摘  要  不銹鋼有許多優(yōu)良的性能，外觀精美，使用壽命長，可100%回收利用，因此，得以廣泛的應(yīng)用。下文詳細(xì)介紹不銹鋼煉鋼的總體概況，論述不銹鋼在鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、電爐、二次精煉、連鑄等方面的技術(shù)進(jìn)步，提出了不銹鋼生產(chǎn)流程未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵字  不銹鋼  冶煉工藝  發(fā)展趨勢

Analysis of stainless steel smelting 

technology and trend

Abstract  Stainless steel has many excellent properties, beautiful appearance, long life, can be 100 % recycled, so it is widely used. The general situation of stainless steel steelmaking in wenxiang xishao is introduced. the technical progress of stainless steel in hot metal pretreatment, converter, electric furnace, secondary refining and continuous casting, the future development direction of stainless steel production process is proposed.

Keywords   stainless steel  Smelting process  trend analysis

不銹鋼是指在大氣、水、酸、堿和鹽等溶液，或其他腐蝕介質(zhì)中具有一定化學(xué)穩(wěn)定性的鋼種，因其具有不銹、耐蝕、高壽命、可循環(huán)、外表美觀等優(yōu)良性能而廣泛應(yīng)用于家電和食品機(jī)械、電子和自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)機(jī)械、建筑材料、交通和能源等領(lǐng)域。由于不銹鋼的特性和對產(chǎn)品質(zhì)量的特殊要求，不銹鋼的冶煉和生產(chǎn)工藝具有不同于普通鋼的特點(diǎn)，需要采用新的工藝和設(shè)備。不銹鋼冶煉工藝技術(shù)的進(jìn)步，特別是20世紀(jì)60年代以后，爐外精煉和連續(xù)鑄錠技術(shù)的使用，進(jìn)一步促進(jìn)了不銹鋼的快速發(fā)展，改善了不銹鋼的質(zhì)量，提高了成材率，降低了生產(chǎn)成本。本文闡述了不銹鋼的發(fā)展趨勢、工藝流程、冶煉和精煉技術(shù)；根據(jù)流程正確選擇冶煉和精煉方法，以達(dá)到最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

1  不銹鋼冶煉工藝及流程

選擇冶煉工藝流程必須考慮不銹鋼生產(chǎn)的原料供應(yīng)條件、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)成本和產(chǎn)品品種與質(zhì)量等因素。對生產(chǎn)規(guī)模較小的企業(yè)，在不銹鋼返回料供應(yīng)充足的條件下，可選用適合不銹鋼返回料生產(chǎn)的電爐不銹鋼生產(chǎn)工藝流程。對生產(chǎn)規(guī)模較大的企業(yè)，如能具有較大的不銹鋼返回料供應(yīng)條件，可選用適合鐵水+不銹鋼返回料生產(chǎn)的電爐一轉(zhuǎn)爐不銹鋼生產(chǎn)工藝流程。對生產(chǎn)規(guī)模較大而不銹鋼返回料供應(yīng)缺乏的鋼鐵企業(yè)，為降低投資可選用適合全鐵水不銹鋼冶煉的轉(zhuǎn)爐不銹鋼生產(chǎn)工藝流程。圖1是三種流程的示意圖[1]。為了適應(yīng)不銹鋼生產(chǎn)規(guī)模日益增大的市場需求，目前，國內(nèi)外新建的不銹鋼生產(chǎn)線大多采用鐵水一廢鋼混合流程，建設(shè)適應(yīng)不銹鋼和普鋼生產(chǎn)的兼容性煉鋼廠。

1.1  全廢鋼電爐不銹鋼生產(chǎn)流程

選用返回料用電爐冶煉不銹鋼是傳統(tǒng)流程，工藝成熟，生產(chǎn)規(guī)模小，一般年產(chǎn)鋼40—60萬t，生產(chǎn)成本低，鐵素體、奧氏體不銹鋼采用“二步法”生產(chǎn)工藝，超純鐵素體不銹鋼采用“三步法”生產(chǎn)工藝[2]。張家港浦項(xiàng)鋼鐵流程是典型電爐一AOD爐冶煉不銹鋼流程。以300系列為例，其爐料結(jié)構(gòu)為廢鋼50%，碳素廢鋼30%，高碳鉻鐵14%，鎳鐵4%，高碳錳鐵2%。出鋼量150t，熔化時(shí)間60rain，電耗450kW?h/t。收得率95%，氧耗8Nm’/t一9Nm’/t，石灰50kg/t。白云石6kg/t。

