1. 電(dian)爐-有電弧式電爐和高頻感應式電爐。前者是利用在電極和廢料、合金鐵之間形成的電弧的熱量進行精煉;后者是在坩堝周圍纏上線圈,依靠感應電流進行精煉。
2. 連(lian)續鑄(zhu)造-連續鑄造亦稱CC,是將熔化的鋼水澆注到鑄模內,在用水進行冷卻同時,利用輥道運送到下一個工位,連續地制成坯料(如板坯、方坯、鋼錠)。生產不銹鋼是由不銹鋼專業生產廠開始的,特別是含有Cr-Ni的奧氏體系列不銹鋼,使用電爐生產是高效的,到現在這種技術還在繼續使用。因為不銹鋼料頭、廢屑、邊角余料其價格比較高,舊物回收業者也到市中心地帶進行回收(參照地球環境、廢棄物再利用章節)。圖5-1表示生產不銹鋼的工藝流程。不銹鋼生產廠將購進的料頭邊角余料、廢屑等和在制造工程中產生的料頭、邊角余料、廢屑等作為原料,再加人鐵合金進行熔化。電爐則是最適當的熔化爐。作為鐵合金一般的是使用鐵鉻合金和鐵鎳合金。
使用電(dian)爐(lu)(lu)(lu)所(suo)熔(rong)化的(de)(de)不銹鋼,因為含碳量高(gao),所(suo)以,要(yao)(yao)使用AOD(Argon Oxygen Decar burization),VOD(Vacuum Oxygen Decarburi-ation)或者(zhe) RH(Reinstahl Hitter werk& Heraus)等所(suo)謂的(de)(de)脫氣(qi)(qi)設備(亦稱爐(lu)(lu)(lu)外精煉爐(lu)(lu)(lu))進(jin)行(xing)脫碳、脫氣(qi)(qi)處理。同(tong)時還(huan)要(yao)(yao)按標準(zhun)的(de)(de)要(yao)(yao)求,調整(zheng)其(qi)化學成(cheng)分。AOD、VOD的(de)(de)概(gai)念(nian)圖如圖5-2所(suo)示。因為不銹鋼是含有鉻(ge)的(de)(de)鋼,向爐(lu)(lu)(lu)內吹入氧(yang)進(jin)行(xing)脫碳時,為了同(tong)時提取(qu)出(chu)形成(cheng)的(de)(de)鉻(ge)的(de)(de)氧(yang)化物,需要(yao)(yao)降低爐(lu)(lu)(lu)內的(de)(de)一氧(yang)化碳分壓。
在(zai)(zai)脫(tuo)(tuo)(tuo)氣(qi)設備(bei)(bei)(bei)AOD,是(shi)(shi)使用(yong)氬(Ar)進(jin)行稀釋而降低分(fen)壓,使用(yong)氧氣(qi)脫(tuo)(tuo)(tuo)碳。對奧氏體系(xi)(xi)列不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)一直是(shi)(shi)使用(yong)這種高效率(lv)脫(tuo)(tuo)(tuo)碳、脫(tuo)(tuo)(tuo)氣(qi)處(chu)理(li)工藝。最近,在(zai)(zai)真(zhen)空狀態下(xia)進(jin)行處(chu)理(li)的(de)(de)真(zhen)空AOD也(ye)設備(bei)(bei)(bei)化(hua)了。另外(wai),VOD或RH都是(shi)(shi)以真(zhen)空方式進(jin)行脫(tuo)(tuo)(tuo)碳、脫(tuo)(tuo)(tuo)氣(qi)處(chu)理(li)的(de)(de)設備(bei)(bei)(bei),它們適合于生(sheng)產(chan)鐵(tie)素體系(xi)(xi)列中的(de)(de)超低碳和超低氮的(de)(de)鋼(gang)種。專業生(sheng)產(chan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)日本(ben)(ben)冶(ye)金工業公(gong)司和日本(ben)(ben)金屬工業公(gong)司,一直以電(dian)(dian)爐(lu)-AOD為主,特殊(shu)鋼(gang)種則(ze)使用(yong)VOD對鋼(gang)進(jin)行熔化(hua)。