我國已(yi)成為不(bu)銹(xiu)鋼消費和生產大國，不(bu)銹(xiu)鋼需根據不(bu)同品種(zhong)及原(yuan)材料種(zhong)類(lei)組(zu)織生產。目前，我國不(bu)銹(xiu)鋼生產發(fa)展方向是提高質量 、降(jiang)低成本(ben) 、節能減排，同時在原(yuan)材料和技術設(she)備匹配上不(bu)斷優化。本(ben)文對不(bu)銹(xiu)鋼幾個典(dian)型的冶煉工藝流(liu)程(cheng)進(jin)行了對比分析。
不(bu)銹(xiu)鋼(gang)因(yin)其優異的耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)和優良的綜合性(xing)能，日益廣泛地應用各個工業領(ling)域(yu)和民用領(ling)域(yu)。我國不(bu)銹(xiu)鋼(gang)生產(chan)起(qi)晚，2000年結束長期徘徊在30萬(wan)噸的狀況，呈現出跨(kua)越式、跳躍性(xing)迅猛(meng)發展的態勢。2018年全球不(bu)銹(xiu)鋼(gang)粗(cu)鋼(gang)產(chan)量(liang)(liang) 5073萬(wan)噸，中國不(bu)銹(xiu)鋼(gang)產(chan)量(liang)(liang)達2670.7萬(wan)噸，占(zhan)全球產(chan)量(liang)(liang)的 52.6%。隨著產(chan)能的提升，如何通過(guo)優化工藝流程及降低原料成本，提升企(qi)業的市(shi)場競(jing)爭(zheng)性(xing)力(li)迫在眉睫。
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不銹鋼冶(ye)煉的發(fa)展
20世(shi)紀初英國(guo)的(de)(de)謝(xie)菲(fei)爾德(de)成(cheng)功冶煉澆鑄第一(yi)爐商品級不(bu)(bu)銹鋼(gang)，不(bu)(bu)銹鋼(gang)從此(ci)進(jin)入人(ren)(ren)們視線 。到 20世(shi)紀40年代(dai)，美國(guo)人(ren)(ren)希爾蒂(D.C.Hilty)通過對 Cr-C溫(wen)度平衡的(de)(de)研(yan)(yan)究，提出在高溫(wen)條件下脫碳保鉻理論(lun)(lun)，奠(dian)定了不(bu)(bu)銹鋼(gang)冶煉理論(lun)(lun)基(ji)礎 ，在此(ci)基(ji)礎上進(jin)一(yi)步研(yan)(yan)究了降低液化碳的(de)(de)分壓(ya)對不(bu)(bu)銹鋼(gang)生產(chan)物化反應的(de)(de)影響，催生了不(bu)(bu)銹鋼(gang)冶煉技(ji)術的(de)(de)進(jin)步。到 20世(shi)紀 60年代(dai)中后期 ，德(de)國(guo)維騰公司(si) Edel工廠研(yan)(yan)制成(cheng)功真空法(fa)(fa) VOD，以及美國(guo)聯合碳化物公司(si)的(de)(de)稀釋法(fa)(fa) AOD，大大地(di)降低了不(bu)(bu)銹鋼(gang)冶煉成(cheng)本，提高了不(bu)(bu)銹鋼(gang)生產(chan)效率 ，使不(bu)(bu)銹鋼(gang)大規模生產(chan)成(cheng)為可(ke)能。
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不銹鋼冶煉設備
不銹鋼(gang)冶(ye)煉工(gong)藝(yi)的(de)選(xuan)擇與鋼(gang)種(zhong)和原(yuan)材料有關 ，這些原(yuan)材料主(zhu)要(yao)包括 ：廢鋼(gang) 、鐵水 、鉻(ge)礦(kuang)石 、鎳礦(kuang)合金等(deng) 。
不銹鋼(gang)冶(ye)煉(lian)所用(yong)的裝備(bei)分為初(chu)(chu)煉(lian)設備(bei)和精(jing)(jing)(jing)煉(lian)設備(bei)兩大(da)類 ，初(chu)(chu)煉(lian)設備(bei)包括(kuo) ：電弧爐(lu)(lu)(lu)(EAF)、非真空(kong)感應爐(lu)(lu)(lu)(一(yi)般用(yong)于小(xiao)規模(mo)生產 )、礦熱爐(lu)(lu)(lu)、轉爐(lu)(lu)(lu)。精(jing)(jing)(jing)煉(lian)設備(bei)主要包括(kuo)鋼(gang)包型(xing)(xing)精(jing)(jing)(jing)煉(lian)設 備(bei)(VOD、SS—VOD、VOD—PB等 )、 轉爐(lu)(lu)(lu)型(xing)(xing)精(jing)(jing)(jing)煉(lian)設 備(bei) (AOD、VODC、VCR、CLU、KCB—S、KOBMS、K—BOP、MRP—L、GOR等)及RH功能(neng)擴(kuo)展型(xing)(xing)精(jing)(jing)(jing)煉(lian)設備(bei)(RH—OB、RH—KTB、RH—KPB等 )三大(da)類。
