世界不锈钢生产工艺技术的新发展
近年来,全球不锈钢产量增加很快,1960年为215万t,2000年达到创记录的1878万t,占世界全年钢产量的2.2%,40年间平均增长率为5.6%,随着生产规模不断扩大,工艺技术也不断创新,主要有以下几个方面:
一、不锈钢薄板坯连铸连轧已在实际生产中得到应用
1995年4月美国阿姆科公司曼斯菲尔德厂不锈钢薄板坯连铸连轧生产线投产。该厂原有100t电炉2座,100tAOD精炼炉1座,热轧带钢机1台,2架1320mm粗轧机架(二辊式),6架1320mm精轧机架。在此基础上新增奥钢联开发的Conroll技术薄板坯连铸机一台(铸坯厚75-125mm,拉速最大为4m/min)及一座步进式加热炉,和现有设备连接成薄板坯连铸连轧生产线。其中步进式加热炉是把连铸机和轧机连接起来的重要环节,在发生故障时,加热炉缓冲时间达1小时,从连铸机将板坯送往加热炉的辊道上装有保温罩。
生产线投产后一个月即开始生产铁素体不锈钢,第三季度开始生产电工钢,生产情况良好。1994年美国纽柯公司克劳福茨维尔厂薄板坯连铸连轧车间增设AOD精炼装置,1995年开始生产铁素体不锈钢(AISl409等)。目前已达到月产6000-7000t生产能力。最近,该厂和西马克.德马格集团下属Por-Eco公司签订合同,由该公司改造其酸洗线使其进一步适合生产409不锈钢(铁素体不锈钢)的要求。
2001年意大利特尔尼特钢公司的工业化生产的特殊薄板坯连铸机(CSP型,德国西马克.德马格公司供货)于2001年8月投产,建设期14个月,第一炉钢是不锈钢AISl304,该连铸机通过辊底式炉和现有热带轧机相连(增加400bar的高压水除鳞系统),铸坯厚约60mm,钢包容量达180t,连铸机生产能力将达100万t特殊钢,其中包括优质碳素钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢以及硅含量达3.5%的硅钢,总投资8000万欧元。
二、不锈钢薄带连铸设备开始工业化生产
不锈钢薄带连铸设备工业化生产开始于日本新日铁光厂,他们在中试工厂取得成功经验基础上新建带钢连铸机生产能力为月产不锈钢带3500t,钢带厚2。0-5.Omm,宽760-1330mm,铸速30-75m/min,从浇铸到卷取生产线全长68.9m,投资约110亿日元。
1998年该薄带连铸机投人生产,主要用于生产300奥氏体不锈钢。
德国KTN公司(克虏伯蒂森不锈钢公司)Krefeld厂薄带连铸车间于1999年底投产,该车间钢水包容量90t,初期年产量10万t,将生产厚1.5-4.5mm,宽度达1450mm不锈钢带卷,1999年12月10日首次浇铸了36t重、3mm厚、宽1130mmAISl304不锈钢带。经进一步加工,对所铸带卷几何尺寸公差、带钢边缘外观、清洁度、各向同性以及耐腐蚀性能均同于传统工艺生产带钢,2001年5月在连铸机后安装了在线轧制机架,进一步改善带钢质量。
目前铸机连续浇铸时间达5h,所浇铸带钢宽度已达1430mm,最高小时产量121t/h,在线轧制压下量达46%,从钢水到热轧卷仅需15min。
美国纽柯公司克劳福茨维尔厂(以下简称克厂)薄带连铸机设备的建设应用澳大利亚BHP公司和日本IHI公司合作开发的技术,其主要技术参数见表1。
表1 克劳福茨维尔厂薄带连铸机的技术参数
参数 | 规格 | 参数 | 规格 |
钢包操作台 | 双臂回转台 | 在线轧制装置 | |
电炉容量t(现有) | 110 | 轧制机架 | 4辊单机架 |
运作方式 | 4炉连续浇注 | 工作辊尺寸mm*mm | 475*2050 |
