运营特征。 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院8 2006年特殊钢品种结构年特殊钢品种结构 非合金钢 就占接近 50，很明 显 非合金钢 就占接近 50，很明 显低档次低档次 品种品种所占 比例仍较 大 所占 比例仍较 大 From 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院9 3.1 4.3 1 0.02 2.9 2.8 4.1 1 0.03 3.4 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 齿轮轴承工模具耐蚀高温精密不锈品种 百分比 2005年2006年From 2005～～2006年生产特殊钢品种比例年生产特殊钢品种比例 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院10 1108.3 634.1 467.8 338.6 253 198.5 192 182.4 174.1172.7 163.3 129.8 119.2 114.2 86.9 0 200 400 600 800 1000 1200 沙钢 太钢 南钢 杭钢 鄂钢 石钢 兴澄 攀成钢 天管 新冶钢淮钢 东特 舞阳 莱钢 首特 产量（万吨） From 2006年国内特钢厂总量占有率排名年国内特钢厂总量占有率排名 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院11 2006年特钢厂不锈钢与轴承钢市场占有率年特钢厂不锈钢与轴承钢市场占有率 From From 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院12 转炉长流程转炉长流程 Ore Based Process 电炉短流程电炉短流程 Scrap Based Process 特种熔炼特种熔炼 Special Melting 特殊钢基本生产流程特殊钢基本生产流程 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院13 特殊钢转炉生产长流程特殊钢转炉生产长流程 Special Steel Ore Based Process 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院14 特殊钢电炉生产短流程特殊钢电炉生产短流程 Special Steel Scrap Based Process 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院15 特殊钢特种熔炼特殊钢特种熔炼 真空感应炉 电渣重熔 真空感应炉 电渣重熔 Electroslag Melting Vacuum Induction Furnace 特种熔炼 （真空感应熔炼、 冷坩埚熔炼、电 渣重熔、真空电 弧重熔、电子束 重熔、等离子熔 炼或重熔等） 特种熔炼 （真空感应熔炼、 冷坩埚熔炼、电 渣重熔、真空电 弧重熔、电子束 重熔、等离子熔 炼或重熔等） 锭子锻造或轧制、 挤压。 锭子锻造或轧制、 挤压。 Special Melting 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院16 主要内容主要内容 Contents 前言前言 Introduction 不锈钢生产工艺流程不锈钢生产工艺流程 Manufacturing process of stainless steel 轴承钢生产工艺流程轴承钢生产工艺流程 Manufacturing process of bearing steel 弹簧钢生产工艺流程弹簧钢生产工艺流程 Manufacturing process of spring steel 结论结论 Conclusion 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院17 世界不锈钢表观消费量世界不锈钢表观消费量 Global apparent consumption of stainless steels 年均增长速度年均增长速度7左右左右 Annual average growth rate 7 984 1086 1221 1241 1351 1331 1450 1605 1690 1753 1900 2030 2170 