1.2  全鐵水轉(zhuǎn)爐不銹鋼冶煉流程

全鐵水不銹鋼冶煉工藝流程的主要特點(diǎn)是以鐵水為主要原料，配加合金直接生產(chǎn)各種牌號不銹鋼的冶煉工藝，分為采用電爐熔化合金和采用轉(zhuǎn)爐熔化合金的兩種類型。全鐵水不銹鋼冶煉工藝的主要缺點(diǎn)是：冶煉過程熱量不足，不能大量使用不銹鋼返回料冶煉不銹鋼（返回料的使用比例≤10%）。

1.2.1  電爐熔化合金的全鐵水不銹鋼冶煉工藝

太鋼第二煉鋼廠為全鐵水不銹鋼冶煉工藝流程，而且是兼容冶煉普鋼，具有年產(chǎn)50萬t不銹鋼、250萬t碳鋼的生產(chǎn)能力。主體設(shè)備包括三脫鐵水預(yù)處理裝置兩座、脫硫鐵水預(yù)處理裝置兩座、30 t電爐一座、75 t K—OBM—S復(fù)吹轉(zhuǎn)爐一座、80 t碳鋼復(fù)吹轉(zhuǎn)爐兩座、80 t RH真空處理一座、75 t VOD爐一座、75 t LF爐一座、直弧型板坯連鑄機(jī)兩臺(tái)、方板坯兼容連鑄機(jī)一臺(tái)。不銹鋼主要品種：300系（304、304HC、316）、400系（430、409、410、436、CTSZB、444）等50多個(gè)品種[3，4]。

1.2.2  采用轉(zhuǎn)爐熔化合金的全鐵水不銹鋼冶煉工藝

該工藝主要特點(diǎn)是在脫碳保鉻爐內(nèi)（AOD、LD—OB轉(zhuǎn)爐等）同時(shí)進(jìn)行合金的熔化，工藝流程短，投資少，但不銹鋼冶煉爐的負(fù)荷重，技術(shù)難度較大。日本八幡廠采用175 t轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)不銹鋼，經(jīng)脫硅、脫硫、脫磷的鐵水兌入LD—OB轉(zhuǎn)爐。轉(zhuǎn)爐冶煉分為三個(gè)階段：鐵水脫碳期，提高熔池溫度至1600℃；脫碳期，連續(xù)加入大量的高碳鉻鐵、錳鐵和鎳粒，溫度控制在1600℃左右，再快速升溫到1700℃以上；還原期，碳脫至0.2%—0.3%，添加硅鐵或鋁還原渣中金屬鉻。

