我國(guó)已成為不銹鋼消費(fèi)和生產(chǎn)大國(guó)，不銹鋼需根據(jù)不同品種及原材料種類組織生產(chǎn)。目前，我國(guó)不銹鋼生產(chǎn)發(fā)展方向是提高質(zhì)量 、降低成本 、節(jié)能減排，同時(shí)在原材料和技術(shù)設(shè)備匹配上不斷優(yōu)化。本文對(duì)不銹鋼幾個(gè)典型的冶煉工藝流程進(jìn)行了對(duì)比分析。
不銹鋼因其優(yōu)異的耐腐蝕性和優(yōu)良的綜合性能，日益廣泛地應(yīng)用各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域和民用領(lǐng)域。我國(guó)不銹鋼生產(chǎn)起晚，2000年結(jié)束長(zhǎng)期徘徊在30萬(wàn)噸的狀況，呈現(xiàn)出跨越式、跳躍性迅猛發(fā)展的態(tài)勢(shì)。2018年全球不銹鋼粗鋼產(chǎn)量 5073萬(wàn)噸，中國(guó)不銹鋼產(chǎn)量達(dá)2670.7萬(wàn)噸，占全球產(chǎn)量的 52.6%。隨著產(chǎn)能的提升，如何通過(guò)優(yōu)化工藝流程及降低原料成本，提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性力迫在眉睫。
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不銹鋼冶煉的發(fā)展
20世紀(jì)初英國(guó)的謝菲爾德成功冶煉澆鑄第一爐商品級(jí)不銹鋼，不銹鋼從此進(jìn)入人們視線 。到 20世紀(jì)40年代，美國(guó)人希爾蒂(D.C.Hilty)通過(guò)對(duì) Cr-C溫度平衡的研究，提出在高溫條件下脫碳保鉻理論，奠定了不銹鋼冶煉理論基礎(chǔ) ，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了降低液化碳的分壓對(duì)不銹鋼生產(chǎn)物化反應(yīng)的影響，催生了不銹鋼冶煉技術(shù)的進(jìn)步。到 20世紀(jì) 60年代中后期 ，德國(guó)維騰公司 Edel工廠研制成功真空法 VOD，以及美國(guó)聯(lián)合碳化物公司的稀釋法 AOD，大大地降低了不銹鋼冶煉成本，提高了不銹鋼生產(chǎn)效率 ，使不銹鋼大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。
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不銹鋼冶煉設(shè)備
不銹鋼冶煉工藝的選擇與鋼種和原材料有關(guān) ，這些原材料主要包括 ：廢鋼 、鐵水 、鉻礦石 、鎳礦合金等 。
不銹鋼冶煉所用的裝備分為初煉設(shè)備和精煉設(shè)備兩大類 ，初煉設(shè)備包括 ：電弧爐(EAF)、非真空感應(yīng)爐(一般用于小規(guī)模生產(chǎn) )、礦熱爐、轉(zhuǎn)爐。精煉設(shè)備主要包括鋼包型精煉設(shè) 備(VOD、SS—VOD、VOD—PB等 )、 轉(zhuǎn)爐型精煉設(shè) 備 (AOD、VODC、VCR、CLU、KCB—S、KOBMS、K—BOP、MRP—L、GOR等)及RH功能擴(kuò)展型精煉設(shè)備(RH—OB、RH—KTB、RH—KPB等 )三大類。
通常而言，冶煉原料為廢鋼時(shí)，初煉設(shè)備采用電弧爐 +精煉設(shè)備的短流程工藝 ；
原料是鐵水時(shí)，初煉設(shè)備采用轉(zhuǎn)爐 +精煉設(shè)備的工藝；
原料是廢鋼 +鐵水時(shí) ，初煉設(shè)備采用電弧爐 +轉(zhuǎn)爐 +精煉設(shè)備的工藝 ；
原料是鉻礦石 時(shí)，初煉設(shè)備采用熔融還原轉(zhuǎn)爐 +脫碳轉(zhuǎn)爐 +精煉設(shè)備的工藝(目前該工藝為日本川崎制鐵選用 )；
國(guó)內(nèi)采用紅土鎳礦為原料時(shí)，初煉設(shè)備采用干燥窯 +回轉(zhuǎn)窯 +礦熱爐 +轉(zhuǎn)爐+精煉設(shè)備的工藝。
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不銹鋼冶煉工藝路徑
目前生產(chǎn)不銹鋼的冶煉工藝主要分為一步法、二步法和三步法。
3.1 一步法冶煉工藝
