中國不銹鋼冶煉工藝技術的進展
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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當前，中國作為無錫不銹鋼生產(chǎn)和消費大國，無錫不銹鋼鋼種類繁多，根據(jù)鋼種用途及原材料的不同形成了不同的冶煉工藝路線。近幾年來，中國不銹鋼冶煉技術沿著提高生產(chǎn)率、簡化工藝、降低生產(chǎn)成本和提高鋼水質(zhì)量的方向發(fā)展，在原材料和工藝裝備方面得以不斷優(yōu)化。
三種冶煉工藝各有優(yōu)缺：
目前世界上生產(chǎn)無錫不銹鋼的冶煉工藝主要分為一步法、二步法和三步法，其中EAF+AOD（電弧爐+氬氧精煉爐）的兩步法工藝約占70%，三步法工藝約占20%。隨著低磷鐵水被廣泛應用于無錫不銹鋼生產(chǎn)，新型一步法無錫不銹鋼冶煉工藝也被越來越多的不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)采用。為適應不銹鋼市場的激烈競爭，提高產(chǎn)品質(zhì)量同時也降低生產(chǎn)成本，中國各企業(yè)應根據(jù)自身的實際情況選擇合適的不銹鋼冶煉工藝。
一步法不銹鋼冶煉工藝。早期的一步法無錫不銹鋼冶煉工藝，是指在一座電爐內(nèi)完成廢鋼熔化、脫碳、還原和精煉等工序，將爐料一步冶煉成不銹鋼。隨著爐外精煉工藝的不斷發(fā)展以及AOD爐在不銹鋼生產(chǎn)領域的廣泛應用，這種僅用電爐冶煉不銹鋼的一步法冶煉生產(chǎn)工藝由于冶煉周期長、作業(yè)率低、生產(chǎn)成本高，被逐步淘汰。
目前很多不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)采用部分低磷或脫磷鐵水代替廢鋼，將鐵水和合金作為原料進入AOD爐進行不銹鋼的冶煉，由此形成了新型一步法冶煉工藝。新型一步法冶煉工藝與早期一步法相比在生產(chǎn)流程上取消了電爐這一冶煉環(huán)節(jié)，其優(yōu)點包括：一是降低投資；二是降低生產(chǎn)成本；三是高爐鐵水冶煉降低了配料成本，降低了能耗，提高了鋼水純凈度；四是廢鋼比低，適應現(xiàn)有的廢鋼市場；五是對于冶煉400系列無錫不銹鋼尤為經(jīng)濟。
但新型一步法對原料條件和產(chǎn)品方案具有一定要求：一是要求AOD入爐鐵水磷含量低于0.03%以下，因此冶煉流程中須增加鐵水脫磷處理環(huán)節(jié)；二是不適用于成分復雜、合金含量高的無錫不銹鋼品種。
新型一步法無錫不銹鋼生產(chǎn)工藝目前被廣泛應用于生產(chǎn)400系列不銹鋼。作為發(fā)展中國家，中國廢鋼資源缺乏，又是極度貧鎳的國家，加之400系列不銹鋼在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)領域的應用范圍越來越廣，這些客觀條件都使得新型一步法不銹鋼冶煉被越來越多的生產(chǎn)企業(yè)采用。
二步法無錫不銹鋼冶煉工藝。二步法不銹鋼代表工藝路線為EAF→AOD、EAF→VOD（電弧爐→VOD真空精煉爐）。EAF→AOD工藝的產(chǎn)能目前占世界不銹鋼產(chǎn)能的70%左右，其中EAF爐主要用于熔化廢鋼和合金原料，生產(chǎn)不銹鋼預熔體，不銹鋼預熔體再進入到AOD爐中冶煉成合格的不銹鋼鋼水。
二步法無錫不銹鋼冶煉工藝被廣泛應用于生產(chǎn)各系列不銹鋼，其優(yōu)點包括：電爐對原材料要求不高，生產(chǎn)周期相對于一步法工藝稍短，靈活性好，可生產(chǎn)除了超低碳、氮不銹鋼外95%的不銹鋼品種。
但二步法在介質(zhì)消耗、品種方案等方面仍須注意以下三點：一是近年來隨著冶煉工藝的進步和操作水平的提高，兩步法冶煉工藝的氬氣等介質(zhì)消耗量明顯減少，但相比一步法和三步法其氬氣等介質(zhì)消耗仍稍大；二是AOD爐脫碳到終點時，鋼水中氧含量較高，須加入硅鐵還原鋼水中的氧，因此硅鐵耗量高；三是目前還不能用于生產(chǎn)超低碳、氮不銹鋼，且鋼中含氣量較高。
三步法不銹鋼冶煉工藝。三步法的基本工藝流程為：初煉爐→復吹轉(zhuǎn)爐/AOD爐→真空精煉裝置。三步法是冶煉不銹鋼的先進方法，產(chǎn)品質(zhì)量好，適用于專業(yè)化的生產(chǎn)廠家，也適用于聯(lián)合鋼鐵企業(yè)的不銹鋼生產(chǎn)。
不銹鋼三步法是在二步法的基礎上增加了深脫碳的環(huán)節(jié)，其冶煉工藝優(yōu)點為：一是各環(huán)節(jié)分工明確，生產(chǎn)節(jié)奏快，操作優(yōu)化；二是產(chǎn)品質(zhì)量高，氮、氫、氧和夾雜物含量低，可生產(chǎn)的品種范圍廣；三是可采用鐵水冶煉，對原料的要求也不高，原料選擇靈活。