1.2.3  全鐵水轉(zhuǎn)爐不銹鋼生產(chǎn)新流程

采用轉(zhuǎn)爐鐵水“三脫”+轉(zhuǎn)爐初脫碳+真空精煉脫碳三步法冶煉不銹鋼。“三脫”轉(zhuǎn)爐采用頂吹弱供氧和底吹強(qiáng)攪拌工藝，吹煉時(shí)間9 rain，冶煉周期20 rain，半鋼[P]<0.010%，[c]>3.5%，半鋼溫度1350℃。初脫碳轉(zhuǎn)爐采用頂吹純氧和氧氮/氬混合氣體，底吹惰性氣體工藝實(shí)現(xiàn)快速脫碳、升溫和保鉻的目的?？刂剖侄伟ú捎媒固窟M(jìn)行熱補(bǔ)償，在高碳區(qū)頂吹大流量供氧快速脫碳升溫，在低碳區(qū)逐步減少頂吹供氧強(qiáng)度和增加頂吹混入惰性氣體比例，底吹惰性氣體增加爐齡。真空精煉脫碳爐與初脫碳轉(zhuǎn)爐匹配，可優(yōu)化脫碳條件，擴(kuò)大不銹鋼品種范圍，尤其是超低碳、氮鐵素體不銹鋼。針對采用全鐵水配加合金生產(chǎn)不銹鋼的要求，鋼鐵研究總院開發(fā)了不銹鋼冶煉工藝流程[5，6]。該流程分為三個(gè)基本生產(chǎn)單元：①鐵水供應(yīng)和預(yù)處理系統(tǒng)，其任務(wù)是向不銹鋼脫碳爐提供低磷鐵水；②不銹鋼脫碳爐，主要設(shè)備是頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，主要任務(wù)是熔化鐵合金，進(jìn)行不銹鋼脫碳、升溫，控制鉻的氧化。③不銹鋼精煉爐，主要設(shè)備是LF爐和VOD爐，應(yīng)根據(jù)鋼種的要求確定精煉工藝，主要用于不銹鋼鋼水深脫碳、脫氧合金化，技術(shù)特點(diǎn)如圖2所示。包括采用轉(zhuǎn)爐鐵水脫磷預(yù)處理工藝同時(shí)熔化部分合金或不銹鋼返回料（≤15%）；采用轉(zhuǎn)爐直接熔化鉻合金，不用配備電爐；采用頂吹強(qiáng)供氧和惰性氣體一氧氣混合吹煉工藝，可生產(chǎn)[C]≤0.15%的低碳不銹鋼。開發(fā)目標(biāo)包括冶煉周期<60 min，爐齡≥1000爐，可直接生產(chǎn)[c]≤O.15%的不銹鋼，鉻回收率I>98%，硅鐵消耗≤15 kg/t鋼，與VOD配套生產(chǎn)各種不銹鋼品種[7]。

1.2.4  熔融還原冶煉不銹鋼工藝

該流程以鐵水和鉻礦為主要原料，以焦炭作為熔融還原的還原劑和熱源，配加少量廢鋼冶煉，雖能減少價(jià)格昂貴的鉻鐵合金用量，但冶煉周期較長，工序較多，投資成本遠(yuǎn)高于其他工藝流程[8]。川崎制鐵在鐵水脫磷后，在KMS—S中將鉻礦直接還原，升溫同時(shí)熔化廢鋼，調(diào)整鉻鎳成分，在K—OBM—S中脫碳，鉻鎳成分，用混合氣體防止鉻氧化，最后在VOD中對高級鋼種進(jìn)行精煉[9]。

1.3  鐵水+廢鋼不銹鋼生產(chǎn)流程

鐵水+廢鋼不銹鋼生產(chǎn)流程的主要優(yōu)點(diǎn)是對不銹鋼原料供應(yīng)具有較大的靈活性，可根據(jù)市場鎳價(jià)和不銹鋼返回料價(jià)格的波動(dòng)及供應(yīng)情況調(diào)整鐵水和不銹鋼返回料的比例。其主要特點(diǎn)是同時(shí)配備轉(zhuǎn)爐和電爐進(jìn)行不銹鋼冶煉，采用轉(zhuǎn)爐進(jìn)行鐵水脫磷處理，采用電爐熔化合金和返回料。缺點(diǎn)是工藝流程長、投資大、生產(chǎn)成本較高。目前我國太鋼不銹鋼新區(qū)、寶鋼不銹鋼分廠均采用該工藝流程，其特點(diǎn)是利用轉(zhuǎn)爐進(jìn)行鐵水“三脫”，脫磷后半鋼碳含量高，兌人電爐內(nèi)熔化合金，鉻收得率較高。太鋼新區(qū)采用180 t煉鋼轉(zhuǎn)爐+160 t電弧爐+180 t AOD爐+180 t LF+CC生產(chǎn)流程。為解決不銹鋼磷含量問題，采用一座180 t轉(zhuǎn)爐將高爐鐵水冶

煉成碳低、磷低的鋼水后，再分別兌入兩座160 t超高功率電弧爐熔煉不銹鋼預(yù)熔液；不銹鋼和普鋼生產(chǎn)可互相置換。優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，產(chǎn)量大；原料適應(yīng)性強(qiáng)；可靈活調(diào)整普照鋼和不銹鋼的生產(chǎn)比例。缺點(diǎn)是投資較大。

2  不銹鋼冶煉技術(shù)發(fā)展趨勢

目前，國際上已經(jīng)開發(fā)成功十幾種不銹鋼冶煉和精煉技術(shù)。不銹鋼冶煉階段完成了大部分脫碳保鉻任務(wù)，而脫碳的少量任務(wù)放在精煉階段完成。冶煉技術(shù)主要分為以側(cè)吹氧為主的AOD或AOD—L、KCB—S冶煉工藝。以轉(zhuǎn)爐為基礎(chǔ)采用底吹氧的K—OBM—S、K—BOP、GOR等工藝，以底吹攪拌為特點(diǎn)的KCB—S和MRP工藝。