有(you)高爐(lu)設備(bei)(bei)(bei)的(de)(de)生(sheng)產(chan)廠參與了生(sheng)產(chan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)初期,使用(yong)生(sheng)產(chan)普通(tong)鋼(gang)的(de)(de)基本(ben)(ben)生(sheng)產(chan)工藝流程,靈(ling)活地(di)運用(yong)高爐(lu)-轉爐(lu)-脫(tuo)(tuo)(tuo)氣(qi)設備(bei)(bei)(bei),繼而在(zai)(zai)電(dian)(dian)爐(lu)進(jin)行熔化(hua)后,在(zai)(zai)轉爐(lu)-VOD或者在(zai)(zai)所謂RH的(de)(de)工藝中,進(jin)行預(yu)備(bei)(bei)(bei)脫(tuo)(tuo)(tuo)碳-脫(tuo)(tuo)(tuo)碳、脫(tuo)(tuo)(tuo)氣(qi)處(chu)理(li)。日本(ben)(ben)制(zhi)鋼(gang)公(gong)司的(de)(de)周南制(zhi)造(zao)所,到現在(zai)(zai)還是(shi)(shi)以電(dian)(dian)爐(lu)-轉爐(lu)-VOD生(sheng)產(chan)熔鋼(gang)。RH是(shi)(shi)新日本(ben)(ben)制(zhi)鐵(tie)公(gong)司室(shi)蘭制(zhi)鐵(tie)所在(zai)(zai)生(sheng)產(chan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)時所使用(yong)的(de)(de),現在(zai)(zai)已經不(bu)(bu)(bu)用(yong)了。
最近,電(dian)(dian)爐(lu)(lu)(lu)及(ji)脫氣設備已由專業廠生(sheng)產(chan)制造。電(dian)(dian)爐(lu)(lu)(lu)從30~60噸容量開始向生(sheng)產(chan)150噸容量的大(da)型化(hua)邁進。還有,作為一項技(ji)術開發,確立(li)了先使用(yong)高(gao)(gao)爐(lu)(lu)(lu)的熔化(hua)鋼(gang)(gang)(gang)水,然(ran)后在轉爐(lu)(lu)(lu)上(shang)加入鐵(tie)合金(jin)以及(ji)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)廢材料進行熔化(hua)的方法。新日鐵(tie)住(zhu)友(you)金(jin)屬不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)公(gong)(gong)司和JFE鋼(gang)(gang)(gang)鐵(tie)公(gong)(gong)司,在生(sheng)產(chan)馬氏(shi)體(ti)(ti)系列和鐵(tie)素體(ti)(ti)系列不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)中,使用(yong)高(gao)(gao)爐(lu)(lu)(lu)熔化(hua)鋼(gang)(gang)(gang)水,然(ran)后再運用(yong)轉爐(lu)(lu)(lu)、脫氣設備精煉制造。奧氏(shi)體(ti)(ti)系列不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang),因(yin)鎳的熔化(hua)比(bi)較難,從技(ji)術上(shang)講是可能的,但電(dian)(dian)爐(lu)(lu)(lu)的效率太低,所以不(bu)用(yong)電(dian)(dian)爐(lu)(lu)(lu)。
