【正文】 用壽命短 。 5 人員少、設備少，所以綜合成本較低 。 采用電爐與 AOD 的二步法工藝比較適合大型不銹鋼專業(yè)廠使用，生產(chǎn)的不銹鋼具有如下優(yōu)點 : 1 對原材料要求較低，電爐出鋼含 C 可達 2%左右，因此可以采用廉價的高碳 FeCr 和 20%的不銹鋼廢料作為原料，降低了操作成本 。將這兩種精煉設施的任何一種與電爐相配合，就形成了不銹鋼的二步法生產(chǎn)工藝。 二步法 :VOD 和 AOD 精煉裝置分別于 1965 年和 1966 年相繼開發(fā)成功，它們對不銹鋼生產(chǎn)工藝的變革起到了決定性作用。 一步法 :即 采用電爐一步冶煉不銹鋼。 如一些高水平的爐外精煉裝備，因軟件技術與國外相比存在明顯差距，而不能充分發(fā)揮其功能和效率，精煉爐的終點控制技術以及與初煉爐、連鑄工序街接技術的智能化尚待開發(fā)等等。如前所述，爐外精煉的發(fā)展是與連鑄的發(fā)展息息相關的，而且它己成為能否穩(wěn)定連鑄生產(chǎn)的關鍵環(huán)。如前所述， 90 年代末，日本、歐美等國的精煉比己超過 90%，而我國只有 % 1998 年 。 ③ 現(xiàn)存問題 我國爐外精煉雖有長足發(fā)展，但也存在不少有待解決的問題。 ②冶金效果 目前精煉品種涉及普通鋼、優(yōu)質鋼、合金鋼、特殊鋼和專用鋼等各個方面。 1998 年召開的煉鋼軋鋼工作會議上，又明確提出了“要像抓連鑄一樣，把發(fā)展爐外處理技術作為一項重大的戰(zhàn)略措施，放到優(yōu)先的位置上，保證流程工藝裝備結構 的全而優(yōu)化。 c. 呈現(xiàn)出系統(tǒng)化、規(guī)范化、優(yōu)質化的良好勢頭 1991 年召開了全國首次爐外處理技術工作會議，明確了“立足產(chǎn)品，合理選擇，系統(tǒng)配套，強調在線”的發(fā)展爐外處理技術基本方針和指導思想。除 WF 外，數(shù)量最多的是 LF，達 30 余臺，容量最大的也是 LF，為 300 噸。它們?yōu)楸酒髽I(yè)開發(fā)高質量鋼材品種和優(yōu)化煉鋼生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用，也為國內(nèi)其它同類企業(yè)起到示范作用。 80 年代，我國加快了爐外精煉的推廣應用步伐，國產(chǎn)的 LF 爐以及喂線和鋼水噴粉技術有所發(fā)展，引進了一部分技術和裝備，如寶鋼的大型 RH 裝置 以后發(fā)展成 HOB 。 70 年代，特鋼生產(chǎn)以及機電和軍工行業(yè)為了進行鋼水精煉，引進了一批真空精煉設備 如 武鋼的 RH，北重的 ASEASKF，撫鋼的 VODVAD 等 ，還試制了一批國產(chǎn)真空處理設備。但由于鋼包吹 Ar技術和蒸汽噴射泵制造技術尚未過關，以致無法在工業(yè)上推廣應用。 煉工藝方法的選擇與論證 1）應用概況：我國爐外精煉的開發(fā)應用始于 20 世紀 50 年代中后期。 圖 33 手指式豎爐電弧爐與傳統(tǒng)電弧爐能量平衡比較 綜上所述，手指式豎爐電弧爐具有很高的安全可靠性和良好的操作性能，在生產(chǎn)率、能量利用、原料靈活性等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)電弧爐，故本設計選擇其為冶煉爐。 手指的作用 :① 100 %廢鋼經(jīng)預熱加入爐內(nèi)；②噸鋼電耗降低約 100 kWh；③提高金屬收得率；④降低電極消耗；⑤縮短冶煉周期；⑥提高生產(chǎn)率；⑦降低生產(chǎn)成本；⑧降低噪音 和閃變；⑨降低粉塵排放；⑩縮短資金的回收期。