0 500 1000 1500 2000 2500 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 表观消费量，10表观消费量，10 4 4t t Apparent consumption ,104t 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院18 国内不锈钢的产量、消费量及进口情况国内不锈钢的产量、消费量及进口情况 522 447 71.7 94 108 139 166 176 225 318 420 316 180 237 18 23 20 20 59 68 103 152 313 32 291 55 54 66 125 122 167 243 296 0 100 200 300 400 500 600 19951996199719981999200020012002200320042005 104t 表观消费量表观消费量粗钢产量粗钢产量进口量进口量 consumptionconsumptionoutputoutputimportimport Domestic output, consumption and importation of stainless steels 我国不锈钢表观消费量同样快速增长，但产量增长缓慢，国产化率不足我国不锈钢表观消费量同样快速增长，但产量增长缓慢，国产化率不足 40， 主要依靠进口。， 主要依靠进口。 Domestic stainless steel apparent consumption also increased rapidly, but the output increased slowly, nationalization rate was less than 40, it mainly relied on importation. 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院19 不锈钢是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢系指耐大 气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢，耐酸钢则指耐酸、 碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。不锈钢不一定耐 酸，而耐酸钢一般均具有不锈性。不锈钢具有不锈和 耐蚀特性，其主要原因是由于钢表面形成富铬氧化膜 而钝化。研究表明，钢中铬含量大于12以后引起耐蚀 性突变，因此，不锈钢中含铬量一般应大于12。国内 外都曾试图开发节铬和无铬的不锈钢，除特殊情况 外，迄今尚未获得有效的进展。 不锈钢是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢系指耐大 气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢，耐酸钢则指耐酸、 碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。不锈钢不一定耐 酸，而耐酸钢一般均具有不锈性。不锈钢具有不锈和 耐蚀特性，其主要原因是由于钢表面形成富铬氧化膜 而钝化。研究表明，钢中铬含量大于12以后引起耐蚀 性突变，因此，不锈钢中含铬量一般应大于12。国内 外都曾试图开发节铬和无铬的不锈钢，除特殊情况 外，迄今尚未获得有效的进展。 不锈钢含义不锈钢含义 Stainless Steel 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院20 不锈钢钢种很多，性能各异，常见分类方法有不锈钢钢种很多，性能各异，常见分类方法有 按钢的按钢的组织结构组织结构分类如马氏体不锈钢，铁素体 不锈钢；奥氏体不锈钢，双相不锈钢，等。 分类如马氏体不锈钢，铁素体 不锈钢；奥氏体不锈钢，双相不锈钢，等。 按钢中按钢中主要化学元素主要化学元素或或特征元素特征元素分类如铬不锈 钢，铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢、超低碳不锈 钢；高钼不锈钢，等。 分类如铬不锈 钢，铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢、超低碳不锈 钢；高钼不锈钢，等。 