至德鋼業(yè)不銹鋼板坯冶煉和連鑄制造工程

 浙江至德鋼業(yè)有限公司將原料（廢鋼、合金鐵等）按照一定配比混合后裝入爐內(nèi)，在電爐里靠電弧產(chǎn)生的熱進(jìn)行熔煉，并進(jìn)行脫氧、脫硫以及溫度和成分的調(diào)整。電爐出鋼后的鋼液通過(guò)中間包倒入AOD爐內(nèi)，加入精煉劑除氧，吹進(jìn)惰性氣體氬氣，降低碳及硫的含量，同時(shí)調(diào)節(jié)化學(xué)成分?；蛘邔⒔?jīng)過(guò)電爐預(yù)脫碳的鋼水裝入VOD，在一定的真空度下繼續(xù)脫碳和還原精煉，生產(chǎn)出符合要求的不銹鋼。對(duì)冶煉要求較高的超低碳、超低氮不銹鋼，可采用EAF+AOD+VOD三步法的工藝流程。精煉后的不銹鋼水通過(guò)連鑄機(jī)生成不銹鋼板坯。

一、不銹鋼冶煉

  不銹鋼冶煉的核心問(wèn)題是解決“降碳”和“保鉻”的矛盾。在高鉻鋼液中鉻比碳優(yōu)先氧化，在正常冶煉溫度下，要把碳降到0.03%以下，則平衡的鉻只能保持在4%左右。提高冶煉溫度固然能適當(dāng)提高鉻的平衡含量，但耐火材料卻難以承受，比如含鉻18%的鋼液要做到脫碳保鉻，溫度要達(dá)到1900℃以上。

  采用的方法有兩種，一是在真空下精煉；二是向鋼液中吹入氬氣、氮?dú)獾榷栊詺怏w稀釋爐氣中的一氧化碳。根據(jù)這兩種思想，60年代先后開發(fā)了VOD和AOD等爐外精練新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在較低的溫度下不使鉻大量氧化而迅速降碳，從而比較好的解決了“降碳”和“保鉻”的矛盾。當(dāng)然，爐外精練的作用還不僅僅如此，在脫氫、脫氧、脫硫、去除夾雜物、提高鋼質(zhì)純度等方面也顯示了很大的優(yōu)越性。

  AOD是氬氧脫碳法（Argon Oxygen Decarburization）的簡(jiǎn)稱，一般都是和電爐進(jìn)行雙聯(lián)煉鋼。是通過(guò)向鋼液中吹入氬氣、氮?dú)獾榷栊詺怏w降低脫碳時(shí)產(chǎn)生的一氧化碳分壓，提高高碳鋼水的脫碳效率，而且鉻不會(huì)被大量氧化。具有以下優(yōu)點(diǎn)：a、脫碳速度高，很容易將碳從高碳區(qū)降至很低，生產(chǎn)效率高；b、能大量使用高碳鉻鐵等較低廉的合金料，冶煉成本低；c、鉻的氧化較少，回收率比電爐高，因此還原劑的使用量相對(duì)較少，有利于降低成本；d、鋼水?dāng)嚢枇?qiáng)，有利于脫硫和脫氧。AOD爐的缺點(diǎn)是脫氮比較困難，超低氮鋼一般用VOD爐冶煉。

  VOD是真空吹氧脫碳法（Vaccum Oxygen Decarburization）的簡(jiǎn)稱，是一種采用真空裝置降低一氧化碳分壓進(jìn)行脫碳的爐外精練法。因?yàn)樵谡婵昭b置中脫碳，一般是從0.4%～0.6%碳的范圍開始，需要先經(jīng)過(guò)電爐或轉(zhuǎn)爐預(yù)脫碳。具有以下優(yōu)點(diǎn)：a、降碳、保鉻效果好，通過(guò)控制真空度，可在鉻幾乎不被氧化的情況下脫碳；b、由于是在鋼包中精練，精煉后不吸收氮、碳，更適合冶煉超低碳、超低氮的不銹鋼；c、脫氧效果良好，但脫硫效果遠(yuǎn)不如AOD，生產(chǎn)效率也比AOD低。

 目前不銹鋼絕大多數(shù)采用EAF（電弧爐）→AOD二步冶煉法，冶煉超低碳、超低氮不銹鋼時(shí)也采用EAF→AOD→VOD三步煉鋼法。

二、不銹鋼連鑄

 不銹鋼的鑄造有模鑄和連鑄兩種方法。1960年以前，各國(guó)生產(chǎn)的不銹鋼大部分采用模鑄，從60年代以后大規(guī)模普及連鑄技術(shù)，到1985年全世界不銹鋼的連鑄比已達(dá)到70%以上，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已基本上用連鑄取代了模鑄。從模鑄到連鑄，是不銹鋼澆鑄工藝的一次大飛躍。它不僅顯著提高了鋼水收得率，從而使綜合成材率提高10%以上，而且還省略了開坯工序，大量節(jié)約了能耗；與爐外精煉相配合，也顯著提高了生產(chǎn)效率。爐外精煉+連鑄已成為現(xiàn)代化不銹鋼煉鋼工藝的主要標(biāo)志。

