GOR轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼的工藝

　　GOR轉(zhuǎn)爐是多種能源介質(zhì)復(fù)合吹煉的底吹轉(zhuǎn)爐，通過安裝在轉(zhuǎn)爐底部的三個套管式噴嘴向熔池吹入可調(diào)成份的氧氣、氮氣、氬氣、天然氣（或其它碳氫化合物）的混合氣體。與其它生產(chǎn)不銹鋼的轉(zhuǎn)爐相似，這種工藝冶煉不銹鋼也分為三個吹煉階段：第一階段吹氧，由碳氫化合物保護噴嘴；第二階段吹入氧、氬（或氮）、碳氫化合物和它們的混合氣體；第三階段向轉(zhuǎn)爐熔池吹入純氬或氮氣。


　　根據(jù)鋼種不同，編制了專門用于某一鋼種的控制程序，自動控制冶煉過程。在GOR轉(zhuǎn)爐精煉過程中，要加入脫氧劑及合金化材料，這一作業(yè)通過"散料供應(yīng)系統(tǒng)"來實現(xiàn)。

　　中國不銹鋼的生產(chǎn)能力迅速增長，預(yù)期不銹鋼生產(chǎn)領(lǐng)域的競爭將比普通鋼領(lǐng)域的競爭更加殘酷。奉勸投資者慎重決策。理論上GOR轉(zhuǎn)爐在降低投資和冶煉成本方面有一定的優(yōu)勢，但是與成熟的AOD轉(zhuǎn)爐相比，這種工藝也有明顯的缺撼。


　　任何一種工藝技術(shù)都有其適宜的使用條件，不存在適合任何環(huán)境的完美的工藝技術(shù)。結(jié)合中國不銹鋼生產(chǎn)的特殊的原料條件和市場條件，慎重選擇最適宜的冶煉工藝是重要的。

　　原料條件

　　冶煉工藝的選擇，最重要的條件之一是原料。中國由于不銹廢鋼資源少，鎳價高，原料條件與國外有大的差別。為了使這種工藝適合中國的原料條件，還需要對這種工藝進行完善和開發(fā)。


　　1 GOR轉(zhuǎn)爐對初始鋼水的要求

　　對化學(xué)成分的要求是：「P」＜0．03％；「S」＜0．045％；「C」不限制；「Si」＜0．2％；「Mn」＜1．0％；「Cr」、「Ni」比鋼種要求的范圍略低（也可部分加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)）。溫度沒有要求，只要能順利兌入轉(zhuǎn)爐即可。這里要討論的是初始鋼水中的〔C〕含量問題。從這種工藝本身來講，對〔C〕含量沒有要求。但是，在烏克蘭考察的兩個不銹鋼生產(chǎn)工廠，全部由電爐供應(yīng)初始鋼水，電爐原料中有大比例的返回料，實際上初始鋼水的碳含量一般不超過1．5％。


　　2 中國冶煉不銹鋼的原料條件

　　1) 固體爐料為主的不銹鋼生產(chǎn)廠

　　固體爐料先由電爐（或者感應(yīng)爐）熔化，由于中國不銹鋼資源緊缺、鎳價高，電爐爐料中大量配入高碳鉻鐵（碳含量8．5％）和低鎳的生鐵（含鎳＜3％，碳含量4．2％）。在冶煉300系列不銹鋼時，原料的配碳量一般為2．0％～2．5％，也有的高達3％。電爐冶煉過程中，為了控制鉻的氧化損失，除了選擇合適的鉻鐵加入時機外，還要求不要大量的吹氧，因此電爐生產(chǎn)的初始鋼水的碳含量為2．0％左右。在冶煉J系列不銹鋼時，配料時大量使用含碳為4．8％的鎳－鉻生鐵和高碳鉻鐵，爐料中的含碳量為3．5％～4．2％。電爐生產(chǎn)的初始鋼水的碳含量一般情況下都大于3％。

　　2) 采用高爐鐵水的不銹鋼生產(chǎn)廠，這種工廠有兩種工藝路線

　　高爐鐵水經(jīng)過脫硫、脫硅、脫磷處理后，兌入到GOR轉(zhuǎn)爐中。鐵水的預(yù)處理可以在盛鐵水的容器中進行，也可以在頂吹轉(zhuǎn)爐進行，還可以在GOR轉(zhuǎn)爐（做為底吹轉(zhuǎn)爐使用）中進行。也有的不銹鋼生產(chǎn)廠希望通過控制原料的條件和高爐的生產(chǎn)過程，生產(chǎn)出磷和硫含量都合格的含鉻的鐵水，直接做為初始鋼水使用。這種生產(chǎn)路線一般還需要建設(shè)容量較小的、用于熔化返回料和合金的電爐（或感應(yīng)爐），以解決熱量平衡問題。