按钢的按钢的性能特点和用途性能特点和用途分类如高强度不锈钢、 耐应力腐蚀不锈钢；耐硝酸不锈钢，耐硫酸不锈 钢，耐点蚀不锈钢，等。 分类如高强度不锈钢、 耐应力腐蚀不锈钢；耐硝酸不锈钢，耐硫酸不锈 钢，耐点蚀不锈钢，等。 按钢的按钢的功能特点功能特点分类如低温不锈钢、无磷不锈 钢，易切削不锈钢，等。 分类如低温不锈钢、无磷不锈 钢，易切削不锈钢，等。 不锈钢分类不锈钢分类 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院21 在实际应用中，常按组织结构和化学元素两者结合 的分类方法，如 在实际应用中，常按组织结构和化学元素两者结合 的分类方法，如 按组织结构分五类马氏体不锈钢，铁素体不 锈钢，奥氏体不锈钢，双相不锈钢和沉淀硬化不 锈钢。 按组织结构分五类马氏体不锈钢，铁素体不 锈钢，奥氏体不锈钢，双相不锈钢和沉淀硬化不 锈钢。 按化学元素分两类铬不锈钢和铬镍不锈钢。按化学元素分两类铬不锈钢和铬镍不锈钢。 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院22 马氏体不锈钢马氏体不锈钢 Cr13型型1Cr13，，2Cr13，，1Cr13和和 41Cr13，其中，其中 1Cr13含有铁素体是半马氏体钢含有铁素体是半马氏体钢 9Cr18型不锈工具类型不锈工具类 1Cr17Ni2 型强韧性优型强韧性优 铁素体不锈钢铁素体不锈钢 低低Cr 11 ～～15Cr, 0Cr13等 中 等 中Cr 16 ～～20Cr, 1Cr17等 高 等 高Cr 21 ～～30Cr 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢占总产量之占总产量之70以上以上 0Cr18Ni9 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni9Ti 00Cr18Ni9Ti 最常用的不锈钢种类最常用的不锈钢种类 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院23 主要钢号主要钢号 钢号钢号牌号牌号钢号钢号牌号牌号 2011Cr17Mn6Ni5N317L 00Cr19Ni13Mo3 2021Cr18Mn8Ni5N4050Cr13 3011Cr17Ni74101Cr13 3021Cr18Ni9410J11Cr13Mo 3040Cr18Ni9420J12Cr13 304L00Cr19Ni10420J23Cr13 3160Cr17Ni12Mo24311Cr17Ni2 316L00Cr17Ni14Mo24300Cr17 3170Cr19Ni13Mo3430Lx00Cr17 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院24 不锈钢冶炼的技术核心可归纳为四个字不锈钢冶炼的技术核心可归纳为四个字 脱碳保铬脱碳保铬 在一般不锈钢的成份范围内，可认为在在一般不锈钢的成份范围内，可认为在Fe-Cr-C-O 构成的四元体系中基本的反应式为构成的四元体系中基本的反应式为 Cr3O4s4[C]3[Cr]4{CO}g 不锈钢冶炼技术核心不锈钢冶炼技术核心 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院25 在饱和氧的熔池中铬、碳和温度的关系在饱和氧的熔池中铬、碳和温度的关系 对于对于Cr18的不 锈钢，若使 的不 锈钢，若使C降至降至 0.12以下，溶池 温度可达到 以下，溶池 温度可达到 1825℃ ，炉衬将 很快毁坏。 ℃ ，炉衬将 很快毁坏。 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院26 考虑考虑Pco 的影响，热力学计算式为 其中其中 的影响，热力学计算式为 其中其中T为绝对温度为绝对温度K [Cr]和和[C]分别为熔池中分别为熔池中Cr和和C的重量百分 浓度。 的重量百分 浓度。 Pco 为气相中一氧化碳的分压，单位为为气相中一氧化碳的分压，单位为atm。 由此式得到减压操作有利于不锈钢冶炼的启示 。 