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1、2 0 1 0年 1 2月 第 1 8卷第 6期 河南冶金 HENAN MET ALLURGY De c 2 01 0 Vo 1 1 8 No 6 不锈 钢 冶炼 工 艺 与 生产 技 术 刘 浏 ( 中围钢研科技集 团有限公司钢铁研究总院 ) 摘要介绍 了不锈钢炼钢 的总体概况 和品种的发展情况 ， 论述 了不锈钢在铁水预 处理 、 转炉 、 电炉 、 二 次精炼 、 连铸 等方 面的技术进步 ， 提 出了不锈钢生产流程未来 的发展方 向。 关键 词不锈钢生产流程精炼 S TAI NLESS S M ELTI NG PRoCES S AND PRODUCTI oN TECHNoLoGY Li
2、 u Li u ( C e n t r a l I r o n a n d S t e e l R e s e a r c h I n s t i t u t e ， D e p a r t m e n t o f M e t a l l u r g i c a l T e c h n o l o g y ) ABSTRACT Th e pa pe r i nt r o d uc e d t he g e ne r a l s pe ci fic a t i o n o f s t a i n l e s s s t e e l ma k i n g a n d t h e d e v e l
3、 o pme n t o f p r o d uc t v a r i e t i e s，s t a t e d t h e t e c h n i c a l p r o g r e s s e s i n h o t me t a l pr e t r e a t me nt ， c o n v e ne r， EAF， s e c o n d a T r e fin i ng， c o n t i n u o us c a s t i n g e t c a n d p ut f o r wa r d t h e f ut ur e d e v e l o pme n t t r e
4、nd o f s t a i n l e s s s t ee 1 KEY W ORDS s t ai n l e s s s t e e l p r o du c t i o n pr o c e s s s e c o nd a r y r e fin i n g 0前言 不锈钢是指在大气 、 水 、 酸 、 碱和盐等溶液， 或其 他腐蚀介质 中具有一定化 学稳定性 的钢。具 有不 锈、 耐蚀、 高寿命、 可循环、 外表美观等优 良性能的不 锈钢广泛应用于家 电和食 品机械、 电子和 自动化设 备、 工业机械 、 建筑材料 、 交通和能源等领域 。由于 不锈钢的特性和对产 品质量的特殊要求
5、 ， 不锈 钢的 冶炼和生产工艺具有不 同于普通 钢的特点 ， 需 要采 用新的工艺 和设 备。本文 阐述 了不锈钢 的发展趋 势、 工艺流程、 冶炼和精炼技术 ， 要根据流程正确选 择冶炼和精炼方法 ， 以达到最佳的技术经济效果 。 1 不锈 钢 的发展 和 现状 随着市 场 的繁 荣 ， 世 界不 锈钢 生产 量逐 年增 长 ， ( 如图 1 所 示 ) 。从 1 9 9 5年起 ， 国际不锈 钢粗钢年 均增长 6 6 ， 2 0 0 6年产 量达到峰值。2 0 0 6年后 ， 由于金融危机的影 响， 不锈钢产量下滑 ， 但长远看不 会影响世界不锈钢增长的总趋势。 日本和美 国的产 叫问年
