不锈钢冶炼基础知识

不锈钢冶炼基础知识

太钢铁水冶炼不锈钢工艺技术，以经过“三脱”的铁水和镍、铬合金为原料，经过三步法（电炉+转炉+VOD炉）两步法（电炉+转炉）或一步法（转炉）进行不锈钢的冶炼生产。其核心工艺是以铁水代替废钢，采用延长吹转炉进行粗炼或精炼，与国际上通用的二步法生产工艺不锈钢相比，具有原料结构灵活、适应性强、生产效率高、钢水残余元素低、方板坯兼容生产、生产成本低的特点，特别适合生产高纯铁素体不锈钢。

目前，国际上生产不锈钢的炼钢工艺，主要有以废钢为主要原料的电炉二步法、电炉三步法及转炉三步法和以铁水主要原料的转炉三步法。太钢在不锈钢系统改造工程中根据自身特点，确定了以铁水为主要原料的转炉三步法冶炼不锈钢的生产工艺路线，即预处理铁水-电炉预熔合金-K-OBM-S复吹转炉进行冶炼-VOD炉精炼+LF精炼设备和方板坯连铸机。该工程从2000年8月动工，2002年底正式投产，建成了中国第一条，世界第四条以铁水为主要原料的三步法冶炼不锈钢生产线。该生产线2003年产量26.6万吨，达到项目目标要求，2004年产量达到36.7万吨，超设计能力。

在引进主要关键设备的基础上，太钢进行了自主开发与创新，形成了一整套以铁水为主要原料，采用三步法冶炼不锈钢生产工艺技术。比如：人们采用喷吹法，实现铁水预处理脱磷的工业化生产，并开发出预处理站脱硅技术、预处理站脱磷技术、终点温度控制技术等；以铁水为主要原料进行不锈钢冶炼生产；采用超高功率电炉预熔铁合金，有效地弥补了转炉冶炼高合金含量不锈钢时的热源不足问题；在冶炼低合金含量的不锈钢时，通过优化原料配置，可采用一步法或二步法冶炼工艺；采用三步法冶炼低碳、低氮、超纯铁素体等不锈钢新品种；采用

K-OBM-S转炉冶炼不锈钢；采用方板坯兼容连铸机。

2003年至2004年，太钢以铁水为主要原料，采用三步法冶炼不锈钢的产量为63.1万吨，新增产值73.96亿元、利税14.09亿元。不锈钢的飞速发展与炼钢技术进步密切相关，70年代，VOD和AOD炉的应用将不锈的脱碳精炼、从电炉移到VOD和AOD炉中进行，冶炼低碳和超低碳不锈不再是难事。电炉+AOD （VOD）二步法、三步法炼钢缩短冶炼周期、提高生产效率、降低能源、耐火

材料和合金铁的消耗，同时对废钢和合金铁的质量要求可以放松，原料成本有明显下降，为304和316系列不锈钢的推广使用奠定了基础，目前电炉+AOD两步法冶炼的不锈钢占总产量的70%。

90年代随着铁水脱硅、脱硫、脱磷预处理技术开发成功并转入工业化生产，日本新日铁，台湾中钢和巴西的阿谢西塔等联合企业开发了用铁水转炉冶炼不锈钢的新工艺。工艺分三个步骤，第一步：精制铁水同时用电炉熔化废钢。第二步，将钢水和铁水倒入转炉，脱炭精炼，第三步，VOD炉终脱炭，脱氧，调整好成份，出钢。细分起来，铁水炼钢可分为全铁水炼钢和部分铁水炼钢。全铁水炼钢又分为采用高碳铬铁合金化和用铬矿砂合金化两种方法，铁水经三脱处理后倒入转炉。部分铁水炼钢先用电炉熔化废钢和合金，然后与三脱铁水一起兑入转炉精炼。铁水转炉三步法炼钢法使不锈钢的冶炼成本进一步降低，尽管用此方法生产的不锈钢目前只占总产量的5%左右，但仍是最经济，最有发展前途的生产工艺。我国的宝钢及太钢的铁水转炉冶炼不锈钢已经有所发展；目前采用生产铬铁水法冶炼不锈钢的工艺已经开始发展，另外东北特钢集团的铬矿代替铬铁冶炼不锈钢的工艺也已经开始逐渐成熟。