由此式得到减压操作有利于不锈钢冶炼的启示 降低气相中的降低气相中的Pco －－稀释－－稀释AOD 降低气相总压强 －－真空降低气相总压强 －－真空VOD 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院27 AOD Argon-oxygen decarburization furnace 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院28 主要装备有主要装备有 钢桶钢桶 真空罐真空罐 氧枪氧枪 加料系统加料系统 取样测温取样测温 真空系统真空系统 控制系统控制系统 VOD Vacuum-oxygen decarburization furnace 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院29 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院30 不锈钢的冶炼方法，主要有三大类不锈钢的冶炼方法，主要有三大类 单炉冶炼法（一步法）单炉冶炼法（一步法） 双联冶炼法（二步法）双联冶炼法（二步法） 三联冶炼法（三步法）三联冶炼法（三步法） 不锈钢冶炼工艺不锈钢冶炼工艺 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院31 冶炼方法冶炼方法工艺工艺特点特点 EAFAOD或VODEAFAOD或VOD废钢冶炼废钢冶炼 EAFK-OBM-SEAFK-OBM-S废钢冶炼废钢冶炼 EAFK-OBM-S或CLUEAFK-OBM-S或CLU废钢冶炼废钢冶炼 KMS-SK-OBM-SKMS-SK-OBM-S铁水脱P、S铁水脱P、S KMS-SK-OBM-SVODKMS-SK-OBM-SVOD铁水脱P、S铁水脱P、S EAFK-OBM-SVODEAFK-OBM-SVOD铁水脱P、S铁水脱P、S 三步法三步法 二步法二步法 不锈钢冶炼工艺不锈钢冶炼工艺 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院32 以电弧炉冶炼为主，根据原料条件，又分为三种 工艺 以电弧炉冶炼为主，根据原料条件，又分为三种 工艺 返回吹氧法以返回料为主，吹氧氧化脱碳 冶炼。 返回吹氧法以返回料为主，吹氧氧化脱碳 冶炼。 装入法全部使用返回料，不氧化。装入法全部使用返回料，不氧化。 或低碳废钢－铁合金，不氧化冶炼。或低碳废钢－铁合金，不氧化冶炼。 新料氧化法碳钢－铁合金，氧化冶炼。新料氧化法碳钢－铁合金，氧化冶炼。 一步法冶炼不锈钢工艺一步法冶炼不锈钢工艺 Witton公司和联合碳化物公司相继发明公司和联合碳化物公司相继发明VOD和和AOD精炼后， 二步法和三步法逐渐取代了电炉单炼不锈钢的一步法。 精炼后， 二步法和三步法逐渐取代了电炉单炼不锈钢的一步法。 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院33 60年代以来最主要的冶炼方法，主要是电弧炉熔 化＋二次精炼 年代以来最主要的冶炼方法，主要是电弧炉熔 化＋二次精炼 EAF－－AOD是世界范围内最主要的冶炼方 法，约占不锈钢生产量的 是世界范围内最主要的冶炼方 法，约占不锈钢生产量的70。。 EAF－－VOD，国内采用较多，主要用于生产 高质量的不锈钢。 ，国内采用较多，主要用于生产 高质量的不锈钢。 EAF－－CLU，采用水蒸汽代替，采用水蒸汽代替AOD炉的氩气。炉的氩气。 二步法冶炼不锈钢工艺二步法冶炼不锈钢工艺 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院34 AOD冶炼工艺冶炼工艺 AOD可与电弧炉双联，也可与转炉双联， 也可与感应炉双联。其中以与电弧炉 双联为主。 可与电弧炉双联，也可与转炉双联， 也可与感应炉双联。其中以与电弧炉 双联为主。 电 弧 炉 熔 化 － 熔 清 碳 范 围 较 宽 ， 为电 弧 炉 熔 化 － 熔 清 碳 范 围 较 宽 ， 为 1.03.0C，出钢温度≥，出钢温度≥ 1550℃ 。℃ 。 AOD氧化脱碳氧化脱碳O2/Ar3/1逐渐减为逐渐减为2/1、、 1/1、、1/3，甚至纯，甚至纯Ar达到碳的目标值。达到碳的目标值。 AOD还原精炼吹氧过程中约有还原精炼吹氧过程中约有2Cr氧 化成渣，须加 氧 化成渣，须加FeSi还原，使还原，使Cr回收率 达 回收率 达99并脱硫。并脱硫。 