6、 图 1 世 界 和 主 要 国 家 不 锈 钢 粗 钢 产 量 量 比较稳定 ， 直到受 金融危机影 响后显著下降 ， 自 2 0 0 6年中国成为不锈钢生产的第一大国后 ， 增长势 头仍然强劲 ， 2 0 1 0年预计可突破 1 0 0 0万 t 。 按主要 化 学组 成 可分 为 铬不 锈钢 ( 俗 称 4 0 0 系) 、 铬镍不锈钢 、 铬镍 钼不锈钢( 俗称 3 0 0系) 、 铬 锰氮不锈钢 ( 俗称 2 0 0系 ) 。从不锈钢 的发展历史 看 ， 目前 3 0 0系奥氏体不锈钢 占世界主导地位 ， 今后 为节约镍资源 ， 3 0 0系的生产比例将会降低。4 0 0系 铁素体不
7、锈钢在发达国家迅速推广 ， 是今后大力发 展的不锈钢品种之一。2 0 0系不锈钢在发展中国家 应用 比例较 高， 今后有 降低 趋势 ， 转 向开发耐氯 离子腐蚀 和抗高温氧化性 的双相不锈钢 为主。当 前 ， 不锈钢质量将围绕着提高不锈钢的纯净度、 提高 不锈钢的耐腐蚀性能和开发节镍型不锈钢三个方向 发展 ， 重点是高耐蚀性不锈钢 、 高成形性不锈钢、 高 强度和高硬度不锈钢、 耐热和抗氧化不锈钢 、 高氮不 锈钢等品种 。 。 近年来 ， 中国不锈 钢市场需求 和产能均呈快速 增长趋势。图 2是我国不锈钢的表观消费量和进 出 口量。可见 ， 不锈钢表观消费量增势迅猛 ， 进出 口量 则呈现
8、出先增后降的特点 。目前 ， 国内人均不锈钢 消费 已超 过世 界人 均 消 费水 平 ， 主 要是 近几 年 消 费 量迅速提高所致 ， 社会 的累积消费量 与发达 国家还 相距甚远 ， 不锈钢市场和产能仍有较大的发展空间。 由于 国 内不 锈钢 产 能 的迅 速增 长 ， 已基 本 满 足 国内 联系人 ： 刘浏 ， 教授 ， 博 士生导 师 ， 总丁程师 ， 北 京( 1 0 0 0 8 1 ) ， 中国钢研科技集 团有 限公 司钢铁研究总院 ； 收稿 日期 ： 2 0 1 0 一l 0 一l 1 河南冶金 2 0 1 0年第 6期 市场需求 ， 企业新上不锈钢项 目需要慎重考虑。在 国
9、内不锈钢产销平衡的条件下， 不锈钢高端市场的 产量仍不能满足需求 ， 仍需从国外进 口， 说明今后需 重点发展高品质不锈钢。随着不锈钢需求的迅速增 长 ， 我国不锈钢的产品结构也发生 了重大改变。当 前 ， 板材 的生产 比例为 7 l ， 棒材 为 9 ， 管材 为 1 4 ， 与国际先进水平相当。从发展趋势看 ， 今后 中 国不锈钢生产 中 3 0 0系应该保持 5 0 6 0 ， 4 0 0 系 3 0 3 5 ， 其他 5 1 0 。4 0 0系的生产会 有较大的发展 ， 而 2 0 0系的发展仍会受到限制。 时J 司 年 图 2 我国不锈钢 的表观消费量和进 出口量 2 不锈钢冶炼工
10、艺流程 选择冶炼工艺流程必须考虑不锈钢生产的原料 供应条件、 生产规模 、 生产成本和产品品种与质量等 因素 。对生产规模较小的企业 ， 在不锈钢返 回料供 应充足的条件下 ， 可选用适合不锈钢返 回料生产 的 电炉不锈钢生产工艺流程。对生产规模较大 的企 业 。 如能具有较大的不锈钢返回料供应条件 ， 可选用 适合铁水 + 不锈钢返 回料生产的电炉 一转炉不锈钢 生产工艺流程。对生产规模较大而不锈钢返回料供 应缺乏的钢铁企业 ， 为降低投资可选用适合 全铁水 不锈钢冶炼的转炉不锈钢生产工艺流程。图 3是三 种流程的示意图。为 了适应不锈钢生产规模 日益增 大的市场需求 ， 目前 ， 国内外新
11、建的不锈钢生产线大 多采用铁水 一 废钢混合流程 ， 建设适应不锈钢和普 钢生产的兼容性炼钢厂。 2 1 全废 钢 电炉不锈 钢 生产流程 选用返 回料用电炉冶炼不锈钢是传统流程， 工 艺成熟 ， 生产规模小， 一般年产钢 4 06 0万 t ， 生产 成本低 ， 铁素体、 奥氏体不锈钢采用 “ 二步法” 生产 工艺， 超 纯 铁 素体 不锈 钢 采用 “ 三步 法”生 产工 艺 。张家港浦项钢铁流程是典型电炉 一A O D炉 冶炼不锈钢流程。以 3 0 0系列为例 ， 其炉料结构为 废钢 5 0 ， 碳 素 废 钢 3 0 ， 高碳 铬铁 1 4 ， 镍 铁 4 ， 高碳锰铁 2 。出钢量