项目负责人王一德，压力加工专家。现任太原钢铁（集团）有限公司董事会规划委员会副主任，山西省政府决策咨询委员会专家，中国金属学会不锈钢和耐

不锈钢的冶炼方法视原料的不同主要有两类，一类是以固态原料为主，如废钢或合金，先在电炉中熔化炉料，然后在各种不同的转炉中精炼(包括AOD，CLU，K-OBM，KCB，MRP，LD-OB等)。既可采用最终为VOD真空处理的三步法，也可采用只在转炉后进行简单钢包处理的二步法。这种方法用电炉作为初炼炉，主要用于熔化炉料，生产不锈钢粗钢水。目前世界上大多数由不锈钢厂采用的电炉+AOD二步法冶炼不锈钢，其产量总计已突破1000万t，占世界不锈钢总产量的68.7％。

另一类是以铁水为原料，不使用电弧炉化钢，而是在转炉内用铁水加铬矿或铬铁合金直接熔融还原或初脱碳，然后再经真空处理最终脱碳精炼，这种方法由于采用廉价的铁水作原料，可以降低不锈钢生产成本，因而在一些钢铁联合企业中得到了应用。

众所周知，早在六十年代初期就已经有人开发顶吹转炉用铁水冶炼不锈钢的技术，但是单独用转炉冶炼不锈钢是很不经济的。其原因一是脱磷问题，由于不锈钢的冶炼特点，即高温、低碱度、低FeO，不利于脱磷，因此在铁水预处理尚未发展之前只能用双渣法冶炼；二是单独用转炉冶炼，其脱碳任务重，冶炼时间长，不仅难以同连铸匹配，而且铬的收得率也很低。

八十年代以来，随着铁水预处理技术的逐步发展，脱硅、脱硫、脱磷技术开发成功并转入工业化生产，为转炉冶炼不锈钢提供低硫、磷铁水创造了条件。同时转炉顶底复合吹炼技术日益完善，开发出较强的、便于调节的、可供多种气体的底吹功能，使转炉吹炼不锈钢的冶金条件更加优越，铬的氧化损失进一步降低。更重要的是炉外精炼技术发展十分迅猛，特别是RH-OB，RH-KTB，VOD 等真空下吹氧脱碳技术的开发，不仅可以减轻转炉冶炼不锈钢的脱碳任务，缩短转炉冶炼时间，而且可以改善不锈钢的质量和增加品种。由于上述三项技术的发展，使得转炉用铁水冶炼不锈钢的生产规模逐步扩大，据不完全统计，目前占不锈钢生产总量的5％左右。

本文将着重介绍转炉用铁水冶炼不锈钢的工艺技术装备特点及近年来的发展趋势，以供我国不锈钢炼钢工作者参考。

2工艺流程及产品结构

据不完全统计，转炉用铁水冶炼不锈钢的生产厂家列于表1。

由表1可知生产工艺有两类，一类是全铁水冶炼，一类是部分铁水冶炼。全铁水工艺视使用合金料不同又分为两类：一类采用高碳铬铁作合金料，其厂家以新日铁八幡厂、室兰厂-以及台湾中钢公司为代表；另一类则采用铬矿砂作合金料，先进行熔融还原变成含铬铁水后再进行转炉脱碳精炼，这类工艺以川崎制铁千叶厂和日本钢管福山厂为代表。部分铁水工艺是先用小电炉熔化废钢和合金，再倒入转炉并兑人铁水吹炼，这类工艺以巴西阿谢西塔厂为代表。

图1表示新日铁八幡厂的转炉不锈钢冶炼工艺流程。该厂用一个145t 转炉进行生产。经过脱磷、脱硅、脱硫的铁水兑人LD-OB转炉，转炉冶炼不锈