TWI400339B - 在一ａｏｄ轉爐中製造肥粒鐵式鋼族ａｉｓｉ ４ｘｘ的不銹鋼的方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種以液態生鐵和固態鉻化鐵為基礎以製造肥粒鐵系鋼族群AISI 4xx，特別是AISI 430鋼族群，的不銹鋼之方法。
在生產高級鋼當中使用一AOD轉爐係一種習知的技術。舉例來說，利用連續煙道氣量測加上電腦與動態模式之運用的控制方法已說明於WO 02/075003文獻之中，在該控制方法當中，氧氣、惰性氣體以及添加材料的必要吹送量被控制。一種用於製造鑄造金屬特別是將一鑄造金屬脫碳以便在AOD轉爐當中製造例如合金式不銹鋼或高級鋼的方法，可從EP 1 310 573 A2號歐洲專利當中獲得，在該方法當中，電腦技術依據製程模式來執行，藉之以控制煉製設備，所使用的製程模式係利用至少一由實際製程變數、控制變數和製程結束變數所形成的可變製程參數來說明該方法。在該專利當中，用於製造一高級AISI 304鋼的製程序列被當作範例來說明。
基本上，傳統之肥粒鐵系鋼族群AISI 4xx之不銹鋼係由EAF中的特性廢金屬所製造出來，然後接著在AOD轉爐之中被製成合金並進行脫碳方法。此處為了生鐵應用的緣故，所以在煉鋼廠的爐子外的餵槽裡，預熱的生鐵先與熔化的廢鐵和合金相混合，然後再送進轉爐當中。
依據本發明，該本質上所知曉的AOD技術係使用於碳液態鋼的調整，以製造具有高鉻含量的抗熱鋼、抗酸鋼和高級鋼。該方法的執行是將氧氣和惰性氣體透過噴嘴一起吹進爐浴之中，並藉由一頂吹噴槍將氧氣和惰性氣體吹送在爐浴表面之上。該項處理的目的在於：在一最佳化期間內，完成一熔化批次；達到預期的鑄造溫度和成分；最小化鉻的損失量。依據本發明的冶金製程係運用一冶金處理模式，促使一批次在AOD設備中被處理。在本說明書中，冶金處理模式監控、預測和控制著該處理，以所需的規格完成煉製/批次。應用技術和製程模式計算目標值，以依據鋼成分和溫度等目標值，來控制吹入的氧氣和添加材料，其中，該項計算係基於不間斷的製程條件，並考量到實際上製造資料所先前定義之限制和規則。
在本說明書中，透過安裝在表面之下的噴嘴並透過頂吹噴槍而吹進爐浴之中的製程氣體(氧氣和氫氣/氮氣)，控制其流量和混合物，並且基於實際製造資料以及脫碳和元件氧化所需之氧氣而先前定義之吹送樣品，來決定從氮氣至氬氣的切換點，以獲得鋼中所允許之氮含量。
另外，該冶金方法模式同時決定：熔渣形成材料、冷卻廢料和合金之數量；加入合金的起始點；和合金添加物的進料速率。
鋼族群AISI 4xx特別是鋼族群AISI 430之不銹鋼的製造將更詳細地說明如下。在具有DDD生產線以及具有以液態生鐵和固態鉻化鐵為基礎的AOD轉爐之情況下，該AISI 4xx技術可明確地區分為下列三個主要步驟，具體為：＊液態生鐵在鼓風爐內的預處理，＊在AOD轉爐內進行液態生鐵的加熱、調節與合金化，＊在餵槽內的最後調適/調整。
圖1表示用於製造高級AISI 430鋼的一示範性生產線。在離開鼓風爐1之後，在一相對應構型的冶金設備2當中，將液態生鐵首先進行一DDD處理(去磷、去矽、去硫)。然後，可將該液態生鐵在一澆桶爐3內進行預熱。接著，該經處理且加熱熔化之材料飼入至AOD轉爐4之中。此處，藉著添加循環廢料、冷卻廢料和FeCr 60，將該液態生鐵進行精煉和合金化。在AOD轉爐處理之後，熔化鋼料抵達餵槽5接受最後的調適/調整，最後，飼入澆鑄機器6當中(該澆鑄機器並未顯示)。
在接收液態生鐵之前，AOD轉爐4可先注入諸如石灰和白雲石等熔渣形成材料，以確保熔渣的正確鹼度(性)。在從DDD設備2或鼓風爐3載入無熔渣的液態生鐵之後，將AOD轉爐4傾斜成一取樣位置，以方便溫度的量測。然後，將AOD轉爐4移回直立的位置，並且依據溫度接受更進一步的放熱處理。藉著添加矽化鐵(FeSi)和/或鋁，可獲得溫度的增加。
下文中將詳細說明本發明之方法在一AOD轉爐4中之熔煉鋼的處理。在AOD轉爐4內的製程可明確地區分為三個主要步驟：a)液態金屬加熱；b)精煉；和c)還原。
此等方法步驟的順序摘要如圖2所示。特別地，此表列出量測和技術項目、執行的處理步驟、獨立次步驟的特定設置點數值與控制。
一般而言，液態金屬在AOD轉爐4內為矽所加熱。由於在與氧反應時此元素能產生高度的放熱特性，所以能夠快速地達到目標溫度值並具有高度的精確度。其放熱反應式如下所示：(Si)＋2(O)＝SiO2