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院35 EAFAOD二步法冶炼不锈钢工艺流程二步法冶炼不锈钢工艺流程 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院36 VOD冶炼工艺冶炼工艺 VOD可与电弧炉双联，也可与转 炉双联 可与电弧炉双联，也可与转 炉双联 电弧炉初炼为了更多地使用廉 价的高碳铬铁，配碳可提高 至 电弧炉初炼为了更多地使用廉 价的高碳铬铁，配碳可提高 至1.5C，熔清后吹氧脱碳 至 ，熔清后吹氧脱碳 至0.30.4 C，然后在电弧 炉内加含 ，然后在电弧 炉内加含Si合金预还原合金预还原 VOD真空下吹氧脱碳真空下吹氧脱碳 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院37 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院38 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院39 VOD炉的脱碳主要由开始 吹氧的温度、真空度、供 氧速度、终点真空度 炉的脱碳主要由开始 吹氧的温度、真空度、供 氧速度、终点真空度真空 泵的启动台数 真空 泵的启动台数及底吹氩流 量进行控制。 及底吹氩流 量进行控制。VOD炉的操 作实例的工艺参数如图所 示。 炉的操 作实例的工艺参数如图所 示。 VOD炉脱碳工艺炉脱碳工艺 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院40 进入进入VOD炉的钢水条件为炉的钢水条件为C≤≤0．．3％、％、 Si≤≤0．．3％，并扒渣。初期脱碳时，为％，并扒渣。初期脱碳时，为 了减少喷溅量，适当提高氧枪的高度，了减少喷溅量，适当提高氧枪的高度， 在真空度达到在真空度达到50200Torr后开始吹氧，后开始吹氧， 并不断提高真空度。到脱碳末期，供氧并不断提高真空度。到脱碳末期，供氧 速度要减小，氩气搅拌要强化。临近脱速度要减小，氩气搅拌要强化。临近脱 碳终点时提前停氧，用氩气搅拌促使真碳终点时提前停氧，用氩气搅拌促使真 空下空下[C]与与[O]的反应。的反应。VOD炉脱碳速度炉脱碳速度 一般约为一般约为0．．02％％min，如图所示。超低，如图所示。超低 碳不锈钢的精炼加强氩气搅拌和适当控碳不锈钢的精炼加强氩气搅拌和适当控 制温度。制温度。 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院41 带有强搅拌的带有强搅拌的VOD法称为法称为SS-VOD法。与传统法。与传统VOD法相比，强搅拌法相比，强搅拌VOD法法 SS VOD采用多个包底透气砖或咖采用多个包底透气砖或咖2～～4mm不锈钢管吹氩，氩流量可由 通常的 不锈钢管吹氩，氩流量可由 通常的40～～150L/min标态标态增大到增大到1200～～2700L/min标态标态 ，碳含量可达 到 ，碳含量可达 到30～～10ppm的水平，适于冶炼超低碳不锈钢和超纯铁素体不锈钢。的水平，适于冶炼超低碳不锈钢和超纯铁素体不锈钢。 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院42 是最近几年新出现的冶炼工艺，其特点是是最近几年新出现的冶炼工艺，其特点是 用于高炉－转炉流程，适于年产量达用于高炉－转炉流程，适于年产量达50万吨级的 不锈钢生产流程。 万吨级的 不锈钢生产流程。 使用使用VOD炉做为最终精炼炉，以获得更优的冶 金质量。 炉做为最终精炼炉，以获得更优的冶 金质量。 投资规模较高，但合金由于收得率的提高，生产 成本较低。 投资规模较高，但合金由于收得率的提高，生产 成本较低。 三步法冶炼不锈钢工艺三步法冶炼不锈钢工艺 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院43 三联工艺以铁水为主要原料，目前已占不锈钢生 产量的 三联工艺以铁水为主要原料，目前已占不锈钢生 产量的23主要工艺要求主要工艺要求 铁水必须脱铁水必须脱P，≤，≤ 0.015 转炉需有外热源，如预熔化等转炉需有外热源，如预熔化等 转炉顶底复吹，转炉顶底复吹，K-OBP、、K-OBM 可加铬矿球团等进行熔融还原可加铬矿球团等进行熔融还原 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院44 应用三步法生产不锈钢的主要厂家应用三步法生产不锈钢的主要厂家 日本川崎千叶厂日本川崎千叶厂K-OBM-S 南非哥伦布厂南非哥伦布厂K-OBM-S 南非伊斯柯厂南非伊斯柯厂K-OBM-S 台湾中钢公司台湾中钢公司CSCB 日本新日铁八幡厂日本新日铁八幡厂LD-OB 巴西阿塞斯特厂巴西阿塞斯特厂MRP-L 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院45 巴西巴西Acesta厂厂德马克技术德马克技术，年生产能力，年生产能力30万吨不锈钢万吨不锈钢 原生产流程为原生产流程为EAF-AOD35t，改造后生产成本平均降低了，改造后生产成本平均降低了4.48。。 