กระบวนการหลอมและพัฒนาเหล็กกล้าไร้สนิม

กระบวนการหลอมและพัฒนาเหล็กกล้าไร้สนิม

ประเทศของฉันได้กลายเป็นประเทศใหญ่ในด้านการบริโภคและการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิม และการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมจำเป็นต้องได้รับการจัดระเบียบตามพันธุ์และประเภทของวัตถุดิบที่แตกต่างกัน ในปัจจุบัน ทิศทางการพัฒนาของการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมในประเทศของฉันคือการปรับปรุงคุณภาพ ลดต้นทุน ประหยัดพลังงาน และลดการปล่อยมลพิษ และในขณะเดียวกัน ยังคงเพิ่มประสิทธิภาพการจับคู่วัตถุดิบและอุปกรณ์ทางเทคนิคต่อไป ในบทความนี้ มีการเปรียบเทียบและวิเคราะห์กระบวนการถลุงเหล็กกล้าไร้สนิมทั่วไปหลายขั้นตอน

เนื่องจากความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมและคุณสมบัติที่ครอบคลุมดีเยี่ยม เหล็กกล้าไร้สนิมจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านอุตสาหกรรมและงานโยธาต่างๆ การผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมในประเทศของฉันเริ่มต้นช้า และสิ้นสุดใน 2000 เมื่ออยู่ที่ 300,000 ตันเป็นเวลานาน ซึ่งแสดงถึงแนวโน้มการพัฒนาอย่างรวดเร็วแบบก้าวกระโดด ในปี 2560 ผลผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมดิบทั่วโลกอยู่ที่ 48.08 ล้านตัน และผลผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมของจีนอยู่ที่ 25.7737 ล้านตัน คิดเป็น 54% ของผลผลิตทั่วโลก ด้วยกำลังการผลิตที่เพิ่มขึ้น การปรับปรุงความสามารถในการแข่งขันทางการตลาดขององค์กรโดยการปรับกระบวนการทางเทคโนโลยีให้เหมาะสมและการลดต้นทุนวัตถุดิบเป็นสิ่งที่ใกล้เข้ามา

1. การพัฒนาการถลุงเหล็กสแตนเลส

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 เมืองเชฟฟิลด์ ประเทศอังกฤษ ประสบความสำเร็จในการหลอมและหล่อเหล็กกล้าไร้สนิมเกรดเชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรก และเหล็กกล้าไร้สนิมก็ได้รับความสนใจจากผู้คนตั้งแต่นั้นมา ในช่วงทศวรรษที่ 1940 American Hilty (DCHilty) ได้ทำการศึกษาความสมดุลของอุณหภูมิ Cr-C ได้เสนอทฤษฎีการขจัดคาร์บอนออกและการกักเก็บโครเมียมภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง ซึ่งวางรากฐานทางทฤษฎีของการถลุงเหล็กสแตนเลส และศึกษาเพิ่มเติมบนพื้นฐานนี้ ผลของการลดความดันบางส่วนของคาร์บอนเหลวต่อปฏิกิริยาทางเคมีกายภาพของการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมได้นำไปสู่ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการถลุงเหล็กสแตนเลส ในช่วงกลางถึงปลายทศวรรษที่ 1960 โรงงาน Edel ของ Witten Company ในประเทศเยอรมนีประสบความสำเร็จในการพัฒนาวิธีการสูญญากาศ VOD และวิธีเจือจาง AOD ของ United Carbide Company ในสหรัฐอเมริกาซึ่งช่วยลดต้นทุนการถลุงเหล็กกล้าไร้สนิมได้อย่างมาก ปรับปรุง ประสิทธิภาพการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิม และเปิดใช้งานการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมขนาดใหญ่ กลายเป็นไปได้

2. อุปกรณ์ถลุงสแตนเลส

ทางเลือกของกระบวนการถลุงเหล็กกล้าไร้สนิมนั้นสัมพันธ์กับเกรดเหล็กและวัตถุดิบ วัตถุดิบเหล่านี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วย: เศษเหล็ก เหล็กหลอม แร่โครเมียม โลหะผสมแร่นิกเกิล ฯลฯ