2.1  側(cè)吹氧工藝方法

AOD爐是世界上不銹鋼生產(chǎn)的主導(dǎo)工藝。借鑒轉(zhuǎn)爐頂吹經(jīng)驗(yàn)，AOD也采用了頂吹氧工藝，稱為AOD—L，工藝特點(diǎn)是通過側(cè)吹氧氬/氮混合氣體，降低CO分壓，脫碳保鉻；增設(shè)頂吹氧槍加速高碳區(qū)脫碳速度或用于爐內(nèi)二次燃燒，以縮短冶煉時(shí)間；熔池碳小于0.60%時(shí)，頂吹停止供氧，靠純側(cè)吹脫碳或混吹氧氮/氬混合氣體，加速低碳區(qū)稀釋脫碳；終點(diǎn)碳含量可小于0.015%；爐容比為0.55—0.60Nm3/t，供氧強(qiáng)度低，爐齡為150—200爐[10]。KCB—s是克虜伯開發(fā)的復(fù)合吹煉法，工藝特點(diǎn)是在吹煉初始階段，同時(shí)頂吹和側(cè)吹純氧快速脫碳升溫。到達(dá)一定溫度后，在吹煉期間，分批加入各種合金料、石灰或廢鋼。熔池碳含量降到0.70%以下，按4：1、2：1、1：1、1：2和1：4比例逐步增加頂吹和側(cè)吹氣中惰性氣體比例。熔池碳含量低于0.15%后，停掉頂槍，采用側(cè)吹氧脫碳；目標(biāo)碳含量達(dá)到后，僅采用惰性氣體側(cè)吹攪拌還原。

2.2  采用底吹攪拌的工藝方法

臺(tái)灣中鋼的CSCB以鐵水、高碳鉻鐵和鎳鐵為原料，焦炭作補(bǔ)充熱源，通過頂吹純氧和底吹大流量吹惰性氣體，在一座轉(zhuǎn)爐內(nèi)完成不銹鋼熔煉和主脫碳任務(wù)。因出鋼碳不能低于0.20%，必須與VOD搭配才能生產(chǎn)不銹鋼，可用于交替生產(chǎn)碳鋼和不銹鋼。曼內(nèi)斯曼德馬克開發(fā)的MRP—L頂吹純氧，底吹純惰性氣體，采用可更換爐底，爐齡高達(dá)1200爐。爐容比與AOD爐接近，為0.6Nm3/t。一般與真空精煉脫碳爐組合成三步法工藝，出鋼碳含量為0.20%一0.30%，鉻回收率達(dá)97%～99%。

2.3  以轉(zhuǎn)爐為基礎(chǔ)采用底吹氧的工藝方法

K—BOP類似于從爐頂氧槍吹氧的BOF轉(zhuǎn)爐，下部風(fēng)嘴設(shè)在轉(zhuǎn)爐底部，可從底部噴吹石灰粉改善脫硫。底吹氣體中采用天然氣或丙烷作為保護(hù)氣，以提高耐材壽命，爐齡可達(dá)600爐。K—OBM—S轉(zhuǎn)爐是由奧鋼聯(lián)開發(fā)的，是BOP法的發(fā)展，風(fēng)口安裝于轉(zhuǎn)爐的側(cè)面或底部，還裝有頂部氧槍。頂部氣體采用氧氣、氮?dú)夂蜌鍤?，通過底部風(fēng)口噴吹氧氣、氮?dú)狻鍤夂蜔N類氣體。天然氣和丙烷用于風(fēng)口保護(hù)和提高耐火材料的壽命。GOR轉(zhuǎn)爐是多種能源介質(zhì)復(fù)合吹煉的底吹轉(zhuǎn)爐，其供氣管路通過安裝在轉(zhuǎn)爐底部的三個(gè)套管式噴嘴向熔池吹入可調(diào)成份的氧氣、氮?dú)?、氬氣、天然氣（或其它碳?xì)浠衔铮┑幕旌蠚怏w。冶煉的第一階段吹氧，由碳?xì)浠衔锉Ｗo(hù)噴嘴；第二階段吹入氧、氬（或氮）、碳?xì)浠衔锖退鼈兊幕旌蠚怏w；第三階段向轉(zhuǎn)爐熔池吹入純氬（或氮）。瑞典的Udde holm和法國的CreusotLoire開發(fā)的CLU采用蒸汽作為稀釋氣體，從底部吹氧氣、蒸汽、氮?dú)夂蜌鍤?，同時(shí)，從爐頂吹氧氣、氮?dú)夂蜌鍤?。脫碳時(shí)，開始吹氧氣一蒸汽混合氣體。采用這種轉(zhuǎn)爐，耗氬量降低，但耗硅量卻很高，而且鋼中氫含量增加。目前的趨勢是用更多的氬氣來取代蒸汽來提高效率。

