Процесс CLU для производства нержавеющей стали

Процесс CLU для производства нержавеющей стали

Процесс производства нержавеющей стали имеет некоторые основные особенности, такие как удаление углерода (C), раскисление и десульфурация. В производственном процессе эти операции обычно сочетаются с некоторым легированием твердым материалом, а также контролем азота (N2). Эти требования по-разному выполняются в различных процессах, применяемых для производства нержавеющей стали.

Процесс CLU аналогичен процессу AOD (обезуглероживание аргоном и кислородом) для изготовления нержавеющих сталей. CLU относится к процессу Creusot-Loire Uddeholm для производства нержавеющей стали. В нем также используется жидкая сталь из электродуговой печи (ЭДП) или любой другой аналогичной первичной сталеплавильной печи. Основным стимулом для развития процесса CLU была идея использовать перегретый пар в качестве разбавляющего газа вместо газообразного аргона (Ar), который используется в процессе AOD. Перегретый пар использовался в качестве технологического газа при производстве нержавеющей стали с начала 1970-х годов, когда эта технология была разработана на сталелитейном заводе Uddeholms Degerfors в Швеции. Во Франции аналогичное развитие имело место в группе Creusot-Loire. Разработанный процесс получил название процесса Creusot Loire Uddeholm (CLU).

Преобразователь, первоначально использовавшийся в процессе CLU, представлял собой конвертер с нижней продувкой, что отличало его от конвертера AOD с боковой продувкой. Однако в настоящее время также доступен процесс CLU с использованием конвертера с боковой продувкой.

Первая коммерческая установка, использующая процесс CLU, была построена в 1973 году компанией Uddeholm. В период с 1973 по 2003 год нержавеющая сталь производилась на сталелитейном заводе Uddeholms Degerfors в 80-тонном конвертере, где в качестве технологических газов использовались перегретый пар, Ar, N2, кислород (O2) и сжатый воздух. Конвертер на сталелитейном заводе в Дегерфорсе работал в течение 30 лет как процесс CLU для производства нержавеющей стали, прежде чем он был выведен из эксплуатации в 2003 году. Поперечное сечение конвертера CLU с нижней продувкой показано на рис. 1.

 Рис. 1. Поперечное сечение преобразователя CLU

С годами технология имела умеренное расширение. В общей сложности семь заводов использовали перегретый пар в качестве технологического газа в промышленности. Этот процесс также используется Samancor Ferro metals в Южной Африке для производства среднеуглеродистого (C) феррохрома (Fe-Cr). Компания Acerinox Columbus Stainless из Миддлбурга, Южная Африка, выбрала этот процесс для своих двух продуктов. 110-тонные конвертеры для их завода по производству нержавеющей стали. В период с 1995 по 2002 год компания Columbus Stainless использовала перегретый пар в конвертере в процессе рафинирования. Однако в 2002 г. было принято решение отказаться от паропродувочных мощностей, так как рынок в то время обеспечивал достаточное количество аргона для удовлетворения местного спроса, и в то же время часть исходного котельного оборудования была изношена. Практика продувки перегретым паром в конвертерах была вновь введена в 2008 году, и компания Columbus Stainless смогла одновременно эксплуатировать два конвертера с паром. По словам руководства Columbus Stainless, основной причиной переустановки паровой продувки в своих конвертерах было снижение пиковых значений аргона и снижение общего потребления аргона, чтобы лучше соответствовать поставкам аргона на местном рынке.

Процесс CLU

Как и процесс AOD, процесс CLU также использует метод разбавления. Процесс основан на том принципе, что обезуглероживание должно происходить при пониженном парциальном давлении моноксида углерода (CO), потому что равновесие хрома углерода в ванне стали очень сильно зависит от парциального давления CO в пузырьках газа, образующихся во время процесса. обезуглероживание. Равновесие углерод-хром при двух разных температурах и давлениях показано на рис. 2.

 Рис. 2. Равновесие углерода и хрома при двух разных температурах и давлениях

Использование инертного газа снижает парциальное давление CO в ванне, что позволяет более высокому содержанию хрома (Cr) находиться в равновесии с более низким содержанием C. Первоначальным стимулом для разработки технологии CLU было желание снизить парциальное давление CO за счет продувки более дешевым инертным газом и уменьшить потребность в больших количествах Ar, который является дорогим и доступность которого также редка.

Период обезуглероживания состоит из впрыскивания парокислородной смеси. Фундаментальная основа использования пара в конвертере заключается в восстановлении пара, которое представлено следующим уравнением.