อุปกรณ์ที่ใช้ในการถลุงสแตนเลสแบ่งออกเป็นสองประเภท: อุปกรณ์ถลุงหลักและอุปกรณ์การกลั่น อุปกรณ์ถลุงหลักประกอบด้วย: เตาอาร์คไฟฟ้า (EAF), เตาเหนี่ยวนำแบบไม่ใช้สุญญากาศ (โดยทั่วไปใช้สำหรับการผลิตขนาดเล็ก), เตาอาร์คใต้น้ำ, คอนเวอร์เตอร์ อุปกรณ์กลั่นส่วนใหญ่รวมถึงอุปกรณ์กลั่นประเภททัพพี (VOD, SS-VOD, VOD-PB, ฯลฯ ), อุปกรณ์กลั่นประเภทตัวแปลง (AOD, VODC, VCR, CLU, KCB-S, KOBMS, K-BOP, MRP-L, GOR ฯลฯ ) และอุปกรณ์การกลั่นแบบขยายฟังก์ชัน RH (RH-OB, RH-KTB, RH-KPB เป็นต้น) สามประเภท

โดยทั่วไป เมื่อวัตถุดิบถลุงเป็นเศษเหล็ก อุปกรณ์ถลุงหลักใช้กระบวนการไหลสั้นของเตาอาร์คไฟฟ้าพร้อมอุปกรณ์การกลั่น

เมื่อวัตถุดิบเป็นเหล็กหลอมเหลว อุปกรณ์การกลั่นขั้นต้นจะใช้กระบวนการของคอนเวอร์เตอร์พร้อมอุปกรณ์การกลั่น

เมื่อวัตถุดิบเป็นเศษเหล็กและเหล็กหลอมเหลว อุปกรณ์ถลุงแร่หลักจะใช้กระบวนการของเตาอาร์คไฟฟ้าพร้อมตัวแปลงและอุปกรณ์การกลั่น

เมื่อวัตถุดิบเป็นแร่โครเมียม อุปกรณ์การกลั่นขั้นต้นจะใช้กระบวนการของตัวแปลงลดขนาดถลุงรวมกับตัวแปลงการแยกตัวออกจากคาร์บอน บวกกับอุปกรณ์การกลั่น (ขณะนี้ Kawasaki Steel เลือกกระบวนการนี้ในประเทศญี่ปุ่น)

เมื่อใช้แร่นิเกิลศิลาแลงเป็นวัตถุดิบ อุปกรณ์การกลั่นขั้นต้นจะใช้กระบวนการทำให้แห้งและเตาเผาแบบหมุนบวกเตาอาร์คที่จมอยู่ใต้น้ำพร้อมตัวแปลงและอุปกรณ์การกลั่น

3. เส้นทางกระบวนการถลุงเหล็กสแตนเลส

ในปัจจุบัน กระบวนการถลุงเพื่อผลิตสแตนเลสส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นวิธีเดียว วิธีสองขั้นตอน และวิธีสามขั้นตอน

3.1 กระบวนการถลุงขั้นตอนเดียว

กระบวนการถลุงสแตนเลสแบบขั้นตอนเดียวในระยะแรกหมายถึงความสมบูรณ์ของการหลอมเศษ การแยกส่วน การลดและการกลั่นในเตาไฟฟ้า และการหลอมประจุเป็นสแตนเลสในขั้นตอนเดียว กระบวนการผลิตถลุงขั้นตอนเดียวที่ใช้เตาไฟฟ้าในการหลอมสแตนเลสเท่านั้น ค่อยๆ ถูกกำจัดออกไปเนื่องจากวงจรการหลอมที่ยาวนาน อัตราการทำงานต่ำ และต้นทุนการผลิตสูง ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของกระบวนการกลั่นนอกเตาหลอมและการใช้เตาหลอม AOD อย่างกว้างขวาง องค์กรการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมจำนวนมากในปัจจุบันจึงใช้เหล็กหลอมเหลวที่มีฟอสฟอรัสต่ำหรือฟอสฟอรัสบางส่วนเพื่อทดแทนเศษเหล็ก และใช้เหล็กหลอมเหลวและโลหะผสมเป็นวัตถุดิบเพื่อป้อน เตา AOD สำหรับการถลุงสแตนเลส กระบวนการถลุงใหม่ขั้นตอนเดียว

เมื่อเทียบกับกระบวนการถลุงแบบขั้นตอนเดียวก่อนหน้านี้ กระบวนการถลุงแบบขั้นตอนเดียวแบบใหม่ช่วยลดการเชื่อมโยงการถลุงของเตาไฟฟ้าในกระบวนการผลิต ข้อดีของมันได้แก่ ประการแรก การลงทุนที่ต่ำกว่า ประการที่สองลดต้นทุนการผลิต การบริโภคและปรับปรุงความบริสุทธิ์ของเหล็กหลอมเหลว ประการที่สี่อัตราส่วนเศษเหล็กต่ำซึ่งเหมาะสำหรับตลาดเศษเหล็กที่มีอยู่ ประการที่ห้า มันประหยัดเป็นพิเศษสำหรับการถลุงสแตนเลส 400 ซีรีส์

