我國已(yi)成(cheng)為不(bu)銹(xiu)鋼(gang)消費(fei)和生產(chan)(chan)大(da)國，不(bu)銹(xiu)鋼(gang)需根據不(bu)同品(pin)種(zhong)及原材料種(zhong)類組織生產(chan)(chan)。目前，我國不(bu)銹(xiu)鋼(gang)生產(chan)(chan)發(fa)展方向是提(ti)高(gao)質量 、降低(di)成(cheng)本 、節能(neng)減排，同時在(zai)原材料和技術(shu)設備匹配上不(bu)斷優化(hua)。本文對不(bu)銹(xiu)鋼(gang)幾個典型的(de)冶煉工藝流(liu)程進行了對比分(fen)析。
不(bu)銹(xiu)鋼因其優(you)異的(de)耐腐蝕性(xing)和優(you)良的(de)綜(zong)合性(xing)能(neng)，日益廣泛地應用各個工業(ye)領(ling)域和民用領(ling)域。我國(guo)不(bu)銹(xiu)鋼生(sheng)產(chan)(chan)(chan)起晚，2000年結束長期徘徊在(zai)30萬(wan)(wan)噸的(de)狀況，呈現出(chu)跨越(yue)式、跳躍(yue)性(xing)迅猛(meng)發展的(de)態(tai)勢。2018年全(quan)球不(bu)銹(xiu)鋼粗(cu)鋼產(chan)(chan)(chan)量 5073萬(wan)(wan)噸，中國(guo)不(bu)銹(xiu)鋼產(chan)(chan)(chan)量達(da)2670.7萬(wan)(wan)噸，占(zhan)全(quan)球產(chan)(chan)(chan)量的(de) 52.6%。隨著產(chan)(chan)(chan)能(neng)的(de)提(ti)升，如何(he)通過優(you)化工藝流程及(ji)降低原料成本，提(ti)升企業(ye)的(de)市場(chang)競爭(zheng)性(xing)力迫在(zai)眉睫。
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不(bu)銹鋼冶(ye)煉的(de)發展
20世紀初英(ying)國的謝(xie)菲爾德成(cheng)功冶(ye)煉(lian)澆鑄第(di)一(yi)爐商品級(ji)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，不(bu)銹(xiu)鋼(gang)從(cong)此(ci)進入人們視線 。到(dao) 20世紀40年代(dai)，美國人希爾蒂(D.C.Hilty)通過對 Cr-C溫度平衡的研究，提出在(zai)高溫條件下脫碳(tan)保鉻(ge)理論(lun)，奠定了(le)(le)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)冶(ye)煉(lian)理論(lun)基礎 ，在(zai)此(ci)基礎上進一(yi)步研究了(le)(le)降低液(ye)化碳(tan)的分(fen)壓對不(bu)銹(xiu)鋼(gang)生產物(wu)化反應的影響，催生了(le)(le)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)冶(ye)煉(lian)技術的進步。到(dao) 20世紀 60年代(dai)中后期(qi) ，德國維(wei)騰公(gong)(gong)司(si) Edel工(gong)廠研制成(cheng)功真空法 VOD，以及美國聯合碳(tan)化物(wu)公(gong)(gong)司(si)的稀釋(shi)法 AOD，大大地降低了(le)(le)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)冶(ye)煉(lian)成(cheng)本，提高了(le)(le)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)生產效率 ，使不(bu)銹(xiu)鋼(gang)大規模(mo)生產成(cheng)為可(ke)能(neng)。
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不銹鋼冶煉設(she)備
不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)冶煉工藝(yi)的選擇與鋼(gang)(gang)種(zhong)和原(yuan)材(cai)(cai)料有關 ，這些原(yuan)材(cai)(cai)料主要包括 ：廢鋼(gang)(gang) 、鐵(tie)水 、鉻礦(kuang)石 、鎳礦(kuang)合金等 。
