中國不銹鋼冶煉工藝技術的進展
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
瀏覽：0
當前，中國作為無錫不銹鋼生產和消費大國，無錫不銹鋼鋼種類繁多，根據鋼種用途及原材料的不同形成了不同的冶煉工藝路線。近幾年來，中國不銹鋼冶煉技術沿著提高生產率、簡化工藝、降低生產成本和提高鋼水質量的方向發展，在原材料和工藝裝備方面得以不斷優化。
三種冶煉工藝各有優缺：
目前世界上生產無錫不銹鋼的冶煉工藝主要分為一步法、二步法和三步法，其中EAF+AOD（電弧爐+氬氧精煉爐）的兩步法工藝約占70%，三步法工藝約占20%。隨著低磷鐵水被廣泛應用于無錫不銹鋼生產，新型一步法無錫不銹鋼冶煉工藝也被越來越多的不銹鋼生產企業采用。為適應不銹鋼市場的激烈競爭，提高產品質量同時也降低生產成本，中國各企業應根據自身的實際情況選擇合適的不銹鋼冶煉工藝。
一步法不銹鋼冶煉工藝。早期的一步法無錫不銹鋼冶煉工藝，是指在一座電爐內完成廢鋼熔化、脫碳、還原和精煉等工序，將爐料一步冶煉成不銹鋼。隨著爐外精煉工藝的不斷發展以及AOD爐在不銹鋼生產領域的廣泛應用，這種僅用電爐冶煉不銹鋼的一步法冶煉生產工藝由于冶煉周期長、作業率低、生產成本高，被逐步淘汰。
目前很多不銹鋼生產企業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入AOD爐進行不銹鋼的冶煉，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流程上取消了電爐這一冶煉環節，其優點包括：一是降低投資；二是降低生產成本；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，適應現有的廢鋼市場；五是對于冶煉400系列無錫不銹鋼尤為經濟。
但新型一步法對原料條件和產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節；二是不適用于成分復雜、合金含量高的無錫不銹鋼品種。
新型一步法無錫不銹鋼生產工藝目前被廣泛應用于生產400系列不銹鋼。作為發展中國家，中國廢鋼資源缺乏，又是極度貧鎳的國家，加之400系列不銹鋼在日常生活和工業生產領域的應用范圍越來越廣，這些客觀條件都使得新型一步法不銹鋼冶煉被越來越多的生產企業采用。
二步法無錫不銹鋼冶煉工藝。二步法不銹鋼代表工藝路線為EAF→AOD、EAF→VOD（電弧爐→VOD真空精煉爐）。EAF→AOD工藝的產能目前占世界不銹鋼產能的70%左右，其中EAF爐主要用于熔化廢鋼和合金原料，生產不銹鋼預熔體，不銹鋼預熔體再進入到AOD爐中冶煉成合格的不銹鋼鋼水。
二步法無錫不銹鋼冶煉工藝被廣泛應用于生產各系列不銹鋼，其優點包括：電爐對原材料要求不高，生產周期相對于一步法工藝稍短，靈活性好，可生產除了超低碳、氮不銹鋼外95%的不銹鋼品種。
但二步法在介質消耗、品種方案等方面仍須注意以下三點：一是近年來隨著冶煉工藝的進步和操作水平的提高，兩步法冶煉工藝的氬氣等介質消耗量明顯減少，但相比一步法和三步法其氬氣等介質消耗仍稍大；二是AOD爐脫碳到終點時，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超低碳、氮不銹鋼，且鋼中含氣量較高。
三步法不銹鋼冶煉工藝。三步法的基本工藝流程為：初煉爐→復吹轉爐/AOD爐→真空精煉裝置。三步法是冶煉不銹鋼的先進方法，產品質量好，適用于專業化的生產廠家，也適用于聯合鋼鐵企業的不銹鋼生產。
不銹鋼三步法是在二步法的基礎上增加了深脫碳的環節，其冶煉工藝優點為：一是各環節分工明確，生產節奏快，操作優化；二是產品質量高，氮、氫、氧和夾雜物含量低，可生產的品種范圍廣；三是可采用鐵水冶煉，對原料的要求也不高，原料選擇靈活。