通常而(er)言，冶煉原料為(wei)廢鋼時(shi)，初煉設備采用電弧爐 +精煉設備的短(duan)流程工藝 ；
原料是鐵水(shui)時，初煉設(she)備(bei)采用轉(zhuan)爐 +精煉設(she)備(bei)的工藝；
原料是廢鋼 +鐵水時 ，初煉設備(bei)采(cai)用電弧爐(lu) +轉爐(lu) +精煉設備(bei)的工藝 ；
原(yuan)料是鉻礦石 時，初(chu)煉設備采用(yong)熔融還原(yuan)轉爐 +脫碳轉爐 +精(jing)煉設備的(de)工藝(yi)(目前該工藝(yi)為日本川(chuan)崎制(zhi)鐵選用(yong) )；
國內采用紅(hong)土鎳礦(kuang)為原料(liao)時，初煉設備(bei)采用干燥窯(yao) +回轉窯(yao) +礦(kuang)熱爐(lu) +轉爐(lu)+精煉設備(bei)的工(gong)藝。
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不銹鋼冶煉工藝(yi)路徑
目前生產不(bu)銹鋼的冶煉工藝(yi)主(zhu)要分為(wei)一步法(fa)、二步法(fa)和三步法(fa)。
3.1 一步法冶煉工藝
早期的(de)一步(bu)法不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)冶(ye)(ye)(ye)(ye)煉(lian)(lian)工(gong)藝是指在一座電(dian)(dian)爐(lu)(lu)內(nei)完(wan)成(cheng)(cheng)(cheng)廢鋼(gang)熔化、脫碳、還原(yuan)和精煉(lian)(lian)等工(gong)序，將(jiang)爐(lu)(lu)料一步(bu)冶(ye)(ye)(ye)(ye)煉(lian)(lian)成(cheng)(cheng)(cheng)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)。這種僅用(yong)電(dian)(dian)爐(lu)(lu)冶(ye)(ye)(ye)(ye)煉(lian)(lian)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)一步(bu)法冶(ye)(ye)(ye)(ye)煉(lian)(lian)生產工(gong)藝，由于冶(ye)(ye)(ye)(ye)煉(lian)(lian)周期長，作(zuo)業率(lv)低，生產成(cheng)(cheng)(cheng)本高，被(bei)逐步(bu)淘(tao)汰。隨著爐(lu)(lu)外精煉(lian)(lian)工(gong)藝的(de)不(bu)(bu)(bu)斷發展以及(ji)AOD 爐(lu)(lu)的(de)廣泛應用(yong)，目前很多不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)生產企業采(cai)用(yong)部分低磷或(huo)脫磷鐵(tie)水代替廢鋼(gang)，將(jiang)鐵(tie)水和合金作(zuo)為(wei)原(yuan)料進入AOD爐(lu)(lu)進行不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)冶(ye)(ye)(ye)(ye)煉(lian)(lian)，由此形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)了新型一步(bu)法冶(ye)(ye)(ye)(ye)煉(lian)(lian)工(gong)藝。
新(xin)型一步法冶(ye)煉(lian)(lian)工藝與早期一步法相(xiang)比在生產流程上取消了電(dian)爐這一冶(ye)煉(lian)(lian)環節，其(qi)優(you)點包括：一是(shi)(shi)降低(di)投資；二是(shi)(shi)降低(di)生產成本；三是(shi)(shi)高爐鐵水(shui)冶(ye)煉(lian)(lian)降低(di)了配料成本，降低(di)了能耗，提高了鋼(gang)(gang)水(shui)純凈度；四是(shi)(shi)廢鋼(gang)(gang)比低(di)，適(shi)應現有(you)的廢鋼(gang)(gang)市(shi)場(chang)；五是(shi)(shi)對于冶(ye)煉(lian)(lian)400系(xi)列不銹鋼(gang)(gang)尤(you)為經濟。