不銹鋼冶煉所(suo)用(yong)的(de)裝(zhuang)備分為(wei)初(chu)煉設備和(he)精(jing)煉設備兩大(da)類 ，初(chu)煉設備包(bao)(bao)括 ：電弧(hu)爐(lu)(EAF)、非(fei)真空感應爐(lu)(一般用(yong)于小規模(mo)生產(chan) )、礦熱爐(lu)、轉爐(lu)。精(jing)煉設備主要包(bao)(bao)括鋼包(bao)(bao)型精(jing)煉設 備(VOD、SS—VOD、VOD—PB等 )、 轉爐(lu)型精(jing)煉設 備 (AOD、VODC、VCR、CLU、KCB—S、KOBMS、K—BOP、MRP—L、GOR等)及(ji)RH功能擴展型精(jing)煉設備(RH—OB、RH—KTB、RH—KPB等 )三大(da)類。
通常而言(yan)，冶煉(lian)原料為廢(fei)鋼時，初煉(lian)設備采用電弧(hu)爐 +精(jing)煉(lian)設備的短流程工藝 ；
原料是鐵水時，初煉設(she)備采用轉爐 +精煉設(she)備的(de)工藝；
原(yuan)料是(shi)廢鋼 +鐵水時 ，初煉設備采用(yong)電弧爐 +轉爐 +精煉設備的(de)工藝(yi) ；
原(yuan)料是鉻礦(kuang)石 時，初煉設備采(cai)用(yong)熔融還(huan)原(yuan)轉爐 +脫碳(tan)轉爐 +精煉設備的(de)工藝(目(mu)前該工藝為(wei)日本川崎制(zhi)鐵選用(yong) )；
國(guo)內(nei)采(cai)用紅土(tu)鎳礦(kuang)為原料時，初煉設(she)備(bei)采(cai)用干燥窯 +回轉(zhuan)窯 +礦(kuang)熱爐 +轉(zhuan)爐+精煉設(she)備(bei)的工藝。
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不銹鋼冶煉工(gong)藝(yi)路徑
目前生產不銹鋼的(de)冶煉工藝主要分為一步法(fa)、二步法(fa)和三步法(fa)。
3.1 一步法(fa)冶煉工藝
早(zao)期的一(yi)步法(fa)不銹鋼冶(ye)(ye)煉(lian)(lian)(lian)工(gong)藝(yi)是指在(zai)一(yi)座電爐(lu)(lu)內(nei)完成廢鋼熔化(hua)、脫碳、還原和(he)精(jing)煉(lian)(lian)(lian)等工(gong)序，將爐(lu)(lu)料一(yi)步冶(ye)(ye)煉(lian)(lian)(lian)成不銹鋼。這(zhe)種僅用電爐(lu)(lu)冶(ye)(ye)煉(lian)(lian)(lian)不銹鋼的一(yi)步法(fa)冶(ye)(ye)煉(lian)(lian)(lian)生產工(gong)藝(yi)，由于(yu)冶(ye)(ye)煉(lian)(lian)(lian)周期長(chang)，作業(ye)率低(di)，生產成本(ben)高，被逐步淘汰。隨(sui)著爐(lu)(lu)外精(jing)煉(lian)(lian)(lian)工(gong)藝(yi)的不斷發(fa)展以及AOD 爐(lu)(lu)的廣(guang)泛應用，目前很多不銹鋼生產企業(ye)采用部分低(di)磷或脫磷鐵水(shui)代替廢鋼，將鐵水(shui)和(he)合金作為(wei)原料進入AOD爐(lu)(lu)進行不銹鋼的冶(ye)(ye)煉(lian)(lian)(lian)，由此(ci)形成了新型一(yi)步法(fa)冶(ye)(ye)煉(lian)(lian)(lian)工(gong)藝(yi)。
新型(xing)一步法(fa)冶(ye)煉工藝與早期一步法(fa)相比在(zai)生(sheng)(sheng)產流程上(shang)取消了(le)(le)電爐(lu)這一冶(ye)煉環節，其優點包括：一是(shi)降低投資；二(er)是(shi)降低生(sheng)(sheng)產成本；三是(shi)高(gao)(gao)爐(lu)鐵水冶(ye)煉降低了(le)(le)配料成本，降低了(le)(le)能耗(hao)，提高(gao)(gao)了(le)(le)鋼(gang)水純凈度；四是(shi)廢鋼(gang)比低，適應現有的廢鋼(gang)市場；五是(shi)對于冶(ye)煉400系列不銹鋼(gang)尤為經濟(ji)。