　　建設(shè)容量與GOR轉(zhuǎn)爐噸位相匹配的電爐生產(chǎn)初始鋼水。合理的確定加入爐料的順序和操作工藝，電爐可以高效的生產(chǎn)出適合于GOR爐冶煉的初始鋼水。

　　這兩種工藝生產(chǎn)的初始鋼水的含碳量與使用固體爐料的電爐生產(chǎn)的初始鋼水的碳含量相似或稍高些。

　　3 根據(jù)工廠的實際情況選擇最適合的工藝路線

　　采用什么樣的工藝路線，應(yīng)該具體情況具體分析，沒有固定的模式，但是對項目進行技術(shù)經(jīng)濟的論證是必要的。在日益激烈的不銹鋼市場競爭中，投資省、質(zhì)量好、品種多、成本低是在競爭中取勝的基礎(chǔ)，其中成本低尤其重要。我們曾經(jīng)為河北和山西各一個小鋼鐵廠做過以高爐鐵水為原料生產(chǎn)不銹鋼的技術(shù)方案論證，主觀上認為利用小高爐生產(chǎn)的鐵水煉不銹鋼可以節(jié)約能源、降低成本，實際論證的結(jié)果與主觀愿望相違，項目沒有繼續(xù)操作。從上面的論述中可以看到：烏克蘭的原料條件與我國的原料條件有懸殊的差別，如何使GOR轉(zhuǎn)爐工藝適合中國的原料條件，需要中國的冶金專家與烏克蘭的專家共同工作。


　　關(guān)于爐齡

　　科學(xué)的講，我們所追求的是每噸鋼耐火材料的費用最低。這取決于每一噸鋼的耐火材料的消耗量和耐火材料的單價。GOR轉(zhuǎn)爐的爐體工作層用鎂鈣磚修砌，爐底工作層用鎂碳磚。使用的耐火材料的平均單價與AOD爐相近。


　　爐齡與初始鋼水的條件、冶煉的鋼種、采用的工藝技術(shù)、操作的水平等多種因素相關(guān)。GOR轉(zhuǎn)爐與同噸位的AOD轉(zhuǎn)爐相比，每砌一個爐子大約多用1／2的耐火材料。例如，60t的AOD爐砌一個爐子用100t耐火材料，而砌一個60t的GOR轉(zhuǎn)爐要用150t的耐火材料。GOR轉(zhuǎn)爐每一個爐役要更換1～2次爐底，這也增加了耐火材料的消耗。這樣對比，當(dāng)AOD爐爐齡為100爐時，GOR轉(zhuǎn)爐爐齡要達到150爐，噸鋼的耐火材料費用相似。


　　目前烏克蘭的GOR轉(zhuǎn)爐使用低質(zhì)量的耐火材料，冶煉鋼種又比較復(fù)雜（特別是碳含量低于0．03％的鋼占一定比例），爐齡很低，最高爐齡為120爐。從目前中國的GOR轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)情況看，正常生產(chǎn)時的爐齡為150～200爐，爐底的壽命為80～100爐。由于耐火材料消耗占不銹鋼冶煉成本的比例較大，在選擇冶煉工藝前，應(yīng)該認真分析耐火材料費用。


　　轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率

　　由于GOR轉(zhuǎn)爐采用碳氫化合物做為底吹噴嘴的冷卻氣體，相對于AOD轉(zhuǎn)爐來講，可以加大供氧強度，從而提高脫碳速度，縮短冶煉時間。從這個角度講，GOR轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率比AOD轉(zhuǎn)爐高。


　　但是，目前投產(chǎn)的GOR轉(zhuǎn)爐都采用在爐座上修爐的方式，而相似噸位的AOD爐多采用整體更換爐體的方式。AOD爐的烘爐作業(yè)不占用爐座。從這點上對比，AOD爐的效率高。在GOR轉(zhuǎn)爐停爐以后，要在爐座上進行拆爐、砌爐、烘爐等作業(yè)，這個作業(yè)大約需要3天時間。更換爐底的作業(yè)大約需要4h。


