【文章內容簡介】 i Mo 含量 (%) ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 22~23 ~ ~ 力學性能：抗拉強度 σb≥640Mpa 屈服點 σs(MPa)≥862 硬度 (HV)=273 延伸率： δ≥25% 應用領域：雙相不銹鋼 2205 合金是由 21%鉻 ,%鉬及 %鎳氮合金構成的復式不銹鋼。它具有高強度、良好的沖擊韌性以及良好的整體和局部的抗應力腐蝕能力。2205 雙相不銹鋼的屈服強度是奧氏體不銹鋼的兩倍，這一特性使設計者在設 計產(chǎn)品時減輕重量 。因此主要應用于以下領域： 1)壓力器皿、高壓儲藏罐、高壓管道、熱交 換器 (化學加工工業(yè) )； 2)石油天然氣管道、熱交換器管件 ； 3)污水處理系統(tǒng) ； 4) 紙漿和造紙工業(yè)分類器、漂白設備、貯存處理系統(tǒng) ； 5)高強度耐腐蝕環(huán)境下的回轉軸、壓榨輥、葉片、葉輪等 ； 6)輪船或卡車的貨物箱 ； 7)食品加工設備 。 (4)鋼種 316(標準 GB/T)占 25% 表 14 鋼種 316 的成分 化學成分 C Si Mn P S Cr Ni Mo 含量 (%) ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 16~ 10~14 ~ 力學性能：抗拉強度 σb≥620Mpa 屈服點 σs(MPa)≥310 延伸率： δ≥30% 應用領域： 316 不銹鋼， ， 因添 加 Mo，故其耐蝕性、耐大氣腐蝕性和高溫強度特別好，可在苛酷的條件下使用；加工硬化性優(yōu) (無磁性 )。 海水里用設備、化學、染料、造紙、草酸、肥料等生產(chǎn)設備；照像、食品工業(yè)、沿海地區(qū)設施、繩索、 CD 桿、螺栓、螺母。 表 15 產(chǎn)品大綱 產(chǎn)品 304 316L 2205 316 產(chǎn)品所占比例 (%) 40 20 15 25 金屬平衡圖 煉鋼廠生產(chǎn)的物料平衡是指某一時期進入該廠的各項原材料的量與同一時期生產(chǎn)出來的合格坯 (錠 )量，排出的爐渣、工業(yè)垃圾、廢氣以及可回收的煙塵等的量所作的平衡計算。也就是一個鋼廠生產(chǎn)的投入與產(chǎn)出的平衡關系。煉鋼過程 消耗的原料以金屬料 (鋼鐵原料與合金料 )量為最大，所以物料平衡中宜以金屬料平衡為主。圖 11為年產(chǎn) 260 萬 噸合格不銹鋼鋼坯的金屬料流程圖 。 合 格 坯2 6 0精 軋 切 頭2 . 6 0成 品2 4 9 . 5 0氧 化 鐵 皮2 . 6 01 . 0 0 %9 5 . 9 6 %1 . 0 0 %廢 品5 . 3 02 . 0 4 %連 鑄 廢 品2 . 6 21 . 0 0 %鋼 坯2 6 2 . 6 3 9 9 . 0 %連 鑄 切 頭3 . 7 9中 間 罐 結 殼3 . 2 5中 間 包 鋼 水2 7 0 . 7 51 . 2 0 % 1 . 4 % 9 7 %0 . 4 %氧 化 鐵 皮1 . 0 8事 故 廢 鋼1 . 9 1鋼 包 鋼 水2 7 2 . 6 69 9 . 3 %0 . 7 %冶 煉 廢 鋼5 . 8 6熔 損1 4 . 6 6入 爐 的 金 屬 料2 9 3 . 1 89 3 . 0 0 %2 . 0 0 % 5 . 