早期的一步法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。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(zhǎng)，作業(yè)率低，生產(chǎn)成本高，被逐步淘汰。隨著爐外精煉工藝的不斷發(fā)展以及AOD 爐的廣泛應(yīng)用，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(jìn)入AOD爐進(jìn)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(diǎn)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(yīng)現(xiàn)有的廢鋼市場(chǎng)；五是對(duì)于冶煉400系列不銹鋼尤為經(jīng)濟(jì)。
但新型一步法對(duì)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)；二是新型一步法中合金作為原料加入了AOD爐中，而AOD 爐中加入的高碳合金量過(guò)大會(huì)影響整個(gè)冶煉過(guò)程的熱平衡，不適用于成分復(fù)雜、合金含量高的不銹鋼品種。
新型一步法不銹鋼生產(chǎn)工藝目前被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)400系列不銹鋼。作為發(fā)展中國(guó)家，中國(guó)廢鋼資源缺乏，又是極度貧鎳的國(guó)家，加之400系列不銹鋼在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，這些客觀條件使得新型一步法不銹鋼冶煉被越來(lái)越多的生產(chǎn)企業(yè)采用。
3.2 二步法冶煉工藝
二步法工藝路線為EAF→AOD、EAF→VOD（電弧爐→VOD真空精煉爐）。EAF→AOD工藝的產(chǎn)能約占世界不銹鋼產(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(yù)熔體，不銹鋼預(yù)熔體再進(jìn)入到AOD爐中冶煉成合格的不銹鋼鋼水。
兩步法工藝若電爐入爐原料磷含量較高，則需在電爐和AOD 爐間加入不銹鋼預(yù)熔體脫磷的環(huán)節(jié)。目前較常采用的預(yù)熔體脫磷工藝有轉(zhuǎn)爐脫磷和鐵水罐頂噴脫磷。兩步法采用高爐鐵水作為不銹鋼冶煉主原料時(shí)，若高爐磷含量高，則也需要加入脫磷的環(huán)節(jié)。
二步法不銹鋼冶煉工藝被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)各系列不銹鋼，其優(yōu)點(diǎn)包括：電爐對(duì)原材料要求不高，生產(chǎn)周期相對(duì)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(diǎn)：一是近年來(lái)隨著冶煉工藝的進(jìn)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(diǎn)時(shí)，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。
3.3 三步法冶煉工藝
三步法的基本工藝流程為：初煉爐→復(fù)吹轉(zhuǎn)爐/AOD爐→真空精煉裝置。三步法是冶煉不銹鋼的先進(jìn)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(chǔ)上增加了深脫碳的環(huán)節(jié)，其冶煉工藝優(yōu)點(diǎn)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(duì)原料的要求也不高，原料選擇靈活。
不過(guò)，三步法不銹鋼冶煉工藝將冶金功能分步實(shí)現(xiàn)，對(duì)生產(chǎn)投資會(huì)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(fù)雜，維護(hù)量大。
目前世界上生產(chǎn)不銹鋼的冶煉工藝主要還是采用二步法和三步法，其中EAF+AOD 或EAF+VOD 的兩步法工藝應(yīng)用最為廣泛，約占70%，三步法工藝約占20%。隨著低磷鐵水被廣泛應(yīng)用于不銹鋼生產(chǎn)，新型一步法不銹鋼冶煉工藝也被越來(lái)越多的不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)采用。為適應(yīng)不銹鋼市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量同時(shí)也降低生產(chǎn)成本，我國(guó)各企業(yè)根據(jù)自身的實(shí)際情況選擇合適的不銹鋼冶煉工藝。
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