12、1 5 0 t ， 熔化时间 6 0 m i n ， 电耗 4 5 0 k W h t ， 收得率 9 5 ， 氧耗 8 N m t 9 N m t ， 石 灰 5 0 k g t ， 白云石 6 k t 。 高炉 ( a )废钢电炉流程 立式连铸机 板式连铸机 AOD一蕾 一 ( b )全铁水转炉流程 誉崮 一 菡 L ( c )铁 水 +废 钢 流 程 图 3 不锈钢生产的三种流程 2 2全铁 水转 炉不锈 钢 冶炼流程 全铁水不锈钢冶炼工艺流程的主要特点是以铁 水为主要原料 ， 配加合金直接生产各种牌号不锈钢 的冶炼工艺 ， 分为采用电炉熔化合金和采用转炉熔 化合金的两种类型。全铁水不锈
13、钢冶炼工艺的主要 缺点是 ： 冶炼过程热量不足 ， 不能大量使用不锈钢返 回料冶炼不锈钢( 返回料的使用 比例 1 0 ) 。 2 2 1 电炉熔化 合金 的全铁 水不锈钢 冶 炼工 艺 太钢第二炼钢厂 为全铁水不锈钢冶炼 工艺 流 程 ， 而且是兼容冶炼普钢 ， 具有年产 5 O万 t 不锈钢、 2 5 0万 t 碳钢的生产能力。主体设备包括三脱铁水 预处理装置两座 、 脱硫铁水预处理装置两座、 3 0 t电 炉一座、 7 5 t KO B MS复吹转炉一座 、 8 0 t 碳钢 复吹转炉两座、 8 0 t R H真空处理一座、 7 5 t V O D炉 一座、 7 5 t L F炉一座 、
14、 直弧型板坯连铸机两台、 方板 坯兼容连铸机一台。不锈钢主要品种 ： 3 0 0系( 3 0 4 、 3 0 4 H C、 3 1 6) 、 4 0 0系 ( 4 3 0 、 4 0 9 、 4 1 0 、 4 3 6 、 C T S Z B 、 4 4 4 ) 等 5 O多个品种 。 2 2 2采 用转 炉 熔化 合金 的全铁 水 不锈 钢 冶炼 工 艺 该工艺主要特点是在脱碳保铬炉内同时进行合 金的熔化 ， 工艺流程短 ， 投资少， 但不锈钢冶炼炉的 负荷重 ， 技术难度较大。 日本八幡厂采用 1 7 5 t 转炉 生产不锈钢 ， 经脱硅 、 脱硫 、 脱磷 的铁水兑入 L D O B转炉
15、 J 。转炉冶炼分为三个阶段 ： 铁水脱碳期 ， 提高熔池温度至 1 6 0 0； 脱碳期 ， 连续加入大量的 高碳铬铁、 锰铁和镍粒 ， 温度控制在 1 6 0 0左右， 再 2 0 1 0年 第 6期 河 南 冶 金 快 速升温 到 1 7 0 0 o C以上 ； 还 原 期 ， 碳 脱 至 0 2 0 3 ， 添加 硅 铁或 铝还 原渣 中金 属铬 。 2 2 3全 铁 水转 炉不锈 钢 生产 新流程 采用转炉铁水“ 三脱 ”+转 炉初脱碳 +真空 精 炼脱碳三步法冶炼不锈钢 。“ 三脱 ” 转炉采用 顶 吹弱供氧和底吹强搅拌工艺 ， 吹炼 时间 9 mi n ， 冶炼 周期 2 0 mi n ， 半钢 P 3 5 ， 半钢 温度 1 3 5 0 o C。初脱碳转炉采用顶吹纯氧和氧氮 氩 混合气体 ， 底吹惰性气体工艺实现快速脱碳 、 升温和 保铬的 目的。控制手段包括采用焦炭进行热补偿 ， 在高碳区顶吹大流量供氧快速脱碳升温 ， 在低碳 区 逐步减少顶吹供氧强度和增加顶吹混入惰性气体 比 例 ， 底吹惰性气体增加 炉龄。真空精炼脱碳炉与初 脱碳转炉匹配 ， 可优化脱碳条件 ， 扩大不锈钢品种范 围， 尤其是超低碳 、 氮铁素体不锈钢 。 针对采用全铁水配加合金生产不锈钢 的要求 ， 钢铁研究总院开发 了不锈钢冶炼工艺流程。该流程 分为三个基本