　　一座GOR轉(zhuǎn)爐不能保證不銹鋼冶煉車間的連續(xù)生產(chǎn)，在轉(zhuǎn)爐修爐期間，車間將停產(chǎn)，這是不經(jīng)濟的。所以西南不銹鋼公司正在建設(shè)第二座GOR轉(zhuǎn)爐。建設(shè)中的兩個不銹鋼冶煉車間，也采用了建設(shè)多座爐子的方案。從配合連鑄機連續(xù)澆鑄和提高生產(chǎn)效率的角度出發(fā)，建設(shè)三吹二的GOR轉(zhuǎn)爐冶煉車間是經(jīng)濟的。


　　由于GOR轉(zhuǎn)爐的冶煉周期比AOD爐的冶煉周期大約短20～30min，所以在車間設(shè)計時，要考慮供應(yīng)初始鋼水的電爐能力的匹配。烏克蘭的GOR轉(zhuǎn)爐冶煉車間用兩座電爐配合一座GOR轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)。在有鐵水熱裝條件時，建設(shè)三座電爐和三座GOR轉(zhuǎn)爐的不銹鋼冶煉車間（其中轉(zhuǎn)爐三吹二），是一種好的選擇。總之，由于國情不同，建設(shè)方案的論證還要依靠中國的冶金專家來進行。


　　頂吹氧槍

　　除了烏克蘭冶金學(xué)院冶煉試驗廠的1噸GOR轉(zhuǎn)爐以外，其它生產(chǎn)中的GOR轉(zhuǎn)爐都沒有裝備頂吹氧槍。增加頂吹氧槍涉及到頂吹氧量和底吹氧量的比例、熔池的氧化性等問題，所以在GOR轉(zhuǎn)爐上增加頂吹氧槍需要對控制系統(tǒng)軟件進行再開發(fā)。


　　GOR轉(zhuǎn)爐工藝對使用頂吹氧槍不感興趣的原因有三個：一是這種工藝供氧強度高，足以應(yīng)付含碳量在4．0％～5．0％的初始鋼水；二是頂吹氧槍將增加建設(shè)費用（設(shè)小高跨）；三是開發(fā)這種工藝的烏克蘭不銹鋼冶煉車間的初始鋼水碳含量不高。對于AOD轉(zhuǎn)爐來講，頂槍工藝已經(jīng)成熟，增加頂槍后，可以有效的提高脫碳速度，從而減少吹煉時間，提高生產(chǎn)效率。


　　關(guān)于冷卻噴嘴的碳氫化合物

　　理論上講，任何一種碳氫化合物都能用來冷卻底吹噴嘴。這種冷卻機理在中國已經(jīng)淘汰的氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐上得到過很好的應(yīng)用。但是，由于GOR轉(zhuǎn)爐的爐底噴嘴供應(yīng)氣體的種類多，供應(yīng)量要求精密的計量和控制，所以控制系統(tǒng)要復(fù)雜得多。


　　爐底噴嘴的中心管道要供應(yīng)氧氣、氮氣、氬氣及這些氣體按不同比例混合后的氣體；外層管道的環(huán)縫要供應(yīng)氮氣、氬氣、氣態(tài)的碳氫化合物及它們的混合氣體。從安全的角度出發(fā)，使用的碳氫化合物要求在使用條件下（溫度、壓力條件下）呈氣體狀態(tài)。


　　對于國內(nèi)條件來講，只有天然氣和液化石油氣可供選擇。所以必須考慮建設(shè)項目所在地的天然氣或液化石油氣的供應(yīng)條件和價格。在吹煉的第一階段，GOR轉(zhuǎn)爐采用碳氫化合物冷卻噴嘴，不需要氮氣和氬氣冷卻噴嘴。一般來講，GOR轉(zhuǎn)爐的氬氣消耗量比AOD轉(zhuǎn)爐的氬氣消耗量低。節(jié)省的數(shù)量根據(jù)冶煉鋼種不同而有差別。另外，GOR轉(zhuǎn)爐通過向熔池中吹氮氣，可以精確的控制鋼液中的氮含量，在冶煉J系列不銹鋼時，只用少量的氬氣。


　　配氣系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)

　　GOR轉(zhuǎn)爐技術(shù)轉(zhuǎn)讓方提供技術(shù)設(shè)計、關(guān)鍵環(huán)節(jié)的施工設(shè)計、控制軟件的編制、安裝和試車指導(dǎo)等服務(wù)，不供應(yīng)任何硬件。