因此 ,該電弧爐的冶煉成本能夠大大降低。此外還發(fā)現(xiàn)了附帶的好處 ,即布袋除塵室中爐塵鋅含量高達 40 %,因而有助于這樣的爐塵在相關工業(yè)中得到回收利用。 由于環(huán)境方面的原因 ,必須限制廢氣中未燃燒顆粒的數(shù)量 ,因而安裝在豎爐下方區(qū)域的氧油燒嘴不僅用于幫助廢鋼預熱 ,而且還能盡快提高廢氣溫度。 電弧爐配備的變壓器容量僅為每噸冶煉能力 ,同時 ,由于是對經(jīng)過預熱的廢鋼起 弧 ,因而電弧爐的電能輸入狀況有了很大改善。 在電弧爐冶煉過程中 ,通過向廢氣流中直接加入廢鋼而充分利用廢氣對廢鋼的預熱能力 ,不僅是利用有形能量 ,而且利用二次燃燒的化學能。 手指式豎爐電弧爐是德國 FUCHS 公司在 20 世紀 90 年代初開發(fā)和研制的，所謂“手指”是指在豎爐和電弧爐連通接口之間有單排或雙排的可通 過機械裝置開啟和關閉的手指狀托架。因此 , 超高功率電爐在70 年代后期得到了廣泛的應用 , 目前已經(jīng)成為現(xiàn)代電弧爐的總稱 , 是高效、節(jié)能的煉鋼設備。 根據(jù)生產(chǎn)鋼種及生產(chǎn)條件，本設計采用 130t 超高功率豎爐電弧爐。電弧爐的主要設備為變壓器和爐體兩大部分，固而基建費用低，投產(chǎn)快。因而在堿性電弧爐煉 鋼過程中能夠大量的去除鋼中的硫、磷、氧和其他雜質，提高鋼的質量，合金的回收率高且穩(wěn)定，鋼的化學成分比較容易控制，冶煉的鋼種也較多。在電弧爐中沒有可以燃燒的氣體。 。 b. 熱效率高。在冶煉過程中通過對電流和電壓的控制，可以靈活掌握冶煉溫度。電弧爐中電弧區(qū)溫度高達 4000℃以上，遠遠高于煉鋼所需的溫度，因而可以融 化各種高熔點的合金。 電弧爐煉鋼以電能為熱源，利用電極與爐料間產(chǎn)生的電弧的高溫來加熱和融化爐料。 ④ 采用電爐冶煉消耗高、生產(chǎn)成本高。 ③ 電弧加熱爐料時，產(chǎn)生物理熱大部分被包圍在加熱的爐料中，而且?guī)ё叩臒釗p失少，所以熱效率比轉爐煉鋼法要高。 ② 由于電爐加熱鋼水時會使熔池增碳，而電爐冶煉過程成分控制較為容易，故其優(yōu)勢鋼類為中、高碳鋼和高合金鋼。 ⑨轉爐冶煉是采用化學熱和物理熱，富裕熱量只能熔化 10％～ 15％廢鋼或合金，故不適宜冶煉高合金鋼，尤其不適宜煉合金工具鋼、難熔鎢鐵等高熔點合金。 ⑦轉爐冶煉周期短，生產(chǎn) 效率高，易于與精煉、連鑄形成高效化生產(chǎn)。 ⑤轉爐鋼水的氣體含量低， N≤ 20ppm， H≤ 3ppm。 ③氧氣轉爐煉鋼配以二次精煉的工序優(yōu)勢在于極高的生產(chǎn)速率和優(yōu)異的純度，因而適于低碳／超低碳、低殘余元素的鋼種，尤其是批量很大、合金含量較低的鋼種。①鐵水 的純凈度和質量穩(wěn)定性均優(yōu)于廢鋼。還含有其它易切削元素，如 Mn、 Pb、 Bi、 Te、 Se 用于小型機器上難于加工的復雜斷面零件，以及內(nèi)燃機的輪軸、離開器開關、球形卡頭銷釘?shù)? 式中 A 車間年產(chǎn)合格連鑄坯量 t/a n―全年工作天數(shù) 本設計 305 天 a―金屬料收得率 ,爐料收得率 95～ 96%，鋼液收得率 95～ 96%，本設計各取 G―車間爐子總容量 G g N g ― 一座爐子的容量 t N―車間內(nèi)爐子座數(shù) η―鋼錠收得率，連鑄為 96%～ 98% 本設計取 τ―冶煉周期， 60～ 70min 本設計取 65min G 130t 本設計采用一座 130t 的電爐。 Y20 （ 1）特性： 具有較高的力學性能，可切削性與相應的 20 鋼相比，生產(chǎn)效率可提高30%～ 40%，但低于 Y12；有熱脆和冷脆傾向，工藝上應注 意防止。 