·炼钢·不锈钢冶炼工艺流程的分析与比较史彩霞吴燕萍李冬刚高忠江 重庆，400013)(中冶赛迪工程技术股份有限公司炼钢事业部【摘 要】本文概述了不锈钢冶炼流程的特点，分析了三种不同冶炼流程的优缺点；并针对我国典型不锈钢生产企业的 设备配置和工艺流程特点，概括了不锈钢冶炼流程的选择原则 【关键词】不锈钢 冶炼流程 炼钢1 前言不锈钢因其独特的耐腐蚀性、抗腐蚀性和耐酸 性，越来越广泛的应用于建筑、厨房、电气、运输 和工业机械等领域中国的不锈钢行业在近十年间 呈现出跨越式、 跳跃性和大逆转的发展特征， 表 1[1-3]给出了近几年我国不锈钢粗钢产量及表观消费量2 不锈钢冶炼工艺路径目前世界上生产不锈钢的冶炼工艺主要分为 一步法、二步法和三步法其中 EAF+AOD 或 EAF+VOD 的两步法工艺应用最为广泛随着不锈钢市场的激烈竞争、原材料价格的不断攀升，为降 低成本，优化产品结构，一步法和三步法也逐步被 更多的炼钢厂接受和采用 2.1 一步法冶炼工艺 早期的一步法不锈钢冶炼工艺是指在一座电 炉内完成废钢熔化、脱碳、还原和精炼等工序，将 炉料一步冶炼成不锈钢[4]随着炉外精炼工艺的不 断发展以及 AOD 炉在不锈钢生产领域的广泛应用， 这种仅用电炉冶炼不锈钢的一步法冶炼生产工艺， 由于冶炼周期长，作业率低，生产成本高，被逐步 淘汰。
目前很多不锈钢生产企业采用部分低磷或脱 磷铁水代替废钢， 将铁水和合金作为原料进入 AOD炉进行不锈钢的冶炼，由此形成了新型一步法冶炼 工艺新型一步法冶炼工艺与早期一步法相比在生 产流程上取消了电炉这一冶炼环节，其优点为[5]： (1) 降低投资由于不使用电炉，且对于普通 系列的不锈钢可不使用真空炉，新型一步法工艺降 低了工程总投资2) 降低生产成本由于减少了电炉等冶炼工 艺环节，新型一步法冶炼工艺极大地提高了金属收 得率、降低了电耗和耐材消耗，从而降低了吨钢成 本表 1 近年我国不锈钢粗钢产量与表观消费量从表 1 可以看出，从 2006 年至 2012 年中国的不锈钢粗钢产量和表观消费量总体呈上升趋势，虽 然 2008 年金融危机使国内不锈钢市场整体处于走 软的状态，但不锈钢粗钢年产量及消费量仍不断增 长2011 年我国不锈钢粗钢产量为 1259.1 万 t，其 中 300 系不锈钢占总量的 57%，400 系不锈钢占总 量的 24%，200 系及其他占总量的 19%我国作为 不锈钢生产和消费大国，不锈钢种类繁多，根据钢 种用途及原材料的不同形成了不同的冶炼工艺路 线。
近几年来，我国不锈钢冶炼技术沿着提高生产 率、简化工艺、降低生产成本和提高钢水质量的方 向发展，在原材料和工艺装备方面得以不断的优化 [4]本文通过分析不锈钢几个典型冶炼工艺流程， 以几个国内较大不锈钢生产厂家的冶炼工艺为案 例，对比分析了不锈钢不同的冶炼生产工艺特征项目2006 年 2007 年 2008 年 2009 年 2010 年 2011 年 2012 年不锈钢粗钢 产量(万 t)530720694.3880.51125.61259.11400表观消费量 (万 t)596658624810940973.61179·16·钢铁技术2014 年第 1 期(3) 高炉铁水冶炼降低了配料成本，降低了能耗，提高了钢水纯净度在我国现阶段，利用高炉 铁水冶炼不锈钢与采用进口不锈钢废钢和国产低 磷碳素废钢作原料相比，具有原料来源广、总的配 料成本低、能耗及能源成本低以及钢水纯净度高等 优点采用一步法冶炼 400 系列不锈钢种的生产周 期与二步法工艺的生产周期基本相当，考虑降低了 配料成本、电炉电耗和耐材消耗等因素，吨钢成本 至少可降低 400 元以上 (4) 废钢比低，适应现有的废钢市场。