但新(xin)型一步法(fa)對原(yuan)料條件和產品方(fang)案具有一定要(yao)求(qiu)：一是要(yao)求(qiu)AOD入爐鐵(tie)水(shui)磷(lin)含量(liang)(liang)低于0.03%以(yi)下，因此冶煉流(liu)程中(zhong)(zhong)須增加(jia)鐵(tie)水(shui)脫磷(lin)處(chu)理環節；二是新(xin)型一步法(fa)中(zhong)(zhong)合(he)金(jin)(jin)作(zuo)為原(yuan)料加(jia)入了AOD爐中(zhong)(zhong)，而AOD 爐中(zhong)(zhong)加(jia)入的(de)高碳合(he)金(jin)(jin)量(liang)(liang)過(guo)大(da)會(hui)影響整個冶煉過(guo)程的(de)熱平衡，不(bu)適用于成分(fen)復雜、合(he)金(jin)(jin)含量(liang)(liang)高的(de)不(bu)銹鋼(gang)品種(zhong)。
新(xin)型(xing)一步法(fa)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)工藝目(mu)前被(bei)(bei)廣泛(fan)應(ying)用(yong)于生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)400系列(lie)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)。作為發(fa)展中國家(jia)，中國廢鋼(gang)資源缺乏，又是極度貧鎳(nie)的國家(jia)，加之400系列(lie)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)在日常生(sheng)(sheng)活和工業生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)領域的應(ying)用(yong)范(fan)圍越來越廣，這些(xie)客觀條件使(shi)得新(xin)型(xing)一步法(fa)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)冶煉被(bei)(bei)越來越多的生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)企業采用(yong)。
3.2 二步(bu)法冶煉工藝(yi)
二步法工(gong)藝(yi)路(lu)線為EAF→AOD、EAF→VOD（電弧(hu)爐(lu)→VOD真空精煉爐(lu)）。EAF→AOD工(gong)藝(yi)的(de)產能約占世界不銹鋼(gang)(gang)產能的(de)70%左右，其(qi)中EAF爐(lu)主要用于(yu)熔化廢(fei)鋼(gang)(gang)和(he)合(he)金原料，生產不銹鋼(gang)(gang)預(yu)熔體(ti)，不銹鋼(gang)(gang)預(yu)熔體(ti)再(zai)進(jin)入到AOD爐(lu)中冶煉成合(he)格的(de)不銹鋼(gang)(gang)鋼(gang)(gang)水。
兩(liang)步法工藝若電爐入(ru)爐原料磷(lin)(lin)含量較高，則(ze)需在(zai)電爐和AOD 爐間加入(ru)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼預熔體(ti)脫磷(lin)(lin)的環節。目前較常(chang)采(cai)(cai)用的預熔體(ti)脫磷(lin)(lin)工藝有(you)轉爐脫磷(lin)(lin)和鐵水罐頂噴脫磷(lin)(lin)。兩(liang)步法采(cai)(cai)用高爐鐵水作為不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼冶煉主原料時，若高爐磷(lin)(lin)含量高，則(ze)也需要加入(ru)脫磷(lin)(lin)的環節。
二(er)步(bu)(bu)法不(bu)(bu)銹鋼冶煉工藝被(bei)廣(guang)泛應用于(yu)生產(chan)各系列不(bu)(bu)銹鋼，其優(you)點包括：電爐對(dui)原材(cai)料(liao)要求不(bu)(bu)高，生產(chan)周期(qi)相對(dui)于(yu)一步(bu)(bu)法工藝稍短，靈(ling)活性(xing)好(hao)，可生產(chan)除了超低碳、氮(dan)不(bu)(bu)銹鋼外95%的不(bu)(bu)銹鋼品(pin)種。