其焓為1 kg Si＝6.44 kWh/
替代地，鋁同樣可以下列反應式表示：2(Al)＋3(O)＝(Al2
O3
)其焓為1 kg Al＝7.36 kWh
依據合金形成材料的額外添加，用於加熱的目標溫度值必須由額外能量的添加來加以決定，該額外能量可從處理期間相關之所有的能量損失以及脫碳和金屬氧化兩過程裡獲得。
處理步驟期間的作用情況相似於BOF方法中之吹氣步驟期間的作用情況。在此處理步驟時期，泡沫形成品質與熔渣流量之參數決定在：高的碳含量；熔渣形成劑；高的吹氧率；和噴槍的距離。
如果噴槍的距離以及透過該噴槍將氧氣噴吹在表面的強度(吹率)選擇正確的話，則可防止熔渣的流失以及可以最佳化的方式實施加熱。
加熱回路計算如下：需要的能量輸入＝來自Si/Al氧化的能量輸入－(熔渣形成材料的冷卻能量－＋能量損失)
依據一轉爐的熱條件，圖3表列出一具有70,000公斤批次重量和1.8鹼度的生鐵所需之加熱參數的示範性用語。
在加熱方法步驟之後，AOD轉爐被傾斜以進行金屬的去熔渣作業。為了有效率地精煉金屬，此項操作是必要的。大量的熔渣將妨礙氧氣吹進的效果以及從鋼中移除反應氣體的進行。在去熔渣期間，鋼的溫度被量測，並進行金屬的取樣。
然後，透過頂吹噴槍將氧氣吹送在金屬上面以及透過側向噴嘴將氧氣與惰性氣體(氬或氮氣)混合氣吹進批次之中，將該金屬加以精煉。在以濃氧混合物為開始的吹氣方法之整個過程當中，氧氣和惰性氣體之間的配比係一直在改變的。
此製程技術將確保獲得低的碳含量，這對於接下來以最小鉻氧化來進行AOD處理是一項有利的起始條件。此外，該VOD方法(真空氧氣脫碳)可使用在TRIPLEX技術裡面。
在吹氣作用期間，氧氣的整體量係固定地區分在安裝於批次上方的頂吹噴槍和側面的噴嘴之間。在精煉工作步驟之後，以還原熔渣之處理係接續著，其中，譬如鉻就可從熔渣中回收。除了加入例如FeSi或鋁等含矽材料於金屬之外，並有效攪拌，使得該金屬達到所需之最後或準化學成分，雖然在此階段該金屬仍含有硫。
因為在合金介質和熔渣形成材料兩者之中的高含硫成分，高級鋼的處理必須以一分離的脫硫步驟為終結。該項處理的效率大部分決定在該液態金屬的高度去氧化方法，藉著鋁的添加，該液體金屬的去氧化方法可被完成。在該處理方法之後，批次與殘餘的熔渣一起在餵槽5中被鑄造。
依據本發明，該鋼料精煉方法係由一冶金AOD模式所規劃、監控、預測和控制者，其目的在於以規劃的成分和在規劃的溫度下製造熔化鋼料或批次。該AOD模式的基本優點如下所述：＊批次的計算能促使合金和廢料之選擇達到成本的最佳化，＊目標溫度的控制，＊透過方法控制達到高額輸出，和＊還原材料的最小化。
在處理期間，藉著基本自動系統的聯繫，透過可用的循環和事項開始資料，熔化材料/批次的最新狀況可被觀察。
當材料被加入時，加諸鋼料和熔渣之重量和成分效應以及加諸鋼料之溫度效應皆被考慮進去，同時考慮到的尚有材料和元件等特定之影響要素。從取樣方法開始，每一元件和每一熔渣成份的增加和損失皆考慮進去，使得最新的鋼料和熔渣成分皆與實驗分析和量測相吻合。
冶金AOD模式的基本成分使用於目標材料的計算、預測計算以及動態模式計算。
＊在目標材料的計算裡，針對所有可能的處理步驟，計算有關材料的添加，以便控制鋼料的溫度和成分。
＊在預測計算裡，進行處理策略的估算。此包括整體AOD方法，從處理開始至鑄造之後的結束該批次的目前狀態。在符合整體處理方法和在所取得之實際資料的參考下，規劃出具有所有基本方法步驟和取樣之單一批次的整體處理。
＊該動態模式計算出碳、氧和能量的平衡，以及用於製程氣體之吹率的設定點數值。
於整個處理期間，依據熔煉開始時的條件，在熔化鋼料中的碳、氧和其它相關的爐浴成分及溫度被計算。
如前文所述的冶金AOD模式之基本成分被摘要在圖4和圖5之中，並且區分為主要族群材料計算(圖4)和能量與材料平衡(圖5)。同時，此等每一圖表更進一步地表示與模式相配合的該筆資料是來自製程或來自資料庫，以及以這些資料基礎，為模式所計算出的結果。
1．．．鼓風爐
2．．．DDD設備
3．．．澆桶爐
4．．．AOD轉爐
5．．．餵槽
6．．．澆鑄機器
圖1係顯示用於製造高級AISI 430鋼的一示範性生產線。
圖2係以表列出量測和技術項目、執行的處理步驟、獨立次步驟的特定設置點數值與控制。