由于我 国不锈钢消费和生产起步晚，不锈废钢资源贫乏， 加之不锈钢废钢市场也还不成熟、不稳定，使近年 国内兴建的一大批不锈钢生产线都面临着原料供 应问题以及由原料而引起的冶炼工艺技术问题，而 新型一步法冶炼能很好适应目前高铁水比冶炼状 况 (5) 新型一步法冶炼工艺对于冶炼 400 系列不 锈钢尤为经济冶炼 400 系列不锈钢如 409、420、 430 钢种需配入的高碳铬铁量为 210～310kg/t 钢水， 由于入炉铁水含碳高， AOD 吹炼全铁水发生的热量 能基本满足熔化这些合金所需的热量另外，若采 取合适的预热措施，其在生产奥氏体不锈钢时亦可 不额外补加热量 但新型一步法对原料条件和产品方案具有一 定要求： (1) 要求 AOD 入炉铁水磷含量低于 0.03%以 下，因此冶炼流程中需增加铁水脱磷处理环节 (2) 新型一步法中合金作为原料加入了 AOD 炉中，而 AOD 炉中加入的高碳合金量过大会影响 整个冶炼过程的热平衡，因此不适用于成分复杂、 合金含量高的不锈钢品种 新型一步法不锈钢生产工艺目前被广泛应用 于生产 400 系列不锈钢作为发展中国家，我国废 钢资源缺乏，又极度贫镍，加之 400 系列不锈钢在 日常生活及工业生产领域的应用范围越来越广，这 些客观条件都必然使新型一步法不锈钢冶炼被越 来越多的生产企业采用。
2.2 二步法不锈钢冶炼工艺 二步法不锈钢代表工艺路线为 EAF→AOD、 EAF→VOD EAF→AOD 工艺的产能目前占世界不 锈钢产能的 70%左右，其中 EAF 炉主要用于熔化 废钢和合金原料，生产不锈钢预熔体，不锈钢预熔体再进入到 AOD 炉中冶炼成合格的不锈钢钢水[6]由于国内不锈废钢量较少，普通废钢的品质较 差，两步法工艺若电炉入炉原料磷含量较高，则需 在电炉和 AOD 炉间加入不锈钢预熔体脱磷的环节 目前较常采用的预熔体脱磷工艺有转炉脱磷和铁 水罐顶喷脱磷两步法采用高炉铁水作为不锈钢冶 炼主原料时，若高炉磷含量高，则也需要加入脱磷 的环节 二步法不锈钢冶炼工艺被广泛应用于生产各 系列的不锈钢，其优点如下： (1) 电炉对原材料要求不高二步法冶炼工艺 中，电炉主要用于熔化废钢和合金原料，钢水脱碳 主要在 AOD 中完成， 因此可采用碳含量高的原料， 降低了原材料成本和操作成本； (2) 生产周期相对于一步法工艺稍短，灵活性 好，可生产除了超低碳、氮不锈钢外 95%的不锈钢 品种 但二步法在介质消耗、品种方案等方面仍需注 意： (1) 近年来随着冶炼工艺的进步和操作水平的提高，两步法冶炼工艺的氩气等介质消耗量明显减 少，但相比一步法和三步法其氩气等介质消耗仍稍 大； (2) AOD 炉脱碳到终点时， 钢水中氧含量较高， 需加入硅铁还原钢水中的氧，因此硅铁耗量高； (3) 目前还不能用于生产超低碳、氮不锈钢， 且钢中含气量较高。
2.3 三步法不锈钢冶炼工艺 三步法的基本工艺流程为：初炼炉→复吹转炉 /AOD 炉→真空精炼装置[7]三步法是冶炼不锈钢的先进方法，产品质量好，适用于专业化的生产厂 家，也适用于联合钢铁企业的不锈钢生产不锈钢 三步法是在二步法的基础上增加了深脱碳的环节， 其冶炼工艺优点为： (1) 各环节分工明确，生产节奏快，操作优化 第一步初炼炉用于熔化废钢和合金，为第二步的转 炉/AOD 炉冶炼提供液态金属；第二步是快速脱碳 并防止铬的氧化；第三步是利用 VOD 对钢水真空 处理进一步脱碳和调整成分[8] (2) 产品质量高，氮、氢、氧及夹杂物含量低， 可生产的品种范围广 (3) 可采用铁水冶炼，对原料的要求也不高，2014 年第 1 期钢铁技术·17·原料选择灵活 三步法不锈钢冶炼工艺将冶金功能分步实现， 对生产投资会产生以下影响： (1) 增加了工艺环节，投资和生产成本较高2) 真空装备系统复杂，维护量大3.2 酒钢不锈钢冶炼工艺酒钢不锈钢炼钢车间冶炼生产工艺配置为：1 座铁水罐顶喷脱磷站、1 座脱磷转炉、1 座 EAF、 2 座 AOD、2 座 LF 精炼炉 [11]。