　　與成熟的AOD轉(zhuǎn)爐工藝比較，GOR轉(zhuǎn)爐的配氣系統(tǒng)占地面積比較大，每一個爐子的配氣系統(tǒng)的柵欄內(nèi)面積為18m×6m。配氣系統(tǒng)的流量計、壓力表、閥門、閥門控制器均為通用產(chǎn)品，可以根據(jù)施工設(shè)計的訂貨清單在市場上訂購，也可以由專業(yè)生產(chǎn)公司成套供應(yīng)。AOD轉(zhuǎn)爐則有自己的專用閥門和控制器。


　　GOR轉(zhuǎn)爐自動控制系統(tǒng)的PLC可編程序控制器、編程器、工業(yè)控制機等硬件均由用戶按照施工設(shè)計的選型表提供的具體型號在市場上購買。以WinCC為平臺軟件，烏克蘭專家編制工藝控制軟件，控制軟件裝入計算機的同時對建設(shè)不銹鋼冶煉車間的操作工人和技術(shù)人員進行培訓(xùn)，并進行模擬操作。控制軟件以光盤的形式提供給用戶，在用戶建設(shè)新的GOR轉(zhuǎn)爐時，可以節(jié)省費用。


　　成熟的AOD轉(zhuǎn)爐工藝提供專門的計算機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，整體性好，占用很小的操作空間。

　　兩種工藝各有優(yōu)點和缺點，AOD爐的上述兩個系統(tǒng)整體性和集成性好。GOR爐的這兩個系統(tǒng)則具有直觀、便于檢修和不依賴軟件供應(yīng)商提供任何硬件的優(yōu)點。從控制思路上來講，兩種工藝不同。AOD轉(zhuǎn)爐控制軟件從初始鋼水兌入轉(zhuǎn)爐以后就實行全過程的自動化控制。這種工藝軟件很成熟，只要原料穩(wěn)定，一般技工經(jīng)培訓(xùn)后就可以獨立操作。而GOR轉(zhuǎn)爐在吹煉的第一階段允許人工干預(yù)，也可以說在這一階段是粗放的自動控制。當(dāng)鋼水中的碳含量降低到0．25％時，轉(zhuǎn)入第二階段吹煉，此時進入自動控制狀態(tài)。這種方式的優(yōu)點是：比較適用于原料條件復(fù)雜多變的工廠。


　　出鋼口

　　GOR轉(zhuǎn)爐有出鋼口，而AOD轉(zhuǎn)爐一般沒有出鋼口。多一個出鋼口有利于轉(zhuǎn)爐出鋼時的鋼渣分離，準(zhǔn)確的控制進入鋼包的爐渣量，這對鈦等容易氧化的合金元素的合金化有利。但是增加出鋼口以后使砌爐工作復(fù)雜了。另外，出鋼后要及時清理好出鋼口，否則粘稠的爐渣可能堵住出鋼口。


　　其它方面的比較

　　GOR轉(zhuǎn)爐底吹噴嘴接近爐中心線，吹煉時爐體的振動小。反之AOD爐吹煉時，爐前平臺感到明顯的振動。

　　在轉(zhuǎn)爐傾動速度相同時，AOD爐從開始傾動爐子到噴嘴完全露出液面的時間比GOR轉(zhuǎn)爐短，這是由噴嘴安裝位置決定的。

　　底吹碳氫化合物烘爐方便，烘爐的熱效率高。但是對于碳氫化合物價格高的地區(qū)要做經(jīng)濟比較。

　　GOR轉(zhuǎn)爐的軟件費用低廉，西南不銹鋼的項目，只收取了成本費用，由此節(jié)省投資。另外投資節(jié)省的主要原因在于：全部硬件都由用戶自己在市場上采購，機械設(shè)備全部由國內(nèi)的機械廠制造，從而降低了制造費用。


　　兩種工藝都有很好的售后服務(wù)。GOR轉(zhuǎn)爐采用的是賣方操作或賣方指導(dǎo)操作轉(zhuǎn)爐，冶煉20爐不同鋼種的不銹鋼，在這個過程中可以驗證合同保證值，也培訓(xùn)了用戶的操作人員。


　　由于中國冶煉不銹鋼的爐料中的碳含量高，GOR轉(zhuǎn)爐吹煉的第一階段，爐氣中的CO高達87％～93％，在第二階段平均為40％～45％。所以在工廠設(shè)計時，應(yīng)該考慮煤氣回收。AOD爐由于冷卻噴嘴的惰性氣體的稀釋作用，降低了回收煤氣的價值。雖然至今還沒有回收煤氣的GOR轉(zhuǎn)爐，但是這是容易實現(xiàn)的。