不過，三步法無錫不銹鋼冶煉工藝將冶金功能分步實現(xiàn)，對生產(chǎn)投資會產(chǎn)生以下影響：一是增加了工藝環(huán)節(jié)，投資和生產(chǎn)成本較高；二是真空裝備系統(tǒng)復雜，維護量大。
聯(lián)合型鋼企工藝選擇較靈活：
無錫不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)的原材料條件、生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品方案、操作成本和工人的操作習慣等因素都會影響不銹鋼冶煉生產(chǎn)工藝的選擇。由于原材料、操作成本和產(chǎn)品方案等因素受市場波動影響較大，現(xiàn)代化的不銹鋼冶煉車間生產(chǎn)工藝的選擇應具有一定的靈活性，能根據(jù)市場條件調(diào)整生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品方案。
中國大型不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)大部分都是聯(lián)合型鋼鐵企業(yè)，例如太鋼、酒鋼和寶鋼等企業(yè)，均是既生產(chǎn)不銹鋼同時也生產(chǎn)碳鋼。對于這些聯(lián)合型鋼鐵企業(yè)，原材料范圍比較廣，既有充足的鐵水供應，也有能滿足需要的廢鋼，這些企業(yè)在不銹鋼冶煉工藝路線的選擇上具有較大的靈活性。
太鋼不銹鋼冶煉工藝。太鋼設有3個不銹鋼冶煉車間，即第三煉鋼廠、第二煉鋼廠南區(qū)和第二煉鋼廠北區(qū)。
第三煉鋼廠采用的冶煉工藝流程為：EAF→AOD，主要生產(chǎn)雙相不銹鋼、耐熱鋼、高合金不銹鋼和高附加值不銹鋼種。第二煉鋼廠南區(qū)采用的冶煉工藝流程為：鐵水預處理→K-OBM-S爐→VOD→LF爐，主要用于生產(chǎn)鐵素體和馬氏體不銹鋼。第二煉鋼廠北區(qū)采用的冶煉工藝流程為：脫磷轉(zhuǎn)爐→AOD→LF爐/VOD和電爐→AOD→LF/VOD。第二煉鋼廠北區(qū)工藝路徑靈活，既可以采用新型一步法，也可以采用兩步法和三步法生產(chǎn)不銹鋼。
酒鋼不銹鋼冶煉工藝。酒鋼不銹鋼煉鋼車間冶煉生產(chǎn)工藝配置為：1座鐵水罐頂噴脫磷站、1座脫磷轉(zhuǎn)爐、1座EAF、2座AOD、2座LF精煉爐。其產(chǎn)品覆蓋范圍廣，包括200系、300系和400系不銹鋼。
酒鋼不銹鋼煉鋼車間主要采用以下兩種流程進行不銹鋼冶煉：流程一是鐵水罐頂噴脫磷→EAF→AOD→LF，為兩步法生產(chǎn)工藝，主要用于生產(chǎn)200系和300系不銹鋼；流程二是脫磷轉(zhuǎn)爐→AOD→LF，為新型一步法生產(chǎn)工藝，主要用于生產(chǎn)400系列的部分鋼種。
寶鋼股份不銹鋼分公司冶煉工藝。寶鋼股份不銹鋼分公司不銹鋼生產(chǎn)工藝配置為：2座鐵水罐頂噴脫磷站、2座120tEAF、2座135tAOD、1座LTS處理站和1座120tVOD。
寶鋼股份不銹鋼分公司采用的工藝流程比較多樣化。流程一：鐵水罐頂噴脫磷→EAF→AOD→LTS處理站/VOD，生產(chǎn)200系、300系和400系無錫不銹鋼；流程二：鐵水罐頂噴脫磷→AOD→VOD，生產(chǎn)200系和400系的部分鋼種；流程三：電爐→AOD→LTS處理站/VOD，生產(chǎn)200系、300系和400系不銹鋼。
從上述對比分析來看，中國大型不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)均以新型一步法和二步法作為不銹鋼生產(chǎn)的主要工藝流程，只有在生產(chǎn)超低碳、氮等高品質(zhì)不銹鋼時才使用三步法工藝流程。
因地制宜選擇工藝路線
無錫不銹鋼冶煉工藝路線的確定，首先應以產(chǎn)品大綱為出發(fā)點，以不銹鋼冶煉的原料組成和不銹鋼精煉機理為依據(jù)，選擇合適的不銹鋼冶煉工藝路線。對于大型不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)，車間工藝設備的配置應能滿足多樣化工藝路線的選擇要求，從而滿足原料價格大幅波動的需要，適時更新和選擇最佳的原料配比方案，同時冶煉設備應能滿足不同原料配比的冶煉工藝。
于中國不銹鋼廢鋼資源缺乏，以廢鋼為主原料的不銹鋼冶煉過程配料成本高，加上全廢鋼冶煉能耗高，以及廢鋼品質(zhì)不好帶入鋼水有害元素多等原因，中國越來越多的不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)傾向于利用經(jīng)脫磷的高爐鐵水冶煉不銹鋼。特別是鋼鐵聯(lián)合型企業(yè)，利用碳鋼系統(tǒng)的高爐供部分鐵水給不銹鋼冶煉系統(tǒng)，可有效降低噸鋼原材料成本。與此同時，脫磷處理設施被普遍應用于不銹鋼生產(chǎn)工藝。脫磷處理設施的應用既可降低不銹鋼生產(chǎn)對原材料的要求，也可降低生產(chǎn)成本，從而使高爐鐵水、普通廢鋼、高磷生鐵和高磷合金能被大量用于不銹鋼的生產(chǎn)。