อย่างไรก็ตาม วิธีการแบบขั้นตอนเดียวแบบใหม่นี้มีข้อกำหนดบางประการสำหรับสภาวะของวัตถุดิบและการแก้ปัญหาผลิตภัณฑ์: ขั้นแรก ปริมาณฟอสฟอรัสของเหล็กหลอมเหลวในเตาเผา AOD จะต้องน้อยกว่า 0.03 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้น การกำจัดฟอสฟอรัส ต้องเติมเหล็กหลอมลงในกระบวนการถลุง ประการที่สอง โลหะผสมถูกใช้เป็นวัตถุดิบในวิธีการใหม่ขั้นตอนเดียว มันถูกเพิ่มลงในเตาหลอม AOD และโลหะผสมคาร์บอนสูงที่เติมลงในเตาหลอม AOD มากเกินไปจะส่งผลต่อสมดุลความร้อนของกระบวนการถลุงทั้งหมด และไม่เหมาะสำหรับสแตนเลสที่มีส่วนประกอบที่ซับซ้อนและมีปริมาณโลหะผสมสูง

กระบวนการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมขั้นตอนเดียวแบบใหม่นี้ปัจจุบันใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิม 400 ซีรีส์ ในฐานะประเทศกำลังพัฒนา จีนขาดทรัพยากรเศษเหล็กและขาดแคลนนิกเกิลอย่างมาก นอกจากนี้ สแตนเลส 400 ซีรีส์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวันและการผลิตภาคอุตสาหกรรม เงื่อนไขวัตถุประสงค์เหล่านี้ทำให้การหลอมเหล็กสแตนเลสขั้นตอนเดียวแบบใหม่เป็นที่นิยมมากขึ้นเรื่อยๆ ผู้ผลิตหลายรายใช้มัน

3.2 กระบวนการถลุงสองขั้นตอน

เส้นทางกระบวนการสองขั้นตอนคือ EAF→AOD, EAF→VOD (เตาอาร์คไฟฟ้า→เตากลั่นสุญญากาศ VOD) กำลังการผลิตของกระบวนการ EAF → AOD คิดเป็นประมาณ 70 เปอร์เซ็นต์ของกำลังการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมของโลก เตา EAF นั้นใช้เป็นหลักในการหลอมเศษเหล็กและวัตถุดิบโลหะผสมเพื่อผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมก่อนการหลอม จากนั้นจึงหลอมเป็นเหล็กหลอมเหลวสเตนเลสที่มีคุณสมบัติเหมาะสมในเตาหลอม AOD .

ในกระบวนการสองขั้นตอน หากปริมาณฟอสฟอรัสของวัตถุดิบที่เข้าสู่เตาไฟฟ้าค่อนข้างสูง จำเป็นต้องเพิ่มการเชื่อมโยงของการแยกฟอสฟอรัสก่อนหลอมด้วยสเตนเลสสตีลระหว่างเตาไฟฟ้ากับเตา AOD กระบวนการกำจัดฟอสฟอรัสก่อนหลอมละลายที่ใช้กันมากที่สุด ได้แก่ คอนเวอร์เตอร์ ดีฟอสโฟไรเซชั่น และ การกำจัดฟอสฟอรัสบนถังโลหะร้อน เมื่อวิธีการแบบสองขั้นตอนใช้เหล็กหลอมเหลวจากเตาถลุงเหล็กเป็นวัตถุดิบหลักสำหรับการถลุงเหล็กกล้าไร้สนิม ถ้าปริมาณฟอสฟอรัสในเตาหลอมถลุงสูงก็จำเป็นต้องเพิ่มการเชื่อมโยงการขจัดฟอสฟอรัสด้วย

กระบวนการถลุงเหล็กกล้าไร้สนิมแบบสองขั้นตอนใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมหลายแบบ เหล็กกล้าไร้สนิม 95 เปอร์เซ็นต์

