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【新刊速览】​杜鑫:转炉+AOD两步法冶炼不锈钢物热平衡模型开发

时间:2023-09-10 来源: 浏览:

【新刊速览】​杜鑫:转炉+AOD两步法冶炼不锈钢物热平衡模型开发

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转炉+AOD两步法冶炼不锈钢物热平衡模型开发
杜鑫 1 ,龚伟 1 ,姜周华 1 ,黎涛 2
(1. 东北大学冶金学院, 辽宁 沈阳 110819;2. 宝钢德盛不锈钢有限公司, 福建 福州 350601)

01

摘 要  

以高炉铁水为主原料,利用合金熔化炉熔化高碳铬铁、镍铁等合金,采用转炉进行脱磷,再将混合后的不锈钢母液兑入AOD炉进行精炼脱碳来生产430、410及其他马氏体等常规400系不锈钢,这是近年来国内流行的两步法不锈钢生产工艺流程。基于宝钢德盛不锈钢有限公司两步法不锈钢工艺流程,建立转炉与AOD炉的物料平衡和热平衡计算模型,对转炉+AOD的两步法物料平衡和热平衡工艺、物料匹配工艺等方面进行系统优化研究,探索不同炉料组合生产常规400系不锈钢的工艺路径。研究结果表明,中频炉(合金熔化炉)的使用对AOD冶炼的热平衡有很大影响,当不使用中频炉时需要使用焦炭补充热量缺口,并以品种不锈钢废钢作为冷却剂来保证出钢温度满足生产要求;铬铁水在AOD入炉不锈钢母液中最优的配比为30.0%~32.5%,这时基本不需要额外加入焦炭和不锈钢废钢。模型计算结果可为转炉+AOD两步法生产不锈钢提供生产指导。

02

关 键 词  

不锈钢; 两步法生产工艺; 物料平衡; 热平衡; 数学模型

03

引 言 

近年来随着中国不锈钢产能的逐年提升,不锈钢市场竞争日趋激烈,因此,通过优化工艺和降低生产成本来提高企业的竞争力愈发重要。在此背景下国内不锈钢生产企业在冶炼原料和生产工艺上都做了大量优化调整,比较典型的如使用高炉普通铁水在铁水包喷吹脱磷后结合AOD工艺生产400系不锈钢,而新工艺的脱磷处理则在转炉内进行。调整后的新工艺在生产效率上具有一定优势。目前国内真正大规模将高炉铁水通过转炉脱磷、配加铬铁合金生产400系不锈钢的企业主要有太钢和酒钢。
宝钢德盛不锈钢有限公司新产线设计采用高炉铁水为主原料,通过合金熔化炉熔化高碳铬铁、镍铁等合金,采用转炉对高炉铁水进行脱磷预处理,再将混合后的不锈钢母液兑入AOD炉进行精炼脱碳,生产430、410及马氏体等常规400系不锈钢。新产线需要对转炉脱磷技术、转炉+AOD的总体热平衡工艺、转炉脱磷与AOD炉工艺匹配、合金熔化炉与转炉+AOD工艺的匹配等方面进行系统优化研究,以提升转炉+AOD两步法冶炼工艺的冶炼效率并进行最优成本的探索。为此,本研究基于宝钢德盛的新产线,建立转炉+AOD炉的物料平衡和热平衡计算模型,拟对新产线的工艺流程和炉料匹配进行计算分析。关于转炉和AOD炉的物料平衡和热平衡,国内很多学者已进行了相关研究。张本亮、吕亚、王新志等对转炉进行了物热平衡分析,通过改变物料结构降低吨钢成本;翟俊等利用AOD物料平衡和能量平衡计算,优化AOD脱碳前期合金及辅料加入量。
本文通过对转炉和AOD炉进行物料平衡和热平衡计算,优化转炉废钢比、分析不锈钢母液配比以及中频炉介入时对AOD物热平衡产生的影响。物料平衡主要计算炼钢过程加入炉内和参与炼钢的全部物料(铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料和被侵蚀的炉衬等)和炼钢的产物(如钢水、炉渣、炉气、烟尘等)之间的平衡关系;热平衡是计算炼钢过程热量收入(如铁水物理热、化学热)和热量支出(如钢液、炉渣、炉气的物理热,冷却剂的熔化和分解热等)之间的平衡关系。热平衡计算又以物料平衡计算为基础。通过所建立的计算模型,可以分析初始条件变化时生产过程中炉内的物料平衡以及热平衡变化,对炉料结构进行优化。合理的炉料结构可以提高热效率,降低物料消耗达到有效降低成本的目的。

04

精 选 图 表  

    

05

结  论

1)通过转炉和AOD精炼炉物料平衡和热量平衡的计算,结合生产实际工艺和条件可以确定炉料加入量,用于指导实际生产,优化不锈钢冶炼工艺。
2)在转炉工序中,热平衡计算富余热量占总热量支出的18%,可以优化废钢加入比,提高生产效率。
3)全部采用转炉脱磷钢水作为AOD入炉原料时,需要加入一定的焦炭来弥补热量不足;使用同品种不锈钢废钢作为冷却剂,降低了生产效率,提高了冶炼成本。
4)使用中频感应炉熔化铁合金生产铬铁水,铬铁水在不锈钢母液中合适的比例为30.0%~32.5%。转炉、中频炉和AOD精炼配合生产不锈钢,可以有效地提高生产效率、降低成本。

来源:《中国冶金》2023年第8期

END

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