高炉铁水高炉铁水 450t 混铁炉混铁炉 三脱，脱三脱，脱P、、S、、Si 废钢，铁合金废钢，铁合金 2 33tEAF MRP-L 1 70t70t 铁水罐铁水罐VOD 板坯连铸板坯连铸 LF 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院46 川崎制铁开发的利用南非铬矿砂、采用熔融还原为特 点的工艺生产不锈钢，主要包括 川崎制铁开发的利用南非铬矿砂、采用熔融还原为特 点的工艺生产不锈钢，主要包括 （（1）铬矿砂转炉熔融还原工艺；）铬矿砂转炉熔融还原工艺； （（2）顶底复吹转炉脱）顶底复吹转炉脱C工艺；工艺； （（3））VOD炉深脱炉深脱C工艺；工艺； （（4）处理炼钢含铬粉尘的）处理炼钢含铬粉尘的STAR熔融还原工艺；熔融还原工艺； （（5）高质量连铸。）高质量连铸。 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院47 川崎制铁不锈钢生产工艺示意图川崎制铁不锈钢生产工艺示意图 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院48 双转炉工艺自双转炉工艺自1982年在日本的川崎制钢工业试验成功年在日本的川崎制钢工业试验成功 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院49 转炉工艺的改进转炉工艺的改进 尽管尽管AOD炉已经做了大量改进，但由于其耐火材料 特别是风口区的耐材寿命有限，其利用率相对来讲仍然 较低。除了维持较低的氧气及惰性气体消耗外，还要提 高转炉寿命，提高生产率。 炉已经做了大量改进，但由于其耐火材料 特别是风口区的耐材寿命有限，其利用率相对来讲仍然 较低。除了维持较低的氧气及惰性气体消耗外，还要提 高转炉寿命，提高生产率。 八十年代初开发了八十年代初开发了K-OBM-S自供热型工艺解决自供热型工艺解决AOD 技术不足之处。将氧气经由垂直装在炉底的由碳氢化合 物保护的风嘴吹入溶池。由于碳氢化合物的分解而在风 口及周围耐火材料上形成保护性蘑菇头，从而保护了风 口免受熔池中钢液的浸蚀，延长风口和周围耐火材料的 寿命。 技术不足之处。将氧气经由垂直装在炉底的由碳氢化合 物保护的风嘴吹入溶池。由于碳氢化合物的分解而在风 口及周围耐火材料上形成保护性蘑菇头，从而保护了风 口免受熔池中钢液的浸蚀，延长风口和周围耐火材料的 寿命。 与与AOD工艺相比，工艺相比，K－－OBM－－S工艺能快速熔化大 块炉料 工艺能快速熔化大 块炉料废料，高碳铬铁废料，高碳铬铁，这是由于底吹氧改善了溶池 运动的缘故。 ，这是由于底吹氧改善了溶池 运动的缘故。 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院50 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院51 KMS-S/K-OBM-S工艺的三个主要优点工艺的三个主要优点 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院52 企业企业工艺流程工艺流程特点特点局限性局限性 日本日本JFE 千叶四厂千叶四厂 DEP→→SR-KCB →→DC- KCB →→VOD →→CCM 以铁水为原料以铁水为原料,双转 炉冶炼 双转 炉冶炼,可用铬原矿可用铬原矿 废钢使用量≤废钢使用量≤10 , 原料结构不灵活。原料结构不灵活。 巴西巴西ACESITA 厂厂 DEP EAF →→MRP →→VOD →→LF →→CCM 以铁水为主要原料以铁水为主要原料, 三步法工艺。三步法工艺。 MRP 转炉底部不能 供氧 转炉底部不能 供氧,冶炼时间大于冶炼时间大于 80min ,炉机匹配差。炉机匹配差。 韩国浦项第二炼 钢厂 韩国浦项第二炼 钢厂 EAF →→AOD-L→→VOD →→CCM 以废钢为原料以废钢为原料,三步 法工艺。 