但新型(xing)一(yi)步法(fa)對原料(liao)條(tiao)件(jian)和產品方(fang)案(an)具(ju)有一(yi)定要求：一(yi)是要求AOD入爐(lu)(lu)鐵水磷(lin)含量低于(yu)0.03%以下，因(yin)此(ci)冶(ye)煉流程中須增加(jia)鐵水脫磷(lin)處理(li)環節；二是新型(xing)一(yi)步法(fa)中合(he)金(jin)作(zuo)為(wei)原料(liao)加(jia)入了(le)AOD爐(lu)(lu)中，而AOD 爐(lu)(lu)中加(jia)入的高碳合(he)金(jin)量過(guo)大會影(ying)響(xiang)整個冶(ye)煉過(guo)程的熱(re)平衡，不適用于(yu)成分(fen)復(fu)雜(za)、合(he)金(jin)含量高的不銹鋼品種(zhong)。
新型(xing)一(yi)步(bu)法不銹(xiu)鋼生產(chan)(chan)工(gong)藝目前被廣(guang)泛應(ying)用于生產(chan)(chan)400系(xi)列(lie)不銹(xiu)鋼。作為發展中國(guo)(guo)家(jia)，中國(guo)(guo)廢鋼資源(yuan)缺(que)乏(fa)，又是極(ji)度貧鎳(nie)的(de)國(guo)(guo)家(jia)，加之400系(xi)列(lie)不銹(xiu)鋼在日(ri)常生活(huo)和(he)工(gong)業生產(chan)(chan)領域的(de)應(ying)用范圍越(yue)來越(yue)廣(guang)，這些客(ke)觀(guan)條件使(shi)得新型(xing)一(yi)步(bu)法不銹(xiu)鋼冶煉(lian)被越(yue)來越(yue)多的(de)生產(chan)(chan)企業采(cai)用。
3.2 二步(bu)法冶煉工(gong)藝
二步法工藝路(lu)線為EAF→AOD、EAF→VOD（電弧爐(lu)(lu)→VOD真(zhen)空精(jing)煉(lian)爐(lu)(lu)）。EAF→AOD工藝的(de)(de)(de)產(chan)(chan)能約占世界不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)產(chan)(chan)能的(de)(de)(de)70%左(zuo)右，其中EAF爐(lu)(lu)主(zhu)要用于熔(rong)化廢鋼(gang)(gang)和合金原料，生(sheng)產(chan)(chan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)預(yu)熔(rong)體，不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)預(yu)熔(rong)體再進入(ru)到AOD爐(lu)(lu)中冶煉(lian)成合格的(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)鋼(gang)(gang)水。
兩步法(fa)工(gong)藝若電爐(lu)(lu)(lu)入(ru)(ru)爐(lu)(lu)(lu)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)磷含量較(jiao)高，則需在電爐(lu)(lu)(lu)和(he)(he)AOD 爐(lu)(lu)(lu)間(jian)加入(ru)(ru)不(bu)銹(xiu)鋼預熔(rong)體(ti)脫(tuo)(tuo)磷的環節。目(mu)前較(jiao)常(chang)采用的預熔(rong)體(ti)脫(tuo)(tuo)磷工(gong)藝有轉爐(lu)(lu)(lu)脫(tuo)(tuo)磷和(he)(he)鐵水罐(guan)頂噴脫(tuo)(tuo)磷。兩步法(fa)采用高爐(lu)(lu)(lu)鐵水作為(wei)不(bu)銹(xiu)鋼冶煉主(zhu)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)時，若高爐(lu)(lu)(lu)磷含量高，則也(ye)需要加入(ru)(ru)脫(tuo)(tuo)磷的環節。
二(er)步法不(bu)銹鋼冶(ye)煉(lian)工藝被廣(guang)泛(fan)應用于(yu)生產(chan)各系列(lie)不(bu)銹鋼，其優(you)點(dian)包括(kuo)：電爐對原材料要求不(bu)高，生產(chan)周(zhou)期相(xiang)對于(yu)一步法工藝稍短(duan)，靈活性好(hao)，可生產(chan)除了超(chao)低碳、氮不(bu)銹鋼外95%的不(bu)銹鋼品種。