1. 連鑄機(jī)結(jié)構(gòu)

  連鑄機(jī)各個(gè)組成單元的作用和工作原理為：

 a. 鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái) 

    安裝在澆鑄平臺(tái)上，用以放置鋼水包，做澆鑄前的準(zhǔn)備工作(吹氬氣、測(cè)溫、稱量等)?；剞D(zhuǎn)臺(tái)上可同時(shí)放置兩個(gè)鋼水包，一個(gè)作業(yè)，一個(gè)做準(zhǔn)備工作。

 b. 中間包

   用以接受鋼水包的鋼液，然后使鋼液流向結(jié)晶器進(jìn)行澆鑄。它的主要功能是：保持鋼流穩(wěn)定、溫度均勻和夾雜物的上浮。

 c. 結(jié)晶器

  結(jié)晶器是連鑄機(jī)的核心部分，鋼水在其中凝固結(jié)晶和成形。結(jié)晶器形狀和尺寸根據(jù)鑄坯的設(shè)定規(guī)格制作，通常寬度可調(diào)。

 d. 結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)

  為防止凝固殼或鋼液與結(jié)晶器壁粘結(jié)和加大結(jié)晶器內(nèi)的熱傳導(dǎo)，鑄機(jī)上設(shè)置有結(jié)晶器振動(dòng)裝置。利用該機(jī)構(gòu)的反復(fù)運(yùn)動(dòng)，使結(jié)晶器在澆鑄過(guò)程中以一定的頻率和振幅上下振動(dòng)。

 e. 二次冷卻裝置（二冷段）

  鑄坯在結(jié)晶器下形成硬殼的厚度大約為20mm，內(nèi)部仍為液芯，需要噴水加速冷卻，使其完全凝固。為破壞和限制連鋅坯中心部分柱狀晶的發(fā)展，減小偏析，不銹鋼連鑄機(jī)在二冷段的上部裝設(shè)有電磁攪拌裝置。為取得更好的鑄坯組織，有的連鑄機(jī)除二冷段設(shè)置電磁攪拌外，在結(jié)晶器外圍也安裝了電磁攪拌裝置。

 f. 夾送輥(支撐輥)

  使鑄坯以一定速度拉拔移動(dòng)，同時(shí)矯直鑄坯。

 g. 火焰切割機(jī)

  夾送輥拉出的連鑄坯經(jīng)過(guò)輸送輥道送入火焰切割機(jī)，切割成定尺坯。

  h. 引錠桿

  澆鑄前，引錠桿的頭部作為結(jié)晶器的“活底”將其下口堵住，并用石棉繩塞好間隙。在引錠桿頭上放些廢鋼板、碎鋼等，以使鑄坯與引錠頭既連接牢固又有利于脫錠。而引錠桿的尾部則應(yīng)夾在拉矯機(jī)中。開始澆鑄時(shí)，引錠桿頭部逐漸與鑄坯凝結(jié)在一起。拉坯時(shí)，拉矯機(jī)將強(qiáng)制地從結(jié)晶器中拉出引錠桿及與其連在一起的鑄坯，直至鑄坯被矯直、脫掉引錠桿為止。其后的拉坯將通過(guò)拉矯輥夾緊鑄坯連續(xù)拉出，而引錠桿會(huì)被送離連鑄生產(chǎn)線存放、清理好以備再用。

 2. 連鑄生產(chǎn)流程

   進(jìn)行連續(xù)澆注時(shí)鋼包中的鋼液經(jīng)過(guò)中間包注入結(jié)晶器，結(jié)晶器的底部由引錠承托，結(jié)晶器采用水冷，由于冷卻水的強(qiáng)烈冷卻作用使鋼液迅速冷卻為具有一定坯殼厚度的鑄坯，并與引錠凝為一體。當(dāng)鋼液澆至規(guī)定高度時(shí)，開動(dòng)拉矯機(jī)，拉輥以一定速度拉著引錠把鑄坯拉出結(jié)晶器。為了防止鑄坯坯殼被拉斷，并減少結(jié)晶器內(nèi)的拉坯阻力，在澆注過(guò)程中結(jié)晶器始終要進(jìn)行往復(fù)振動(dòng)。鑄坯出結(jié)晶器以后，進(jìn)入噴水冷卻的二次冷卻區(qū)直到完全凝固。當(dāng)鑄坯進(jìn)入拉矯機(jī)后，脫去引錠，鑄坯經(jīng)過(guò)矯直，再經(jīng)切割機(jī)切成定尺長(zhǎng)度，由輸送輥道運(yùn)走。隨著鋼液的不斷注入，鑄坯不斷向下伸長(zhǎng)，并被切割運(yùn)走，形成了連續(xù)澆注的過(guò)程。