3  不銹鋼冶煉工藝的評價(jià)與選擇

不銹鋼冶煉工藝的選擇必須從不銹鋼原料供給情況出發(fā)，正確選擇不銹鋼生產(chǎn)工藝流程，并根據(jù)流程的要求正確選擇不銹鋼冶煉工藝。不同不銹鋼冶煉工藝的評價(jià)體系包括：①生產(chǎn)效率（供氧強(qiáng)度、冶煉周期、爐齡），②合金熔化能力，③生產(chǎn)成本（鉻收得率、硅鐵消耗和爐齡），見表1。

5  結(jié)論

綜上所述，我國不銹鋼生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量都有了長足的進(jìn)步，選擇不銹鋼工藝流程時(shí)必須考慮原料供應(yīng)條件、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)成本和產(chǎn)品品種與質(zhì)量等因素。在廢鋼電爐流程、鐵水轉(zhuǎn)爐流程和廢鋼一鐵水流程中，新建鋼廠大多選擇廢鋼一鐵水混合流程，建設(shè)適應(yīng)不銹鋼和普鋼生產(chǎn)的兼容性生產(chǎn)線。在此基礎(chǔ)上，建立了不銹鋼冶煉工藝的評價(jià)體系，包括生產(chǎn)效率（供氧強(qiáng)度、冶煉周期、爐齡）、合金熔化能力和生產(chǎn)成本（鉻收得率、硅鐵消耗和爐齡），比較多種不銹鋼冶煉技術(shù)，要根據(jù)流程的需求正確選擇不銹鋼冶煉方法。

6  參考文獻(xiàn)

[1]田豐,張騰飛,郭亞非等.超低碳不銹鋼沖擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪冶煉生產(chǎn)實(shí)踐[J].大型鑄鍛件,2015,22（6）:42-44.

[2]陳佩仙,儲(chǔ)少軍.電硅熱法冶煉鎳鉻不銹鋼基料的工藝?yán)碚摲治鯷J].鐵合金,2015,46（1）:18-24.

[3]候艷華,敦杰,張巨鵬等.S304308大型不銹鋼鋼錠下注工藝的技術(shù)開發(fā)[J].大型鑄鍛件,2017,13（1）:51-54.

[4]柴志勇.核電用不銹鋼異型材生產(chǎn)工藝技術(shù)研發(fā)[J].山西冶金,2016,39（4）:1-4,31.

[5]趙大同.論轉(zhuǎn)爐冶煉保碳去磷工藝技術(shù)[J].山西冶金,2014,37（5）:89-90,93.

[6]樊君,石紅勇,冀中年等.紅土礦鎳鐵水直接冶煉不銹鋼工藝[J].煉鋼,2015,31（5）:56-60.

[7]馬騰霄,金楊.超低碳不銹鋼冶煉技術(shù)研究[J].大型鑄鍛件,2015,19（5）:28-31. 

[8]陳洪飛,彭鋒.提高鐵合金工藝技術(shù)水平推動(dòng)鐵合金工業(yè)科學(xué)發(fā)展[J].冶金經(jīng)濟(jì)與管理,2014,21（4）:4-8.

[9]余志友.321不銹鋼冶煉與連鑄工藝研究與實(shí)踐[J].連鑄,2014,17（2）:1-4.

[10]楊輝,吉建軍,王建勇等.904L超級奧氏體不銹鋼管坯研制與開發(fā)[J].金屬世界,2014,18（4）:17-20.