不過，三步法無錫不銹鋼冶煉工藝將冶金功能分步實現，對生產投資會產生以下影響：一是增加了工藝環節，投資和生產成本較高；二是真空裝備系統復雜，維護量大。
聯合型鋼企工藝選擇較靈活：
無錫不銹鋼生產企業的原材料條件、生產規模、產品方案、操作成本和工人的操作習慣等因素都會影響不銹鋼冶煉生產工藝的選擇。由于原材料、操作成本和產品方案等因素受市場波動影響較大，現代化的不銹鋼冶煉車間生產工藝的選擇應具有一定的靈活性，能根據市場條件調整生產工藝和產品方案。
中國大型不銹鋼生產企業大部分都是聯合型鋼鐵企業，例如太鋼、酒鋼和寶鋼等企業，均是既生產不銹鋼同時也生產碳鋼。對于這些聯合型鋼鐵企業，原材料范圍比較廣，既有充足的鐵水供應，也有能滿足需要的廢鋼，這些企業在不銹鋼冶煉工藝路線的選擇上具有較大的靈活性。
太鋼不銹鋼冶煉工藝。太鋼設有3個不銹鋼冶煉車間，即第三煉鋼廠、第二煉鋼廠南區和第二煉鋼廠北區。
第三煉鋼廠采用的冶煉工藝流程為：EAF→AOD，主要生產雙相不銹鋼、耐熱鋼、高合金不銹鋼和高附加值不銹鋼種。第二煉鋼廠南區采用的冶煉工藝流程為：鐵水預處理→K-OBM-S爐→VOD→LF爐，主要用于生產鐵素體和馬氏體不銹鋼。第二煉鋼廠北區采用的冶煉工藝流程為：脫磷轉爐→AOD→LF爐/VOD和電爐→AOD→LF/VOD。第二煉鋼廠北區工藝路徑靈活，既可以采用新型一步法，也可以采用兩步法和三步法生產不銹鋼。
酒鋼不銹鋼冶煉工藝。酒鋼不銹鋼煉鋼車間冶煉生產工藝配置為：1座鐵水罐頂噴脫磷站、1座脫磷轉爐、1座EAF、2座AOD、2座LF精煉爐。其產品覆蓋范圍廣，包括200系、300系和400系不銹鋼。
酒鋼不銹鋼煉鋼車間主要采用以下兩種流程進行不銹鋼冶煉：流程一是鐵水罐頂噴脫磷→EAF→AOD→LF，為兩步法生產工藝，主要用于生產200系和300系不銹鋼；流程二是脫磷轉爐→AOD→LF，為新型一步法生產工藝，主要用于生產400系列的部分鋼種。
寶鋼股份不銹鋼分公司冶煉工藝。寶鋼股份不銹鋼分公司不銹鋼生產工藝配置為：2座鐵水罐頂噴脫磷站、2座120tEAF、2座135tAOD、1座LTS處理站和1座120tVOD。
寶鋼股份不銹鋼分公司采用的工藝流程比較多樣化。流程一：鐵水罐頂噴脫磷→EAF→AOD→LTS處理站/VOD，生產200系、300系和400系無錫不銹鋼；流程二：鐵水罐頂噴脫磷→AOD→VOD，生產200系和400系的部分鋼種；流程三：電爐→AOD→LTS處理站/VOD，生產200系、300系和400系不銹鋼。
從上述對比分析來看，中國大型不銹鋼生產企業均以新型一步法和二步法作為不銹鋼生產的主要工藝流程，只有在生產超低碳、氮等高品質不銹鋼時才使用三步法工藝流程。
因地制宜選擇工藝路線
無錫不銹鋼冶煉工藝路線的確定，首先應以產品大綱為出發點，以不銹鋼冶煉的原料組成和不銹鋼精煉機理為依據，選擇合適的不銹鋼冶煉工藝路線。對于大型不銹鋼生產企業，車間工藝設備的配置應能滿足多樣化工藝路線的選擇要求，從而滿足原料價格大幅波動的需要，適時更新和選擇最佳的原料配比方案，同時冶煉設備應能滿足不同原料配比的冶煉工藝。
于中國不銹鋼廢鋼資源缺乏，以廢鋼為主原料的不銹鋼冶煉過程配料成本高，加上全廢鋼冶煉能耗高，以及廢鋼品質不好帶入鋼水有害元素多等原因，中國越來越多的不銹鋼生產企業傾向于利用經脫磷的高爐鐵水冶煉不銹鋼。特別是鋼鐵聯合型企業，利用碳鋼系統的高爐供部分鐵水給不銹鋼冶煉系統，可有效降低噸鋼原材料成本。與此同時，脫磷處理設施被普遍應用于不銹鋼生產工藝。脫磷處理設施的應用既可降低不銹鋼生產對原材料的要求，也可降低生產成本，從而使高爐鐵水、普通廢鋼、高磷生鐵和高磷合金能被大量用于不銹鋼的生產。