4）合金結構鋼 27SiMn （ 1）特性： 這種鋼的性能優(yōu) 于 30Mn2 鋼，淬透性較高，在水中臨界淬透直徑達 8～22mm，可切削性良好，冷變形塑性及焊接性中等；另外鋼在熱處理時韌性減低不多，但卻有相當高的強度和耐磨性，特別是水淬時仍有較高的韌性；但是此鋼對白點敏感性大，熱處理時有回火脆性傾向及過熱敏感性。合金結構鋼廣泛用于船舶、車輛、飛機、導彈、兵器、鐵路、橋梁、壓力容器、機床等結構上。 一般采用電弧爐和氧氣頂吹轉爐冶煉，要求高的采用爐外精煉、電渣重熔或真空處理、真空感應爐冶煉或雙真空冶煉、合適的熱處理。前者包括低合金高強度鋼、低溫用鋼、超高強度鋼、滲碳鋼、調質鋼和非調質鋼；后者包括彈簧鋼、滾珠軸承鋼、易 切削鋼、冷沖壓鋼等。機械零件和各種工程構件并含有一種或數(shù)種一定量的合金元素的鋼。照像、食品工業(yè)、沿海地區(qū)設施、繩索、 CD 桿、螺栓、螺母 3）合金結構鋼 45Mn2 （ 1）特性： 此鋼為中碳調質鋼，強度、耐磨性和淬透性均較高，在油中臨界淬透直徑達10～ 25mm，在水中臨界淬透直徑達 22～ 45。加土硬化性優(yōu) 無磁性 。 白灰用量。進行扒渣處理時，前期損失 Cr 約 %%。 圖 32 18% Cr 鋼中 C%、溫度和 Pco 的關系 ②冶煉工藝要點： 前期爐渣的處理。由此式可知減壓操作有利于不銹鋼冶煉，即可通過 VOD 抽真空，降低氣相總壓強，從而提高 Cr 的收得率。這就是單爐法冶煉的主要困難。 在飽和氧的熔池中鉻、碳和溫度的關系如圖所示。 在一般不銹鋼的成分范圍內(nèi)，可認為在 FeCrCO 構成的四元體系中基本的反應式為 Cr3O4 s +4[C] 3[Cr]+4 CO g 若取一氧化碳的分壓為一個大氣壓，即 Pco 1atm，實用的熱力學計算式為 : + 式中 :T 為絕對溫度 K?？傊?，不銹鋼冶煉的核心技術可歸納為 4 個字 :降碳保鉻。近年來由于對表面質量要求日益提高，故對夾雜和氧、硫等雜質的潔凈化要求也日益提高 。鉻比鐵易于氧化，鉻的氧化物熔點高，渣子粘稠 。鋼中合金含量高，總量為 13%一 30% 。 （ 2）用途： 應用于抗晶界腐蝕性要求高的化學、煤炭、石油產(chǎn)業(yè)的野外露天機器，建材耐熱零件及熱處理有困難的零件。 不銹鋼的特性主要表現(xiàn)在表面美觀以及使用可能性多樣化耐腐蝕性能好，強度高，耐高溫氧化及強度高，不必表而處理，所以簡便、維護簡單清潔，光潔度高焊接性能好 特性、用途及生產(chǎn)工藝要點 1） 不銹鋼 00Cr18Ni10 表 3― 3 不銹鋼鋼的成分 牌號 化學成分（ %） C Si Mn P S Cr Ni 00Cr18Ni10 ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ～ ～ （ 1）特性： 不銹鋼的一般特性：表面美觀以及使用可能性多樣化 ，耐腐蝕性能好，比普通鋼長久耐用 ，耐腐蝕性好 ，強度高，因而薄板使用的可能性大 ，耐高溫氧化及強度高，因此能夠抗火災 ，常溫加工，即容易塑性加工 ，因為不必表面處理，所以簡便、維護簡單。第一個方面是發(fā)展高強度不銹鋼 即沉淀硬化不銹鋼 ，這種鋼是一次大戰(zhàn)后隨著航空、航天和火箭技術的進展而發(fā)展起來的。關于不銹鋼鋼種的最卞要的研究和發(fā)展是集中在兩個方面 :第一個方面是改善鋼的耐腐蝕性，其中對 18 8 鋼品間腐燭問題的研究，不僅發(fā)展了鋼種，提出了解決這個間題的工藝方法。近年來 .為了解決奧氏體不銹鋼的品間腐燭和應力腐蝕問題，又分別發(fā)展了超低碳不銹鋼和超純鐵素體不銹鋼。