三步 法工艺。 只能使用废钢。只能使用废钢。 韩国浦项第一、 三炼钢厂 韩国浦项第一、 三炼钢厂 EAF →→AOD-L→→CCM以废钢为原料以废钢为原料,二步 法工艺。 二步 法工艺。 只能使用废钢只能使用废钢,品种 少。 品种 少。 中国太钢第二炼 钢厂 中国太钢第二炼 钢厂 DDD EAF→→K-OBM- S→→VOD LF→→CCM 以铁水为原料以铁水为原料, 三步 法工艺。 三步 法工艺。 K-OBM-S搅拌能力 差，直接生产低碳钢 种能力差 搅拌能力 差，直接生产低碳钢 种能力差 主要不锈钢厂工艺流程主要不锈钢厂工艺流程 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院53 主要内容主要内容 Contents 前言前言 Introduction 不锈钢生产工艺流程不锈钢生产工艺流程 Manufacturing process of stainless steel 轴承钢生产工艺流程轴承钢生产工艺流程 Manufacturing process of bearing steel 弹簧钢生产工艺流程弹簧钢生产工艺流程 Manufacturing process of spring steel 结论结论 Conclusion 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院54 轴承钢最重要的性能指标是轴承钢最重要的性能指标是疲劳寿命疲劳寿命。。 影响轴承钢寿命的重要指标是钢中氧含量，钢中影响轴承钢寿命的重要指标是钢中氧含量，钢中[O] 控制在控制在10ppm为好。为好。 最好水平最好水平[O] ＝＝3－－5ppm。国内。国内10ppm左右。左右。 控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别。控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别。 GCr15是最常用轴承钢是最常用轴承钢 C0.95-1.05 Mn 0.9-1.20 Si0.40-0.65 Cr 1.30-1.65 S,P0.020 轴承钢性能要求轴承钢性能要求 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院55 电炉冶炼工艺电炉冶炼工艺UHPEAF＋＋LFVD（或（或RH））CC LF出钢后，扒渣（倒渣）出钢后，扒渣（倒渣）2/3，渣层厚度应保持，渣层厚度应保持40－－ 70mm，扒渣时间，扒渣时间3min。。 扒渣完毕扒渣完毕LF钢包入钢包入VD处理工位，接通氩气，调节流量处理工位，接通氩气，调节流量 50－－80NL/min，同时测温、取样，加入硅石，同时测温、取样，加入硅石2 kg/mm，调整炉渣碱度，调整炉渣碱度R1 .2－－1 .5。。 测温、取样后测温、取样后VD加盖密封，抽真空。加盖密封，抽真空。 真空泵启动期间，调整氩气流量保持真空泵启动期间，调整氩气流量保持30 －－40NL/min。。 轴承钢冶炼工艺轴承钢冶炼工艺 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院56 真空保持时间真空启动后，工作压力达到真空保持时间真空启动后，工作压力达到67 Pa时，保 持时间≥ 时，保 持时间≥15min。 真空保持期间调整氩气流量 。 真空保持期间调整氩气流量 70NL/min左右，并通过观察 孔观察钢水沸腾情况，及时调整，保持均匀沸腾。 终脱氧后解除真空、开盖、测温，软吹 左右，并通过观察 孔观察钢水沸腾情况，及时调整，保持均匀沸腾。 终脱氧后解除真空、开盖、测温，软吹15－－25min，氩 气流量 ，氩 气流量 70-100NL/min左右，控制渣面微动为宜。 软吹结束后，测温、取样，加保温剂出钢，出钢温度 左右，控制渣面微动为宜。 软吹结束后，测温、取样，加保温剂出钢，出钢温度 1530－－1540℃。℃。 