圖3係以示範性用語表列出一具有70,000公斤批次重量和1.8鹼度的生鐵所需之加熱參數。
圖4係顯示冶金AOD模式之基本成分(主要族群材料計算)圖5係顯示冶金AOD模式之基本成分(能量與材料平衡)
1．．．鼓風爐
2．．．DDD設備
3．．．澆桶爐
4．．．AOD轉爐
5．．．餵槽
6．．．澆鑄機器
Claims (10)
- 一種以液態生鐵和FeCr固體為基礎之用於製造肥粒鐵鋼族群AISI 4xx之不銹鋼的方法，其特徵在於下列製程步驟：＊預先處理鼓風爐(1)中的液態生鐵，DDD處理(2)該生鐵，然後將無熔渣的液態生鐵注入至AOD轉爐(4)之中；＊在該AOD轉爐(4)內，將該液態生鐵進行加熱、調整/合金化並還原；＊在餵槽(5)內，對已處理的熔化鋼作最後的調適/調整，在該AOD轉爐(4)中的生鐵處理所具有之製程特點為：＊將DDD處理之後並飼入至AOD轉爐(4)中的生鐵於1150℃之極低溫下進行加熱，其係藉由透過從外部添加FeSi之Si的氧化而達成，二者擇一地藉由Al的氧化而達成；＊設定相對應的吹氧率，以避免金屬從AOD轉爐(4)中濺出；＊在加熱末期和添加合金介質之前，調整熔渣的鹼度，讓熔渣達到適當的黏滯性，以便從AOD轉爐(4)中將熔渣安全地移除；＊在脫碳方法之前，進行熔化金屬的去熔渣作業，使得O2 噴流能夠以高度的效率作用在熔化金屬上面。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於鋼族群 AISI 4xx是鋼族群AISI 430。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於：用於加熱生的熔化金屬的必要能量需求係依據下列方程式來加以計算：必要能量需求=來自Si/Al氧化的能量輸入-(熔渣形成材料的冷卻能量+能量損失)。
- 如申請專利範圍第2項之方法，其特徵在於：用於加熱生的熔化金屬的必要能量需求係依據下列方程式來加以計算：必要能量需求=來自Si/Al氧化的能量輸入-(熔渣形成材料的冷卻能量+能量損失)。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其特徵在於：在加熱和隨後的去熔渣之後，接續的熔化金屬之調整是透過頂吹噴槍，將氧氣吹送於熔化的金屬之上，並透過側面噴嘴，將氧氣和惰性氣體(氬或氮氣)之混合氣體吹進熔化金屬裡面，其中在吹送作用期間，氧氣和惰性氣體之間的配比產生變化，在開始時期，混合氣體中的氧氣含量是很高的，其目的在於獲得低碳含量之希冀的開始條件，使得隨後進行之AOD處理能具有最小之鉻氧化作用。
- 如申請專利範圍第5項之方法，其特徵在於：在熔化金屬的精煉之後，執行熔渣還原作用，例如，透過諸如FeSi等含矽材料以及所需鋁之添加，從熔渣、以及所需最後或準化學組成中回收鉻。
- 如申請專利範圍第6項之方法，其特徵在於：依據所 需鋼族群之等級，例如，等級AISI 439，在熔化金屬被鑄造之前，執行一個別的去硫步驟，其中此項處理的效率乃取決於液態金屬之高品質去氧化的臨界程度，並藉由添加鋁來達成。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其特徵在於：為了獲得規劃的組成和溫度，透過冶金AOD方法模式，將在AOD轉爐(4)中的鋼料精煉方法進行規劃、監控、預測和控制。
- 如申請專利範圍第8項之方法，該AOD方法模式能特別促成下列：＊估算目標材料並且計算所有可能處理步驟之材料的添加，以控制該鋼料的溫度和組成；＊用於估算AOD方法之處理策略的預測計算，包括整個AOD方法並具有該批次之目前狀況，從處理開始至批次被鑄造為止，其中規劃了具有所有必要方法步驟之單一批次及取樣的整個處理，其係根據總體處理時期並參考指定的實際數據；＊架構動態模式，以用於計算碳、氧和能量的平衡，以及製程氣體之吹率的設定點數值。
- 如申請專利範圍第9項之方法，其特徵在於：藉助AOD方法模式，＊該批次能夠被計算，以最佳化的成本來選取合金和廢料，＊目標溫度能被控制， 廢料，＊目標溫度能被控制，＊該方法對高輸出而言是可控制的，＊還原的副產品可被最小化。
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