结晶器类型 | Φ500mm双铸辊 | 支承辊尺寸mm*mm | 1550*2050 |
铸速m/min | 80(常规)、150(最大) | 轧制力MN | 30(最大) |
带钢厚度mm | 0.7-2.1 | 主驱动装置Kw | 3500 |
带钢宽度mm | 2000(最大) | 带钢冷却 | |
卷重t | 25 | 冷床 | 10对上下喷头 |
中间包容量t | 23 | 剪切机 | 卷筒式 |
中间包液流控制 | 滑动式水口 | 卷取机 | |
布流器 | 过渡类型 | 卷取机能力 | 2*40卷取机 |
额定年产能力Mt | 0.3-1.0 | 卷筒直径mm | 760 |
克厂薄带连铸车间于2001年2月开始建造,2002年5月进行第一次热试,最初为低碳钢,计划在运行第一年内开始连铸铁素体不锈钢,并且据研究结果预期能顺利地连铸奥氏体不锈钢。
三、新型不锈钢带材轧制-退火-酸洗-平整连续生产线
用不锈钢热轧带钢生产冷轧卷原均由各自独立的工序组成:退火、酸洗、冷轧、中间退火和平整。新型的连续生产线将上述全部工序组成一条连续生产线。世界上首条生产线建设在美国J&L公司米德兰厂,法国尤瑾公司(Ugine S.A.)伊斯贝格厂(Isbergues)也建设了这种类型的生产线,轧机机架由一架增至二架,年处理量在25万t左右。目前阿维斯塔.波拉里特(Avesta Polarit)不锈钢公司正在兴建一条年生产能力为110万t的不锈钢带材轧制-退火-酸洗连续生产线,可以冷轧AISl300和AISl400不锈钢材(不锈钢热带卷也可通过生产线退火、酸洗、平整,不需轧制)生产线的机械设备和酸洗部分由达涅利公司(Danielie Wean United)提供,预定2003年3月投产。
带材轧制采用三台6辊轧机串列布置,退火酸洗段配置中性电解段、中间清洗、酸混合段5级串联最终清洗装置以及出口干燥设备,平整段由二辊和四辊子整机各一台组成,根据产品大纲采用二辊和四辊轧机,当生产线产品规格需要时,可两次通过生产线进行再轧制已达到成品厚度的要求。
四、世界上首条不锈钢长材连续铸轧生产线已成功地投产
意大利达涅利公司于2000年5月在该公司的子公司Acciaieri Bertoli Safau(ABS)开始对建成的不锈钢长材连续铸轧生产线进行热试车。铸机为大方坯连铸机,开始用45m长大方坯中试,后开始直接从钢水开始的连续无头轧制,出铸机后的方坯通过在线的辊底式均热炉后直接送入轧机进行轧制,生产出合格产品。
新工艺的优点是可以降低生产成本(轧材成本加工费为40-45美元/t),提高设备利用率20%,产品质量均一,能耗较低,收得率较高,可生产各种合金钢和不锈钢。
五、开发成功双转炉法冶炼不锈钢技术
传统的不锈钢冶炼方法是以废钢为基础,经电弧炉熔化冶炼后,再经精炼炉冶炼成不锈钢。日本川崎制铁公司从1973年开始采用转炉法生产不锈钢,随后开发成功铬矿熔融还原获得不锈钢主要合金元素Cr的炼钢技术,以及高Cr极低C,N系高耐蚀不锈钢的精炼技术。1994年建成具有2座160t转炉的千叶第四炼钢厂,完成了以熔融还原-脱碳炉-VOD-连铸工艺,以热铁水为基础,用转炉大量生产高质量不锈钢的成套技术。其特点是:①可以热铁水为基础,具有原料使用灵活性。②在转炉中熔融还原铬矿石,不需采用高价的铬铁。③采用底吹强搅拌,高效生产高C,极低C,N系不锈钢。④节约电能。
上述几项新技术在我国不锈钢生产和在建项目中还未得到采用,希望在上海克虏伯不锈钢公司三期工程中争取采用薄带连铸新工艺,建设高产量冷轧不锈钢带钢厂时采用轧制-退火-酸洗-平整连续生产线,以及创造条件采用发展其它不锈钢生产工艺新技术。