อย่างไรก็ตาม วิธีสองขั้นตอนยังคงต้องให้ความสนใจกับสามประเด็นต่อไปนี้ในแง่ของการบริโภคปานกลางและแผนความหลากหลาย: ประการแรก ด้วยความคืบหน้าของกระบวนการถลุงแร่และการปรับปรุงระดับการดำเนินงานในปีที่ผ่านมา การใช้อาร์กอน และสื่ออื่นๆ ในกระบวนการถลุงสองขั้นตอนลดลงอย่างมาก อย่างไรก็ตาม เมื่อเทียบกับวิธีการแบบขั้นตอนเดียวและแบบสามขั้นตอนแล้ว ปริมาณการใช้อาร์กอนและสื่ออื่นๆ ยังคงมีขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อย ประการที่สอง เมื่อเตาหลอม AOD สลายตัวจนสุด ปริมาณออกซิเจนในเหล็กหลอมเหลวจะค่อนข้างสูงและต้องเติมเฟอร์โรซิลิกอนเพื่อลดออกซิเจนในเหล็กหลอมเหลว ดังนั้นการบริโภคเฟอร์โรซิลิกอน ประการที่สามคือไม่สามารถใช้ในการผลิต สแตนเลสคาร์บอนต่ำพิเศษและไนโตรเจนในปัจจุบัน และปริมาณก๊าซในเหล็กค่อนข้างสูง

3.3 กระบวนการถลุงสามขั้นตอน

การไหลของกระบวนการพื้นฐานของวิธีการสามขั้นตอนคือ: เตาหลอมหลัก → ตัวแปลงเป่าคู่/เตา AOD → อุปกรณ์กลั่นสุญญากาศ วิธีสามขั้นตอนเป็นวิธีการขั้นสูงสำหรับการถลุงเหล็กกล้าไร้สนิม และคุณภาพของผลิตภัณฑ์ก็ดี ซึ่งเหมาะสำหรับผู้ผลิตมืออาชีพและการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมในวิสาหกิจเหล็กและเหล็กกล้าร่วม

วิธีการสามขั้นตอนของเหล็กกล้าไร้สนิมจะเพิ่มขั้นตอนของการขจัดคาร์บอนแบบลึกโดยใช้วิธีการสองขั้นตอน ข้อดีของกระบวนการถลุงแร่คือ: ประการแรก การแบ่งงานในแต่ละลิงค์มีความชัดเจน จังหวะการผลิตนั้นรวดเร็ว และการดำเนินงานได้รับการปรับให้เหมาะสม เนื้อหาของออกซิเจนและการรวมต่ำ และช่วงของผลิตภัณฑ์ที่สามารถผลิตได้กว้าง ประการที่สามคือเหล็กหลอมเหลวสามารถใช้สำหรับการถลุงความต้องการวัตถุดิบไม่สูงและการเลือกวัตถุดิบมีความยืดหยุ่น

อย่างไรก็ตาม กระบวนการถลุงสแตนเลสสามขั้นตอนตระหนักถึงการทำงานของโลหะทีละขั้น ซึ่งจะมีผลกระทบต่อการลงทุนด้านการผลิตดังต่อไปนี้ ขั้นแรก การเชื่อมโยงกระบวนการเพิ่มขึ้น การลงทุนและต้นทุนการผลิตค่อนข้างสูง ประการที่สอง ระบบอุปกรณ์สูญญากาศมีความซับซ้อนและปริมาณการบำรุงรักษามีมาก

ในปัจจุบัน กระบวนการถลุงเพื่อผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมในโลกส่วนใหญ่ใช้วิธีสองขั้นตอนและสามขั้นตอน ในบรรดาวิธีเหล่านี้ วิธีสองขั้นตอนของ EAF บวก AOD หรือ EAF บวก VOD เป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด โดยคิดเป็นสัดส่วนประมาณ 70 เปอร์เซ็นต์ และวิธีการสามขั้นตอนมีสัดส่วนประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ เนื่องจากเหล็กหลอมเหลวที่มีฟอสฟอรัสต่ำถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิม กระบวนการถลุงสแตนเลสแบบขั้นตอนเดียวแบบใหม่จึงถูกนำมาใช้โดยองค์กรการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อปรับให้เข้ากับการแข่งขันที่รุนแรงในตลาดเหล็กกล้าไร้สนิม ปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์ และลดต้นทุนการผลิต องค์กรต่าง ๆ ในประเทศของฉันเลือกกระบวนการถลุงเหล็กกล้าไร้สนิมที่เหมาะสมตามสภาพจริง

4. การเลือกเส้นทางกระบวนการถลุงสำหรับสถานประกอบการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมในประเทศ

การกำหนดเส้นทางกระบวนการถลุงเหล็กกล้าไร้สนิมก่อนอื่นควรใช้โครงร่างผลิตภัณฑ์เป็นจุดเริ่มต้น และเลือกเส้นทางกระบวนการถลุงเหล็กกล้าไร้สนิมที่เหมาะสมตามองค์ประกอบวัตถุดิบของการถลุงเหล็กกล้าไร้สนิมและกลไกการกลั่นเหล็กกล้าไร้สนิม ปัจจัยต่างๆ เช่น สภาพของวัตถุดิบ ขนาดการผลิต แผนผลิตภัณฑ์ ต้นทุนการดำเนินงาน และพฤติกรรมการทำงานของคนงานในสถานประกอบการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมจะส่งผลต่อการเลือกกระบวนการผลิตเหล็กสเตนเลส เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น วัตถุดิบ ต้นทุนการดำเนินงาน และแผนผลิตภัณฑ์ได้รับผลกระทบอย่างมากจากความผันผวนของตลาด การเลือกกระบวนการผลิตในโรงถลุงเหล็กสแตนเลสที่ทันสมัยจึงควรมีความยืดหยุ่น และกระบวนการผลิตและแผนผลิตภัณฑ์สามารถปรับเปลี่ยนได้ตามสภาวะตลาด

สถานประกอบการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมขนาดใหญ่ของจีนส่วนใหญ่เป็นองค์กรเหล็กกล้าแบบบูรณาการ เช่น Taiyuan Iron and Steel Co., Ltd., Jiuzhou Iron and Steel Co., Ltd. ซึ่งผลิตทั้งเหล็กกล้าไร้สนิมและเหล็กกล้าคาร์บอน สำหรับองค์กรเหล็กและเหล็กกล้าที่รวมกันเหล่านี้ การกำหนดค่าของอุปกรณ์ในกระบวนการสามารถตอบสนองความต้องการของเส้นทางกระบวนการที่หลากหลายและอัตราส่วนของวัตถุดิบที่แตกต่างกัน ช่วงของวัตถุดิบค่อนข้างกว้าง มีปริมาณเหล็กหลอมเหลวและเศษเหล็กเพียงพอที่สามารถตอบสนองความต้องการได้ สามารถเลือกวัตถุดิบที่ดีที่สุดได้ แผนการจับคู่ องค์กรเหล่านี้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการเลือกเส้นทางกระบวนการถลุงเหล็กกล้าไร้สนิม

เนื่องจากจีนขาดแคลนทรัพยากรเศษเหล็ก ทำให้ต้นทุนวัตถุดิบในกระบวนการถลุงเหล็กสแตนเลสสูงซึ่งใช้เศษเหล็กเป็นวัตถุดิบหลัก ประกอบกับการใช้พลังงานสูงของการถลุงเศษเหล็กทั้งหมด และคุณภาพเศษเหล็กที่ด้อยคุณภาพ นำองค์ประกอบที่เป็นอันตรายมากมายเข้าสู่เหล็กหลอมเหลว การผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมมากขึ้นเรื่อยๆ ใน China Enterprises มักจะใช้เหล็กหลอมเหลวที่หลอมละลายฟอสฟอรัสเพื่อหลอมเหล็กกล้าไร้สนิม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในองค์กรที่ซับซ้อนของเหล็กและเหล็กกล้า การใช้เตาหลอมเหลวของระบบเหล็กกล้าคาร์บอนในการจัดหาชิ้นส่วนของเหล็กหลอมเหลวให้กับระบบถลุงสแตนเลสสามารถลดต้นทุนวัตถุดิบต่อตันของเหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในเวลาเดียวกัน สิ่งอำนวยความสะดวกการบำบัดด้วยฟอสฟอรัสใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการผลิตสแตนเลส การประยุกต์ใช้สิ่งอำนวยความสะดวกการบำบัดด้วยฟอสฟอรัสไม่เพียงแต่ลดความต้องการวัตถุดิบในการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมเท่านั้น แต่ยังช่วยลดต้นทุนการผลิต เพื่อให้เหล็กหลอมเหลวจากเตาถลุงเหล็ก เศษเหล็กธรรมดา เหล็กหมูฟอสฟอรัสสูงและโลหะผสมที่มีฟอสฟอรัสสูงสามารถใช้ได้ในขนาดใหญ่ ปริมาณในการผลิตสแตนเลส