但(dan)二(er)(er)步法(fa)在介(jie)(jie)質消(xiao)(xiao)耗(hao)、品種方案等(deng)方面仍(reng)須注意以(yi)下三點：一是近(jin)年來(lai)隨著冶煉工藝的進步和操作水(shui)平的提高(gao)，兩(liang)步法(fa)冶煉工藝的氬氣等(deng)介(jie)(jie)質消(xiao)(xiao)耗(hao)量明顯(xian)減少，但(dan)相比一步法(fa)和三步法(fa)其氬氣等(deng)介(jie)(jie)質消(xiao)(xiao)耗(hao)仍(reng)稍大；二(er)(er)是AOD爐脫(tuo)碳到終點時(shi)，鋼(gang)(gang)水(shui)中(zhong)氧含量較(jiao)高(gao)，須加入硅鐵(tie)(tie)還原鋼(gang)(gang)水(shui)中(zhong)的氧，因此硅鐵(tie)(tie)耗(hao)量高(gao)；三是目前還不能用于生產超低碳、氮不銹鋼(gang)(gang)，且鋼(gang)(gang)中(zhong)含氣量較(jiao)高(gao)。
3.3 三步法(fa)冶煉(lian)工(gong)藝
三步法(fa)的(de)(de)基本工(gong)藝流(liu)程為：初煉(lian)爐→復吹轉爐/AOD爐→真空精(jing)煉(lian)裝(zhuang)置。三步法(fa)是(shi)冶煉(lian)不銹鋼的(de)(de)先進方法(fa)，產(chan)(chan)品質量好(hao)，適用(yong)于專業化的(de)(de)生產(chan)(chan)廠家，也適用(yong)于聯合鋼鐵企業的(de)(de)不銹鋼生產(chan)(chan)。
不銹鋼三(san)步(bu)法是(shi)在二(er)步(bu)法的(de)(de)基(ji)礎上(shang)增加了深脫碳的(de)(de)環節，其冶煉(lian)工(gong)藝優點為：一是(shi)各(ge)環節分工(gong)明(ming)確，生產節奏快，操作優化(hua)；二(er)是(shi)產品質量高，氮、氫、氧和夾雜物含量低，可生產的(de)(de)品種范圍廣；三(san)是(shi)可采用(yong)鐵水冶煉(lian)，對原(yuan)料的(de)(de)要求也(ye)不高，原(yuan)料選擇靈活。
不(bu)過，三步(bu)法不(bu)銹鋼冶煉工(gong)藝(yi)將冶金(jin)功(gong)能分步(bu)實現，對生(sheng)產投(tou)(tou)資(zi)會產生(sheng)以下影響：一是增加了工(gong)藝(yi)環節，投(tou)(tou)資(zi)和(he)生(sheng)產成本(ben)較(jiao)高(gao)；二是真空(kong)裝備(bei)系統復雜，維護量大(da)。
目前世界上生(sheng)產(chan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)冶(ye)煉(lian)(lian)工藝(yi)主要還是采(cai)用(yong)(yong)二步(bu)(bu)法和(he)三步(bu)(bu)法，其中EAF+AOD 或(huo)EAF+VOD 的(de)兩步(bu)(bu)法工藝(yi)應(ying)用(yong)(yong)最(zui)為廣(guang)泛，約占(zhan)70%，三步(bu)(bu)法工藝(yi)約占(zhan)20%。隨著低磷鐵(tie)水(shui)被(bei)廣(guang)泛應(ying)用(yong)(yong)于(yu)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)生(sheng)產(chan)，新型一步(bu)(bu)法不(bu)銹(xiu)鋼(gang)冶(ye)煉(lian)(lian)工藝(yi)也被(bei)越來越多的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)生(sheng)產(chan)企業采(cai)用(yong)(yong)。為適應(ying)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)市場(chang)的(de)激烈競爭，提高(gao)產(chan)品質量同時(shi)也降低生(sheng)產(chan)成本，我國各(ge)企業根(gen)據自身的(de)實際情況選擇(ze)合適的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)冶(ye)煉(lian)(lian)工藝(yi)。
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