0 0 %外 購 金 屬2 6 2 . 8 98 9 . 6 7 %直 接 回 爐 料2 2 . 7 3間 接 回 爐 金 屬7 . 5 67 . 7 5 % 2 . 5 8 %渣 損1 0 . 3 41 7 . 0 0 % （ 0 . 4 4 ）3 0 . 0 0 %（ 4 . 4 0 ）7 0 . 0 0 % （ 1 0 . 2 6 ）9 3 . 0 0 % （ 1 . 0 0 ）7 . 0 0 % （ 0 . 0 8 ）8 3 . 0 0 % （ 2 . 1 6 ） 圖 11 常規(guī)弧形連鑄機連鑄熱裝工藝的金屬料流程圖 (單位： wt/a) 合金元素對不銹鋼組織 (性能 )的作用 不銹鋼的組織是由鋼的化學成分決定的。在不銹鋼的化學成分中對組織的作用分為兩類。一類是奧氏體形成元素，另一類是鐵素體形成元素。所謂的奧氏體就是構成鋼的基體的最小單位是晶鉻，晶格中原子的排列形式是面心立方體。所謂的鐵素體，就是晶格中的原子的排列形式是體心立方晶體。因為無論是奧氏體還是鐵素體形成元素，在各類不銹鋼中都或多或少同時存在，所以具體的不銹鋼是什么組織最終是由兩類形成元素的比例所決定的。從下圖 12 可以看到各元素的當量值和由當量比所決定的組織。 圖 12 修正 的舍菲爾不銹鋼組織圖 鎳 通常用以形成并穩(wěn)定奧氏體的組織。在不銹鋼中多將鎳和鉻配合使用，以獲得奧氏體－鐵素體雙相組織或單相奧氏體組織，使鋼具有更好的耐蝕性和良好的形變及焊接性能。 鉬能增加不銹鋼的耐蝕性，特別是對那些鉻的鈍化作用不夠的還原性介質和存在氯離子的介質。在某種情況下，鉬還能夠提高鉻鎳不銹鋼的抗晶間腐蝕的能力。 銅可以提高鐵素體鉻不銹鋼在某些還原性介質中的耐蝕性，并改變其韌性。在奧氏體不銹鋼中加銅，可顯著提高其在硫酸中的耐蝕性。 錳和氮都是促進奧氏體形成的元素，因而可以代鎳。但錳本身并不防蝕，不能單獨 使用，只用以代替部分的鎳。 碳在不銹鋼中將與鉻形成碳化物，含碳量越高，形成的碳化鉻越多，固溶體中的含鉻量越低，鋼的電極電位就越低，因此鋼的耐蝕性也越低，因而不銹鋼一般要求較低的含碳量。但是，不銹鋼的強度和硬度則隨不銹鋼的含碳量的增加而提高，因此，用以制造要求高硬度和高耐磨性的滾動軸承、刃具、彈簧等不銹鋼，其含碳量較高，但需相應提高其含鉻量 (如 9Cr18)。 鈦和鈮與碳親和力比鉻大，在不銹鋼中能夠優(yōu)先形成碳化物，使鉻能基本溶于固溶體中，從而避免晶界貧鉻，減輕晶間腐蝕傾向。 鋁和硅能在鋼的表面形成一層致密的氧化 膜，提高鋼的耐蝕性。 在不銹鋼常用的合金元素中，鉻、鉬、硅、鋁、鈦、鈮等是鐵素體形成元素，而碳、鎳、錳、氮是奧氏體元素。 此外， S 降低鋼的延展性及韌性，沖擊韌性的下降最為嚴重 。損害鋼的抗蝕性能，造成焊熱裂，氣孔及疏松。 P 提高鋼的強度，降低塑性和韌性，碳量越高引起的脆性越大 ，改善鋼的耐磨性和耐蝕性及切削加工性能，但對焊接性能不利。 Si 提高鐵素體和奧氏體的硬度和強度，顯著提高鋼的彈性極限、屈服強度，降低鋼的密度、熱導率、導電率和電阻溫度系數(shù) ， 提高溫度時鋼的抗氧化性能和屈服強度、疲勞強度降低 ， 但硅含量高時，表 面脫碳加劇 ， 硅 還會 降低鋼的可焊性 。 第 二 章 工藝流程的選擇與論證 根據(jù)鋼種特性，設計中采用的煉鋼工藝流程大致如下： 高碳鉻鐵、金屬鎳板 → 電爐熔化 鐵水供應 (混鐵車 )→ 脫磷轉爐 →AOD 轉爐 → 鋼包 → 連鑄 下面具體地描述各個環(huán)節(jié)中采用的具體方法及其原因。 