JFE鋼鐵公司,在(zai)鉻(ge)(ge)原材料使(shi)用方面,確定了革新的(de)(de)鉻(ge)(ge)礦石熔(rong)化還原技術(shu)。使(shi)用STAR爐(Stainless Advanced Reactor)及(ji)熔(rong)融還原爐(SR-KCB爐)將(jiang)鉻(ge)(ge)礦石和不(bu)銹鋼料頭、廢屑熔(rong)融還原,再用脫(tuo)碳(tan)爐(DC-KCB爐)和VOD進行脫(tuo)碳(tan)、脫(tuo)氣處理,這(zhe)是一種(zhong)理想的(de)(de)方法(fa)。熔(rong)融還原爐(SR-KCB爐)從熔(rong)化開始就將(jiang)粉末(mo)狀的(de)(de)鉻(ge)(ge)礦石直接添加進去,因為粉末(mo)狀的(de)(de)鉻(ge)(ge)礦石能夠廉(lian)價(jia)購(gou)人,因此,在(zai)熔(rong)煉工藝(yi)上,它具有成(cheng)本競爭(zheng)力。
脫碳、脫氣(qi)處理(li)后(hou)的(de)(de)(de)熔(rong)鋼(gang)(不銹鋼(gang)水(shui)(shui)),由(you)鋼(gang)水(shui)(shui)包(bao)送往(wang)連續(xu)鑄造設(she)(she)備(bei)(bei)上(shang)(shang)。連續(xu)鑄造設(she)(she)備(bei)(bei)的(de)(de)(de)概(gai)念圖如(ru)圖5-3所示(shi)。連續(xu)鑄造設(she)(she)備(bei)(bei)的(de)(de)(de)最上(shang)(shang)部(bu)分(fen)設(she)(she)置鋼(gang)水(shui)(shui)包(bao),在(zai)其(qi)下部(bu)設(she)(she)有澆口(kou)可以(yi)開(kai)閉。鋼(gang)水(shui)(shui)經(jing)過純化(hua)包(bao)(純化(hua)包(bao)的(de)(de)(de)功能是使鋼(gang)水(shui)(shui)中的(de)(de)(de)夾(jia)雜物(wu)(wu)飄(piao)浮在(zai)鋼(gang)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)上(shang)(shang)),然后(hou)通過鋼(gang)水(shui)(shui)澆口(kou)注入鑄模,進(jin)(jin)行第1次冷卻(que)。再往(wang)下通過噴水(shui)(shui)降溫器(qi)和(he)游動輥(gun),在(zai)2次冷卻(que)區進(jin)(jin)行凝固。凝固后(hou)的(de)(de)(de)鑄塊(kuai)由(you)夾(jia)送輥(gun)送往(wang)下部(bu)。按預定(ding)長(chang)度用(yong)氣(qi)割(ge)(乙炔)切斷后(hou),由(you)搬(ban)運裝置將(jiang)其(qi)運往(wang)儲存處。從鋼(gang)水(shui)(shui)包(bao)澆口(kou)流出到形成(cheng)表(biao)面(mian)凝固的(de)(de)(de)鋼(gang)坯之(zhi)間,熔(rong)融(rong)鋼(gang)水(shui)(shui)如(ru)果與(yu)空氣(qi)接觸,就會形成(cheng)氧化(hua)的(de)(de)(de)夾(jia)雜物(wu)(wu)缺陷,所以(yi)必須設(she)(she)法使其(qi)不受空氣(qi)氧化(hua)。為此采取在(zai)純化(hua)包(bao)內使用(yong)氬(ya)(Ar)進(jin)(jin)行置換,并在(zai)鑄模內的(de)(de)(de)熔(rong)鋼(gang)上(shang)(shang)面(mian)覆蓋粉末狀的(de)(de)(de)熔(rong)融(rong)性耐火粉末等(deng)措(cuo)施(shi),實現無氧化(hua)鑄造技術進(jin)(jin)行生產。
連續鑄造設(she)備的形式有垂(chui)直型(xing)、彎曲(qu)型(xing)和水(shui)平型(xing)。其高(gao)度不(bu)要超過廠房高(gao)度。最近多數采取彎曲(qu)型(xing)。水(shui)平型(xing)則生產(chan)鋼坯為矩(ju)形截面(mian)的產(chan)品,現已經設(she)備化并組成生產(chan)流水(shui)線,見圖(tu)5-4。