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院57 钢厂钢厂工艺流程工艺流程投产日期投产日期 上钢五厂大电炉上钢五厂大电炉100t EAF-120t LF-VD-CC220220 mm100t EAF-120t LF-VD-CC220220 mm2 2 97.397.3 兴澄滨江兴澄滨江100t DC EAF-100t LF-VD-CC300300 mm100t DC EAF-100t LF-VD-CC300300 mm2 2 97.1197.11 无锡钢厂无锡钢厂30t EAF-40t LF-VD-CC180220 mm30t EAF-40t LF-VD-CC180220 mm2 2 00.200.2 大冶四炼大冶四炼50t EAF-60t VHD-CC350470 mm50t EAF-60t VHD-CC350470 mm2 2 01.1201.12 西宁三炼西宁三炼60t EAF-60t LF-VD-CC235265 mm60t EAF-60t LF-VD-CC235265 mm2 2 97.1197.11 抚顺特钢抚顺特钢50t EAF-60t LF-VD-CC280320 mm50t EAF-60t LF-VD-CC280320 mm2 2 98.998.9 莱芜特钢莱芜特钢50t EAF-60t LF-VD-CC260300 mm50t EAF-60t LF-VD-CC260300 mm2 2 02.602.6 北满特钢北满特钢90t EAF-100t LF-CC240240 mm90t EAF-100t LF-CC240240 mm2 2 02.502.5 郑州永通郑州永通10t EAF-20t LF-CC130130 mm10t EAF-20t LF-CC130130 mm2 2 95.895.8 国内典型轴承钢连铸工艺流程国内典型轴承钢连铸工艺流程 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院58 转炉冶炼工艺转炉冶炼工艺BOF＋＋LFCAS（或（或RH））CC 转炉冶炼轴承钢优点转炉冶炼轴承钢优点 降低钢液中残余元素；降低钢液中残余元素； 冶炼周期较短；冶炼周期较短； 缺点氧含量难以降低；缺点氧含量难以降低； 在在BOF-LF-CAS流程中流程中LF的主要任务是升温和化渣的主要任务是升温和化渣,CAS的主 要任务是吹氩搅拌和调整成分 的主 要任务是吹氩搅拌和调整成分,脱氧和脱硫通过采用高效脱氧 变性剂在出钢过程完成 脱氧和脱硫通过采用高效脱氧 变性剂在出钢过程完成,。因此。因此,采用转炉流程生产高质量轴承 钢 采用转炉流程生产高质量轴承 钢,必须注意对必须注意对转炉无转炉无氧化氧化渣出钢或炉后除渣技术渣出钢或炉后除渣技术和和高效精炼 技术 高效精炼 技术这两个关键技术的开发和应用。这两个关键技术的开发和应用。 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院59 项目项目瑞典瑞典SKF德国德国GMH意大利意大利ABS日本山阳日本山阳江阴兴澄江阴兴澄 电炉炉型电炉炉型ACDCACACDC 出钢量出钢量 /t100122～～1328090100 出钢方式出钢方式OBTEBTEBTEBTEBT 废钢比例 ／％废钢比例 ／％10010010010060（（40％）％） 精炼方式精炼方式ASEA-SKFLFLFLFLF 精炼渣精炼渣合成合成活性石灰活性石灰石灰石石灰石合成合成活性石灰活性石灰 搅拌形式搅拌形式电磁电磁底吹氩底吹氩底吹氩底吹氩底吹氩底吹氩底吹氩底吹氩 真空方式真空方式VDVDVDRHVD 浇注方式浇注方式模铸模铸连铸连铸连铸连铸连铸和模铸连铸和模铸连铸连铸 保护渣保护渣有有有有有有有有有有 国内外国内外5家轴承钢生产企业的工艺和设备特点家轴承钢生产企业的工艺和设备特点 2007-9-26北京科技大学冶金与生态工程学院60 厂家厂家生产工艺生产工艺T.O 10 T.O 10-6 -6 Ti 10 Ti 10-6 -6 Al / Al / S / S / P / P / SKFSKF100t EF-除渣-ASEA-SKF-IC100t EF-除渣-ASEA-SKF-IC8.18.113.413.40.0360.0360.0200.0200.0080.008 山阳山阳90t EF-倾动式出钢-LF-RH-IC90t EF-倾动式出钢-LF-RH-IC8.38.314～～150.011～0.0220.011～0.0220.002～0.0130.002～0.013－－ 山阳山阳90t EF-倾动式出钢-LF-RH-CC90t EF-倾动式出钢-LF-RH-CC5.85.814～～150.011～0.0220.011～0.0220.002～～0.013－－ 山阳山阳90t EF-偏心炉底出-LF-RH-CC90t EF-偏心炉底出-LF-RH-CC5.45.4