但(dan)二步(bu)法在介質(zhi)消耗(hao)、品種方案等(deng)方面仍須注意以下三(san)點：一是近年來隨著冶煉工(gong)藝(yi)的進步(bu)和操作水平的提高，兩步(bu)法冶煉工(gong)藝(yi)的氬氣等(deng)介質(zhi)消耗(hao)量明顯減少，但(dan)相比(bi)一步(bu)法和三(san)步(bu)法其氬氣等(deng)介質(zhi)消耗(hao)仍稍大；二是AOD爐脫(tuo)碳到終點時，鋼(gang)水中(zhong)(zhong)氧(yang)含(han)量較(jiao)(jiao)高，須加入硅鐵(tie)(tie)還原鋼(gang)水中(zhong)(zhong)的氧(yang)，因此硅鐵(tie)(tie)耗(hao)量高；三(san)是目(mu)前還不(bu)能用于生產超(chao)低(di)碳、氮不(bu)銹鋼(gang)，且(qie)鋼(gang)中(zhong)(zhong)含(han)氣量較(jiao)(jiao)高。
3.3 三步法冶煉工藝
三步法(fa)的(de)基本工藝流程為：初煉(lian)爐→復吹轉爐/AOD爐→真空(kong)精煉(lian)裝置。三步法(fa)是冶煉(lian)不(bu)銹鋼的(de)先進方法(fa)，產(chan)品質量好，適用于(yu)專業化的(de)生產(chan)廠家，也(ye)適用于(yu)聯合鋼鐵企(qi)業的(de)不(bu)銹鋼生產(chan)。
不銹鋼(gang)三步(bu)法是(shi)在二(er)步(bu)法的(de)基礎上增(zeng)加了深脫碳的(de)環節，其冶煉工(gong)藝(yi)優點為：一(yi)是(shi)各環節分工(gong)明確，生產(chan)節奏快，操作優化；二(er)是(shi)產(chan)品(pin)質量高，氮、氫、氧和夾雜物含量低，可生產(chan)的(de)品(pin)種范圍廣(guang)；三是(shi)可采用鐵水冶煉，對原料(liao)的(de)要求(qiu)也(ye)不高，原料(liao)選擇(ze)靈活(huo)。
不(bu)過，三步(bu)(bu)法不(bu)銹鋼冶煉工藝(yi)將冶金(jin)功能分步(bu)(bu)實現，對(dui)生(sheng)產(chan)(chan)投(tou)(tou)資會產(chan)(chan)生(sheng)以下影響：一(yi)是增(zeng)加了工藝(yi)環節(jie)，投(tou)(tou)資和生(sheng)產(chan)(chan)成(cheng)本較高；二是真空裝(zhuang)備系統復雜，維護(hu)量大。
目前世界上(shang)生(sheng)產不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的冶煉(lian)(lian)工藝主要還是采(cai)用(yong)(yong)二步(bu)法(fa)和三(san)步(bu)法(fa)，其(qi)中EAF+AOD 或EAF+VOD 的兩步(bu)法(fa)工藝應用(yong)(yong)最為(wei)廣(guang)泛，約(yue)(yue)占70%，三(san)步(bu)法(fa)工藝約(yue)(yue)占20%。隨著低磷鐵(tie)水被(bei)廣(guang)泛應用(yong)(yong)于不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)生(sheng)產，新型(xing)一步(bu)法(fa)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)冶煉(lian)(lian)工藝也(ye)被(bei)越來越多的不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)生(sheng)產企(qi)業(ye)采(cai)用(yong)(yong)。為(wei)適應不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)市場的激烈競爭，提高產品質量同(tong)時也(ye)降低生(sheng)產成本，我國各企(qi)業(ye)根據自身(shen)的實際(ji)情況(kuang)選擇合(he)適的不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)冶煉(lian)(lian)工藝。
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