隨著各種工業(yè)的發(fā)展，不銹鋼為適應工作條件而發(fā)生了分化，即在原來兩大體系二種組織狀態(tài)的基礎上，通過增減碳含量和添加多種其它的合金元素而衍生出了許多新型的不銹鋼。 3 設計方案的確定與論證 產(chǎn)品大綱的制定 綱 1）冶煉鋼種 典型鋼種： 00Cr18Ni10 其他鋼種： 1Cr18Ni12Mo2Ti,45Mn2,27SiMn,Y20, 2） 鋼種成分 表 3― 1 鋼種成分 C Si Mn P S Cr Ni Ti 00Cr18Ni10 ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ～ ～ 1Cr18Ni12Mo2Ti ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ～ ～ ～ 45Mn2 ～ ～ ～ ≤ ≤ ≤ 27SiMn ～ ～ ～ ≤ ≤ ≤ Y20 ～ ～ ～ ≤ ～ ≤ 3） 各鋼種產(chǎn)量及產(chǎn)量比（ %） 單位：萬噸 表 3― 2 各鋼種產(chǎn)量及產(chǎn)量比 牌號 產(chǎn)量（萬噸） 產(chǎn)量比 % 00Cr18Ni10 32 40 1Cr18Ni12Mo2Ti 20 25 45Mn2 8 10 27SiMn 8 10 Y20 12 15 綱制定的依據(jù) 19101914 年誕生的組織分別為馬氏體、鐵素體和奧氏體的不銹鋼，從化學成分來看，主要屬 FeCr 和 FeCrNi 兩大體系。如對熔融還原技術的持續(xù)關注等。新流程、新工藝研究與開發(fā)。新 一代鋼鐵材料將更有利于生態(tài)。對生態(tài)友好的外延，包括對城市和環(huán)境的融洽會越來越受到關注。鋼鐵工業(yè)面向新世紀的重要命題（也是根本性的命題）之―是走綠色制造的道路，構筑可持續(xù)發(fā)展的鋼鐵工業(yè)。 鋼鐵仍然是非常重要的結構材料和迄今為止產(chǎn)量最大的功能材料，在眾多的使用領域內(nèi)鋼鐵仍屬必選材料，是工、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)和國防工業(yè)的基礎。鋼鐵冶金工業(yè)通過工藝的合理化，設備的大型化，操作的自動化，已具備了高效生產(chǎn)的基本條件。節(jié)能不一定可使生產(chǎn)過程高效化，但生產(chǎn)的高效率必然會有一定的節(jié)能效果，電弧爐煉鋼工藝單位爐容輸入功率由提高 到，不僅大大縮短了冶煉周期，同時使電耗降低了約。 高效生產(chǎn)是在一定的資金投入條件下實現(xiàn)最大產(chǎn)出的生產(chǎn)方式。從大的方面來看，冶金礦產(chǎn)資源（即一次資源）必然要走向枯竭，而廢鋼在社會蓄積量的不斷提高，利用廢鋼資源符合環(huán)保和物質平 衡規(guī)律的要求，據(jù)有關統(tǒng)計，目前世界的總廢鋼蓄積量已超過 140 億 t，若平均按 14 年折舊，全世界每年的廢鋼產(chǎn)量將達到近 10 億 t，將與全球總的鋼產(chǎn)量持平，也就是說如果不對廢鋼資源進行認真的開發(fā)利用，人們每年開采的大量礦山等，實際上是在將自然資源轉化為鐵質污染態(tài)?？梢钥闯?，鋼鐵冶金技術的進步本身使單位產(chǎn)品的資源消耗和對環(huán)境的影響明顯降低，集中地體現(xiàn)在能源消耗的大幅度降低。對部分采用外配鐵水和廢鋼預熱的電弧爐已實現(xiàn)了電耗低于理論電耗的運行。 就短流程煉鋼工藝而言，提高效率和連鑄工藝配合是其發(fā)展的一條主線，圍繞這一點，開發(fā)了一系列的相關節(jié)能、提高效率的措施，