1. 電爐-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. 連續(xù)鑄造-連續(xù)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(xù)地制成坯料(如板坯、方坯、鋼錠)。生產不銹鋼是由不銹鋼專業(yè)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(xiàn)在這種技術還在繼續(xù)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(yè)者也到市中心地帶進行回收(參照地球環(huán)境、廢棄物再利用章節(jié))。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?shù)娜刍癄t。作為鐵合金一般的是使用鐵鉻合金和鐵鎳合金。
使用電爐所熔化的不銹鋼,因為含碳量高,所以,要使用AOD(Argon Oxygen Decar burization),VOD(Vacuum Oxygen Decarburi-ation)或者 RH(Reinstahl Hitter werk& Heraus)等所謂的脫氣設備(亦稱爐外精煉爐)進行脫碳、脫氣處理。同時還要按標準的要求,調整其化學成分。AOD、VOD的概念圖如圖5-2所示。因為不銹鋼是含有鉻的鋼,向爐內吹入氧進行脫碳時,為了同時提取出形成的鉻的氧化物,需要降低爐內的一氧化碳分壓。
在脫氣設備AOD,是使用氬(Ar)進行稀釋而降低分壓,使用氧氣脫碳。對奧氏體系列不銹鋼一直是使用這種高效率脫碳、脫氣處理工藝。最近,在真空狀態(tài)下進行處理的真空AOD也設備化了。另外,VOD或RH都是以真空方式進行脫碳、脫氣處理的設備,它們適合于生產鐵素體系列中的超低碳和超低氮的鋼種。專業(yè)生產不銹鋼的日本冶金工業(yè)公司和日本金屬工業(yè)公司,一直以電爐-AOD為主,特殊鋼種則使用VOD對鋼進行熔化。有高爐設備的生產廠參與了生產不銹鋼的初期,使用生產普通鋼的基本生產工藝流程,靈活地運用高爐-轉爐-脫氣設備,繼而在電爐進行熔化后,在轉爐-VOD或者在所謂RH的工藝中,進行預備脫碳-脫碳、脫氣處理。日本制鋼公司的周南制造所,到現(xiàn)在還是以電爐-轉爐-VOD生產熔鋼。RH是新日本制鐵公司室蘭制鐵所在生產不銹鋼時所使用的,現(xiàn)在已經不用了。
最近,電爐及脫氣設備已由專業(yè)廠生產制造。電爐從30~60噸容量開始向生產150噸容量的大型化邁進。還有,作為一項技術開發(fā),確立了先使用高爐的熔化鋼水,然后在轉爐上加入鐵合金以及不銹鋼廢材料進行熔化的方法。新日鐵住友金屬不銹鋼公司和JFE鋼鐵公司,在生產馬氏體系列和鐵素體系列不銹鋼中,使用高爐熔化鋼水,然后再運用轉爐、脫氣設備精煉制造。奧氏體系列不銹鋼,因鎳的熔化比較難,從技術上講是可能的,但電爐的效率太低,所以不用電爐。
JFE鋼鐵公司,在鉻原材料使用方面,確定了革新的鉻礦石熔化還原技術。使用STAR爐(Stainless Advanced Reactor)及熔融還原爐(SR-KCB爐)將鉻礦石和不銹鋼料頭、廢屑熔融還原,再用脫碳爐(DC-KCB爐)和VOD進行脫碳、脫氣處理,這是一種理想的方法。熔融還原爐(SR-KCB爐)從熔化開始就將粉末狀的鉻礦石直接添加進去,因為粉末狀的鉻礦石能夠廉價購人,因此,在熔煉工藝上,它具有成本競爭力。
脫碳、脫氣處理后的熔鋼(不銹鋼水),由鋼水包送往連續(xù)鑄造設備上。連續(xù)鑄造設備的概念圖如圖5-3所示。連續(xù)鑄造設備的最上部分設置鋼水包,在其下部設有澆口可以開閉。鋼水經過純化包(純化包的功能是使鋼水中的夾雜物飄浮在鋼水的表面上),然后通過鋼水澆口注入鑄模,進行第1次冷卻。再往下通過噴水降溫器和游動輥,在2次冷卻區(qū)進行凝固。凝固后的鑄塊由夾送輥送往下部。按預定長度用氣割(乙炔)切斷后,由搬運裝置將其運往儲存處。從鋼水包澆口流出到形成表面凝固的鋼坯之間,熔融鋼水如果與空氣接觸,就會形成氧化的夾雜物缺陷,所以必須設法使其不受空氣氧化。為此采取在純化包內使用氬(Ar)進行置換,并在鑄模內的熔鋼上面覆蓋粉末狀的熔融性耐火粉末等措施,實現(xiàn)無氧化鑄造技術進行生產。
連續(xù)鑄造設備的形式有垂直型、彎曲型和水平型。其高度不要超過廠房高度。最近多數(shù)采取彎曲型。水平型則生產鋼坯為矩形截面的產品,現(xiàn)已經設備化并組成生產流水線,見圖5-4。
在連續(xù)鑄造設備中,熔融鋼水隨冷卻而凝固,形成的鑄造扁形塊一般的稱為板坯、方坯或鑄錠,其形狀應盡量地做到接近于下一道工序所需要的形狀(near next shape)。在連續(xù)鑄造設備開發(fā)之前,是在所謂的鑄模內從上部或下部流進的鋼水,使其凝固,做成鋼錠。然后在開坯軋制工藝過程中,進行再加熱、軋制,制成板坯、方坯或扁鋼坯。
連續(xù)鑄造,在鋼鐵企業(yè)中是工藝革新的大飛躍。連續(xù)鑄造化最早開始生產的品種就是不銹鋼,因為奧氏體系列不銹鋼具有穩(wěn)定的結晶組織(凝固及冷卻時,即使?jié)采纤膊粫a生裂紋,而鐵素體系列不銹鋼如果不注意均勻冷卻,就會產生裂紋)。
對半成品的板坯、方坯或扁坯鋼,要使用修理用手動砂輪機將表面上的缺陷等清除干凈。接下來,板坯要送到厚板熱軋、冷軋產品部;方坯要送到型鋼軋制產品部,而扁鋼坯要送去軋制圓鋼、線材或鋼管產品。由于連續(xù)鑄造的生產技術、質量管理嚴格化,在一部分鋼種生產上,有可能實現(xiàn)鑄鋼帶坯的無修理化。
近年來,夢想的生產工藝流程,即從熔融的鋼水依靠薄材連續(xù)鑄造技術直接生產出卷材(這樣就有可能省掉熱軋工藝流程)。新日本制鐵公司的光制鐵所已經設備化,進行專門的固定生產了。后來,因為日本鋼鐵行業(yè)進行重組,成立了新日鐵住金不銹鋼公司,由于償還設備投資的經濟負擔過大而停業(yè)。將熔融的鋼水經過雙擠壓輥表面凝固制成鑄鋼帶,捲成厚度為3mm左右的鋼卷,是生產奧氏體系列穩(wěn)定的金相組織不銹鋼最適當?shù)纳a工藝流程。期望將來能夠繼續(xù)生產下去。所謂的理想生產工藝流程概略圖如圖5-5所示。