其产品覆盖范围广， 包括 200 系、300 系和 400 系不锈钢酒钢不锈钢 炼钢车间主要采用以下 2 种流程进行不锈钢冶炼： 流程一：铁水罐顶喷脱磷→EAF→AOD→LF， 为两步法生产工艺，主要用于生产 200 系和 300 系 不锈钢； 流程二： 脱磷转炉→AOD→LF，为新型一步法 生产工艺，主要用于生产 400 系列的部分钢种3.3 宝钢股份不锈钢分公司冶炼工艺 宝钢股份不锈钢分公司不锈钢生产工艺配置 为：2 座铁水罐顶喷脱磷站、2 座 120tEAF、2 座135tAOD、1 座 LTS 处理站和 1 座 120tVOD[12]宝 钢股份不锈钢分公司采用的工艺流程比较多样化， 具体如下： 流程一：铁水罐顶喷脱磷→EAF→AOD→LTS处理站/VOD，生产 200、300 和 400 系列不锈钢； 流程二： 铁水罐顶喷脱磷→AOD→VOD， 生产 200 和 400 系列的部分钢种； 流程三：电炉→AOD→LTS 处理站/VOD，生 产 200、300 和 400 系列不锈钢目前世界上生产不锈钢的冶炼工艺主要还是 采用二步法和三步法，其中 EAF+AOD 的两步法工 艺约占 70%，三步法工艺约占 20%。
随着低磷铁水 被广泛应用于不锈钢生产，新型一步法不锈钢冶炼 工艺也被越来越多的不锈钢生产企业采用为适应 不锈钢市场的激烈竞争，提高产品质量同时也降低 生产成本，我国各企业应根据自身的实际情况选择 合适的不锈钢冶炼工艺3 国内不锈钢生产企业冶炼工艺路线的选择不锈钢生产企业的原材料条件、生产规模、产 品方案、操作成本以及工人的操作习惯等因素都会 影响不锈钢冶炼生产工艺的选择由于原材料、操 作成本及产品方案等因素受市场波动影响较大，因 此现代化的不锈钢冶炼车间生产工艺的选择应具 有一定的灵活性，应能根据市场条件调整生产工艺 及产品方案我国的大型不锈钢生产企业大部分都是联合 型钢铁企业，例如太钢、酒钢和宝钢等企业，均是 既生产不锈钢同时也生产碳钢对于这些联合型钢 铁企业， 原材料范围比较广， 既有充足的铁水供应， 也有能满足需要的废钢，这些企业在不锈钢冶炼工 艺路线的选择上具有较大的灵活性 3.1 太钢不锈钢冶炼工艺太钢设有三个不锈钢冶炼车间，第三炼钢厂、 第二炼钢厂南区和第二炼钢厂北区 第 三 炼 钢 厂 采 用 的 冶 炼 工 艺 流 程 为 ： EAF→AOD，主要生产双相不锈钢、耐热钢、高合 金不锈钢和高附加值不锈钢种。
第二炼钢厂南区采用的冶炼工艺流程为：铁水 预处理→K-OBM-S 炉→VOD→LF 炉，主要用于生 产铁素体和马氏体不锈钢 第二炼钢厂北区采用的冶炼工艺流程为：脱磷转 炉→AOD→LF 炉/VOD 和电炉→AOD→ LF/VOD， 第二炼钢厂北区工艺路径灵活，既可以采用新型一步 法也可以采用两步法和三步法生产不锈钢[9-10]从上述对比分析来看，我国大型不锈钢生产企 业均以新型一步法和二步法作为不锈钢生产的主 要工艺流程，只有在生产超低碳、氮等高品质不锈 钢时才使用三步法工艺流程4 结语不锈钢冶炼工艺路线的确定，首先应以产品大 纲为出发点，以不锈钢冶炼的原料组成和不锈钢精 炼机理为依据，选择合适的不锈钢冶炼工艺路线 对于大型不锈钢生产企业，车间工艺设备的配置应 能满足多样化工艺路线的选择要求，从而满足原料 价格大幅波动的需要，适时更新和选择最佳的原料 配比方案，同时冶炼设备应能满足不同原料配比的 冶炼工艺 由于我国不锈废钢资源缺乏，以废钢为主原料 的不锈钢冶炼过程配料成本高，全废钢冶炼能耗高 及废钢品质不好带入钢水有害元素多等原因，我国 越来越多的不锈钢生产企业倾向于利用经脱磷的·18·钢铁技术2014 年第。