H2O (г) + 241,9 кДж/моль =H2 (г) + 0,5 O2 (г)

Пар диссоциирует в стали, а водород (H2) действует как промывочный газ так же, как Ar в процессе AOD, а O2 действует как рафинирующая среда. Процесс диссоциации пара является эндотермическим и отбирает тепло у стальной ванны. Это помогает контролировать температуру стальной ванны.

В своем процессе компания Creusot-Loire также рассмотрела возможность использования фурм с защитой топлива, что позволило бы вдувать чистый O2 и применить современный метод рафинирования углеродистой стали. Таким образом, рафинирование может быть выполнено с высокой скоростью при очень высоком начальном содержании углерода и кремния (Si).

Использование 1 кг перегретого пара заменяет 1,25 н. м3 Ar (или N2), 0,625 н. м3 O2 в пересчете на технологический газ и 10 кг лома с точки зрения охлаждающей способности. Перегретый пар в основном используется для замены тактических теплоносителей в тех случаях, когда применяемая стратегия означает, что конвертер работает близко к своей максимальной мощности. Перегретый пар также можно использовать для охлаждения в тех случаях, когда подходящие хладагенты недоступны или не могут быть использованы логистически.

Водород (H2) из ​​пара растворяется в стали аналогично N2. Однако, в отличие от N2, удаление происходит чрезвычайно быстро вплоть до уровней ниже критических для нержавеющей стали. Даже если H2 может быть проблемой для многих типов стали, для нержавеющей стали это не так, и уровни H2 от 5 до 6 частей на миллион (частей на миллион) являются нормальными при выпуске конвертера для стандартной нержавеющей стали марки 304, независимо от обработки CLU или AOD. Литье обычных нержавеющих сталей может быть выполнено с концентрацией более 10 частей на миллион.

Преимущества и другие характеристики процесса

Основным преимуществом процесса CLU является более низкая рабочая температура в конвертере (на 50-100°C ниже) по сравнению с рабочей температурой в процессе AOD. Дополнительным потерям хрома (Cr), которые могут быть связаны с этим процессом, можно противодействовать, используя дополнительную добавку ферросилиция (Fe-Si) для восстановления шлака. Другими важными преимуществами процесса являются следующие.

• Возможность регулирования температуры при обезуглероживании (без использования охлаждающих добавок) путем изменения соотношения между О2 и паром.
• Стоимость разбавляющего газа низкая. Это существенно влияет на себестоимость производства нержавеющей стали.
• В процессе используется недорогой феррохром (Fe-Cr) с высоким содержанием Si и C.
• Низкая рабочая температура и тот факт, что конвертер имеет нижнюю продувку, увеличивают срок службы футеровки и снижают затраты на огнеупоры

Условия десульфурации примерно такие же, как и в процессе АОД. С точки зрения десульфурации высокое содержание Si является преимуществом при работе дуговой печи. Однако более высокое содержание Si в жидкой стали должно быть компенсировано дополнительным известью для поддержания оптимальной основности шлака.

Для удаления Н2, который растворяется в стали в конце периода рафинирования, впрыскивается около 1,5 м3 аргона на тонну стали.

Окисление Cr выше, чем в процессе AOD, когда обезуглероживание продолжается при содержании углерода ниже 0,18 %. Несмотря на то, что в этом процессе требуется повышенное количество кремния, тем не менее экономия средств достигается за счет более низкого потребления дорогостоящего аргона. Кроме того, использование пара в течение всего периода также может привести к нежелательному содержанию H2 в рафинированной стали, если его не контролировать должным образом. Поэтому необходимо разработать подходящие методы и включить в процесс механизм контроля для использования различных количеств пара, аргона и азота.

Типичные параметры

Типичные параметры и условия для нержавеющих сталей марок 304 и 409 для процесса CLU приведены в Таблице 1.

<тд 85"> <тд 77"> <тд 85"> <тд 85"> <тд 77"> <тд 85"> <тд 85">100 <тд 85">1,7 <тд 85">6

Вкладка 1 Типичные параметры и условия для классов 304 и 409
Параметр	Единица	Класс 304	Класс 409
Цель углерода	%	0,03	0,01
Направить азот	частей на миллион	350
Расплав в углероде	%	1,65	0,96
Расплав в кремнии	%	0,2	0,13
Кислород	N м3/т	27,7	22,4
Азот	N м3/т	13,5
Пар	N м3/т	10.4
Водород	частей на миллион	5.9	3.8
Аргон	N м3/т	7	17.1
Кремний (восстановление)	кг/тонна	15,5	15,9