在(zai)連續鑄造(zao)設備中,熔融鋼(gang)(gang)水隨冷卻而凝(ning)固(gu),形成的(de)(de)鑄造(zao)扁形塊一(yi)般(ban)的(de)(de)稱為板坯(pi)、方坯(pi)或鑄錠,其形狀(zhuang)應盡(jin)量地做(zuo)(zuo)到接近于下一(yi)道(dao)工序所需(xu)要(yao)的(de)(de)形狀(zhuang)(near next shape)。在(zai)連續鑄造(zao)設備開發之前,是在(zai)所謂的(de)(de)鑄模內從上部或下部流進(jin)的(de)(de)鋼(gang)(gang)水,使其凝(ning)固(gu),做(zuo)(zuo)成鋼(gang)(gang)錠。然(ran)后在(zai)開坯(pi)軋制工藝過程(cheng)中,進(jin)行再加(jia)熱、軋制,制成板坯(pi)、方坯(pi)或扁鋼(gang)(gang)坯(pi)。
連(lian)續(xu)鑄(zhu)造(zao),在鋼鐵企業中是(shi)工(gong)藝革新的大飛躍。連(lian)續(xu)鑄(zhu)造(zao)化(hua)最早(zao)開始生產的品種就是(shi)不(bu)銹(xiu)鋼,因(yin)為奧(ao)氏體系列不(bu)銹(xiu)鋼具有穩定的結晶(jing)組織(凝(ning)固及冷(leng)卻(que)(que)時,即(ji)使澆上水也不(bu)會產生裂紋,而鐵素體系列不(bu)銹(xiu)鋼如果不(bu)注意均勻冷(leng)卻(que)(que),就會產生裂紋)。
對半成品的(de)(de)板坯(pi)、方(fang)坯(pi)或(huo)扁(bian)坯(pi)鋼(gang),要使(shi)用修理用手動砂輪機將表面上的(de)(de)缺陷等(deng)清除干凈。接下來,板坯(pi)要送(song)到厚板熱軋(ya)、冷軋(ya)產(chan)(chan)品部(bu);方(fang)坯(pi)要送(song)到型鋼(gang)軋(ya)制產(chan)(chan)品部(bu),而扁(bian)鋼(gang)坯(pi)要送(song)去軋(ya)制圓鋼(gang)、線材或(huo)鋼(gang)管(guan)產(chan)(chan)品。由于連續(xu)鑄造(zao)的(de)(de)生產(chan)(chan)技術(shu)、質量管(guan)理嚴格化,在一部(bu)分鋼(gang)種生產(chan)(chan)上,有可能實現(xian)鑄鋼(gang)帶坯(pi)的(de)(de)無修理化。
近(jin)年(nian)來,夢想(xiang)的(de)(de)(de)生產工藝(yi)流(liu)程,即從熔(rong)融的(de)(de)(de)鋼水依(yi)靠(kao)薄(bo)材連續(xu)鑄(zhu)造技(ji)術(shu)直接生產出卷材(這樣就有可能省掉熱軋工藝(yi)流(liu)程)。新(xin)日(ri)(ri)本(ben)制鐵(tie)公司的(de)(de)(de)光制鐵(tie)所已經(jing)設(she)備化,進行專門的(de)(de)(de)固(gu)定生產了。后來,因為日(ri)(ri)本(ben)鋼鐵(tie)行業(ye)進行重組(zu),成(cheng)立了新(xin)日(ri)(ri)鐵(tie)住金不(bu)銹鋼公司,由(you)于償還設(she)備投資的(de)(de)(de)經(jing)濟負(fu)擔(dan)過大而停(ting)業(ye)。將(jiang)熔(rong)融的(de)(de)(de)鋼水經(jing)過雙擠壓(ya)輥表面(mian)凝固(gu)制成(cheng)鑄(zhu)鋼帶,捲成(cheng)厚度(du)為3mm左右(you)的(de)(de)(de)鋼卷,是生產奧氏體系(xi)列(lie)穩定的(de)(de)(de)金相組(zu)織不(bu)銹鋼最適(shi)當的(de)(de)(de)生產工藝(yi)流(liu)程。期望將(jiang)來能夠繼續(xu)生產下去。所謂的(de)(de)(de)理(li)想(xiang)生產工藝(yi)流(liu)程概略(lve)圖如(ru)圖5-5所示。