轉爐車間原材料供應 轉爐煉鋼使用的原料包括：鐵水、廢鋼、散裝料 (石灰、白云石、螢石、氧化鐵皮、鐵礦石、焦炭等 )和鐵合金。 煉鋼廠的物料運輸方式包括：吊車運輸、鐵路運輸和皮帶運輸。 鐵水是轉爐煉鋼的主要原料。設計中鐵水由混鐵車運輸至 脫 磷轉爐 進行 脫磷硫得到磷硫較低的鋼水，得到的鋼水 經(jīng)扒渣倒入煉鋼 鋼 水罐，經(jīng)稱量后送至 AOD 轉爐跨，再用吊車，吊上 鋼 水罐，入 AOD 轉爐 ，并 兌 入高碳鉻鐵、金屬鎳的熱熔混合液 。 廢鋼由汽車運輸?shù)綇U鋼間，廢鋼入爐是通過廢鋼槽運往裝料跨裝入轉爐。 散裝料包括生石灰、白云石、鐵礦石、氧化鐵皮、焦炭等。供應系統(tǒng)包括散裝料堆場、地下料倉、由地下料倉送往主廠房的運料設施、轉爐上方高位料倉、稱量和向轉爐加料的設施。散裝料由成品料倉和中間倉經(jīng)皮帶運輸至地下料倉，再由皮帶運往高位料倉。 鐵合金的供應一般由煉鋼廠鐵合金 車 間、車間鐵合金料 倉及稱量和輸送設施、向爐子 加料設施等幾部分組成。把鐵合金自卸式料罐用汽車、火車運到主廠房 爐子 跨，再用吊車卸入車間鐵合金料倉，經(jīng)皮帶運輸至高位料倉儲存，經(jīng)稱量后由皮帶機及中間料斗加入 電爐 中 熔化 。 鋼渣由渣罐車運往渣處理間。 脫磷轉爐 由于 AOD 轉爐不能脫磷，因此入 AOD 的鋼水要求磷很低，脫磷轉爐的主要目的是把鐵水中的磷脫的足夠的低，同時脫去大部分的硫。 一爐鋼的冶煉過程 從裝料起到出鋼、倒完渣為止，轉爐一爐鋼的冶煉過程包括裝料、吹煉、脫氧、出鋼、濺渣護爐和倒渣 六 個階段。一爐鋼的吹氧時間設計中為 16 分鐘，冶煉周期為33 分鐘。 吹煉過程中熔渣成分與鋼中元素氧化、成渣情況有關。渣中 CaO 含量、堿度隨冶煉時間延長逐漸提高，中期提高速度稍慢；渣中氧化鐵 (FeO)含量前后期較高，中期降低；渣中 SiO MnO、 P2O5含量取決于鋼中 Si、 Mn、 P 氧化的數(shù)量和熔渣中其他組成含量的變化。 吹煉過程中金屬升溫大致分三階段：第一階段升溫速度很快，第二階段升溫速度趨緩慢，第三階段升溫速度又加快。出鋼溫度約 1650～ 1680℃ 。 裝入制度是指一個爐役期中裝入量的安排。裝入制度有三種：定量裝入、定深裝入、分階段定量裝入法 。分階段定量裝入法兼有前兩者的優(yōu)點，是生產(chǎn)中最常見的轉入制度，設計中就采用分階段定量裝入。 轉爐煉鋼的裝入量是指煉一爐鋼時鐵水和廢鋼的裝入數(shù)量，它是決定轉爐產(chǎn)量、爐齡及其他技術經(jīng)濟指標的重要因素之一。在轉爐爐役的不同時期，有不同的合理的裝入量。 轉爐一般有底吹、頂吹和頂?shù)讖秃洗怠ＴO計中采用復吹。 氧氣轉爐的頂?shù)讖秃洗禑捠侵福河赊D爐頂部吹氧氣 +底部吹惰性、中性氣體 (或部分氧氣 +石灰粉 )的煉鋼方法。其優(yōu)點是：加強了熔池的攪拌；氧的利用率提高、冶煉周期縮短、鐵損和脫氧劑消耗降低；充分發(fā)揮頂吹易造渣的特點，實現(xiàn)中前 期脫磷；底部吹氬氣和氮氣，提高了爐底耐火材料和供氣元件的壽命，克服了底吹保護性介質CH 的使用，避免了鋼種含 H 增高的問題。 頂吹轉爐 操作靈活，可以控制脫碳、脫磷同時進行，熔渣氧化性高，成渣條件好 ，但熔池攪拌差，熔池成分、溫度不均勻性大，容易產(chǎn)生噴濺和金屬損失，渣中有很高的氧化鐵 (FeO)；底吹轉爐熔池攪拌強烈，可以避免過氧化，吹煉平穩(wěn)、金屬損失少，但成渣慢，且冶煉過程中，渣中的氧化鐵 (FeO)不高，不利于石灰熔化，冶煉初期不能形成高的氧化鐵 (FeO)、一定堿度及流動性的爐渣；爐底耐火材料的壽命不長，噴嘴的維 護困難。復吹轉爐兼有這兩者的優(yōu)點，同時避免了兩者的缺點，且頂?shù)讖秃洗捣ǖ撞看档牟皇茄鯕舛堑獨獾确茄趸詺怏w，所以既達到加強攪拌的目的又避免了單純底吹的底部供氣元件容易燒壞的缺點。因此設計中就采用頂?shù)讖秃洗缔D爐。 終點碳的控制 本設計并未涉及終點碳的控制，但終點碳的控制是煉鋼過程的一個重要技術操作，在此略做介紹。 在轉爐冶煉的過程中最重要的是終點碳的控制，那直接關系到最后所出鋼水能否達到所煉鋼種的要求。終點碳控制的方法有三種：拉碳法、增碳法、高拉碳。 (1) 低增碳法 轉爐煉綱終點控制方法之一。在 吹煉平均含碳量 ≥%的鋼種時，皆采取吹到 %～ %C 時便停吹，然后按所煉鋼種的規(guī)格，再在鋼包中增碳。該法省去了中途倒爐取樣和校正補吹，因而生產(chǎn)率高；終渣好，有利于減少噴濺和提高供氧強度；但 增加廢鋼用量，廢鋼比高，且必須采用低硫、低灰分并 干燥 的增碳劑。 (2) 拉碳法： 轉爐煉鋼終點控制方法之一，即在熔池含碳量達到出鋼要求時便停止吹氧 。 這種方法在吹煉終點時不但熔池的硫、磷和溫度等符合出鋼要求，而且熔池中 的 碳加上鐵合金帶入的碳也能符合所煉鋼種的規(guī)格，不需再專門向金屬追加增碳劑增碳。該法金屬收得 率高、錳鐵消耗少；渣中 FeO 低，有利于提高爐齡；鋼中氣體、夾雜含量較低。提高一次命中率是發(fā)揮拉碳法優(yōu)越性的重要手段。 (3) 高拉碳法： 是指熔池含碳量達到出鋼要求時停止吹氧，此時熔池中不但硫磷和溫度符合出鋼溫度要求，而且計入鐵合金帶入金屬中的碳后，鋼水中的碳也能符合所煉鋼種的規(guī)格要求。 ―高拉碳法 ‖控制終點，由于縮短了冶煉時間，終點鋼水含氧量較低，溶于鋼液中的氫氣、氮氣也較少，鋼液的內生非金屬夾雜物少，從而減少了鋼中氣體對鋼性能的影響，鋼水質量有明顯改善。且終渣中 (FeO)含量較低，減少對 爐襯的化學侵蝕， 對延長爐齡十分有利。但是 ―高拉碳法 ‖爐內熱量收入少，不利于提高廢鋼比。 ―高拉碳法 ‖控制終點，冶煉時間縮短，不利于去除 P、 S。 AOD 轉爐精煉 鋼水爐外精煉又稱鋼水二次精煉或二次煉鋼。爐外精煉是將原來在轉爐里需要完成的鋼水精煉任務轉移到爐外的鋼包或專用容器中進行，以便更經(jīng)濟、更有效的獲得優(yōu)質的，多品種鋼水。幾乎任何一種精煉工藝都需要鋼水攪拌，以加速添加料的融化與均勻化，促進渣鋼反應，均勻鋼水的化學成分與溫度。最常用的攪拌手段是鋼水吹氬。這也是鋼水連鑄之前必不可少的預備處理。爐外精煉設備的種類很多，大致 分為5 類。 (1) 簡易的鋼包吹氬調溫、加合金裝置 (如喂絲裝備 )； (2) 具有氬氣保護氣氛的合金微調、噴粉精煉、吹氧化學升溫等功能的鋼包精裝備如CASOB 等； (3) 設有電極加熱具有電弧爐精煉功能的鋼包爐，如 LF 裝備； (4) 具有真空脫碳、脫氣等精煉功能的裝備，如 VOD、 RH 等 ； (5) 能控制爐內氣氛，具有精煉功能的特種轉爐，如 AOD 等。 對于不銹鋼的冶煉，需要特種轉爐，