不锈钢冶炼工艺技术

序
号
生产厂
工艺路线
产品组成
日本新日铁八 1
幡
2
日本川崎千叶
(№. 4)
HM DeP+2×160tLD-OB +160tREDA+160tVOD 1×185tSR-KCB
+185tDC-KCB+185t VOD
Cr 系、 Ni-Cr 系
Cr 系、 Ni-Cr 系
3
日本新日铁周 1×90tUHP,2×30t EAF+2×45~75AOD+2×
Keywords：Stainless Steel，Smelting，Process technology，Two-step method, Three-step method
引言
不锈钢自上个世纪初问世至今已有 100 多年的 历史，20 世纪 60 年代随着 VOD 和 AOD 精炼法的研 制成功，不锈钢冶炼技术有了很大发展，尤其近年 来更为迅速。不锈钢冶炼技术沿着提高生产率、简 化工艺、改善钢水质量的发展方向，在原料、工艺装 备等方面得以不断优化。
的原料（如高碳铬铁）冶炼不锈钢成为可能。因而 冶炼不锈钢的原料得到长足的发展，当前世界各地 冶炼不锈钢采用的原料有，废钢、铬铁合金（包括低 碳和高碳）、铬铁水、熔融还原铬矿、镍铁合金（包括 镍板）、低镍生铁、铁水等。按主原料及冶炼工艺可 区分为如下两种原料结构： 1.1 不锈钢废钢＋少量合金炉料结构
一步法不锈钢市场工艺是以低 P 铁水和合金作 为原材料进入 AOD 炉进行冶炼的短流程。要求铁 水具有合适的温度、C 含量、Si 含量，以保证在 AOD 精炼时的热平衡。它适用于合金含量不太高、质量 等级要求不太高的品种。
一步法冶炼的优点：缩短生产流程，降低冶炼
费用，降低投资；缺点：要求有低 P 铁水，铁水的预处 理也会增加一些费用，对成分复杂、合金含量高的 品种在生产过程中通过 AOD 加入的高碳合金量大 会影响整个冶炼过程的热平衡。 2.2 二步法工艺
在经济发达的国家（如美国、欧洲等）拥有一定 的不锈钢废钢资源，因而大多采用这种炉料结构生 产不锈钢。 1.2 脱磷铁水＋适量不锈钢废钢＋Ni、Cr 合金
随着铁水脱磷技术的发展和 AOD、K－OBM 及 VOD 等脱碳精炼设施及技术的成熟和完善，此种原 料结构得到了蓬勃发展，缓解了不锈钢废钢资源短 缺的问题。采用铁水冶炼不锈钢有如下优点：
Abstract：A review is given on the development of raw materials and process route for producing stainless steel in this paper, and the production process of each procedure for stainless steel-making is introduced emphatically, so it provides us a referances for the se⁃ lection of process of stainless steel-making.
第 17 卷 总第 66 期 2011 年第 1 期
特钢技术 Special Steel Technology
Vol.17(66) 2011,No.1
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P ≤0.06 ≥0.01
≥1270℃（预脱硅后） ≥1300℃
Si≤0.20%的铁水直接进行脱磷处理
当铁水 0.20%<Si≤0.40%的铁水，在处理站先进行脱硅、扒渣，然后进行脱磷
脱硅、脱磷顶加散状料选用轧制氧化铁皮、CaF2 喷吹粉剂采用喷吹 CaO（粉），烧结矿粉（或铁精矿粉）
喷吹采用压力为 0.5~0.7MPa 的 N2做载体 喷粉速率： 正常约 50~100kg/min
[2] 攀钢集团江油长城特殊钢有限公司炼钢厂 四川江油 621701) 摘 要：简述了不锈钢冶炼原料及工艺路线的发展，重点介绍了不锈钢冶炼各工序的生产工艺，为不锈钢冶炼工艺路线的 选择提供参考。 关键词：不锈钢 冶炼 工艺技术 二步法 三步法 图文分类号：TF764+.1 文献标识码：A 文章编号：1674-0971（2011）01-001-05
Process Technology of Stainless Steel Smelting
Cheng Zhiwang[1]，Xuyong[2]
(1. MCC Capital Engineering & Research Incorporation Limited Steelmaking ＆ Continuous Casting Division, Beijing Yizhuang 100176 2.Steelmaking plant, Changcheng Special Steel Co., Ltd., Pangang Group,Jiangyou, Sichuan 621702)
及铬球团矿 ——金属收得率高 ——钢水质量好 ——处理周期短，与连铸配合好 三步法工艺的主要缺点：设备投资较大、生产 成本较高。
3 不锈钢的冶炼生产工艺
3.1 铁水预处理工艺 目前常用的铁水脱磷方法有两种，一种是采用
转炉对铁水进行脱磷，另一种是在铁水罐进行喷吹 脱磷。
转炉脱磷与常规转炉炼钢原理相同，这里不作 叙述。
EAF-AOD 工艺主要优点：对原料要求宽，生产 率高，生产成本较低，与连铸匹配较容易；缺点：生 产低碳、低氮不锈钢（C＋N≤250 ppm）时氩气及还 原 用 硅 铁 耗 量 大 ，处 理 周 期 长 ，与 连 铸 连 浇 配 合 困难。 2.3 三步法工艺
集合 AOD 和 VOD 工艺的优点形成了初炼电炉
综述
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不锈钢冶炼工艺技术
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程志旺[1] 许勇[2]
([1]中冶京诚工程技术有限公司炼钢技术所 北京亦庄 100176
顶加料速率：正常约 150kg/min
吹氧速度： 最大 40Nm3/min
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特钢技术
第 17 卷第 1 期
属元素，同时通过炉门喷粉枪喷入硅铁粉或碳粉提 高还原效果。出钢时采用出钢槽钢渣混出，提高金 属的收得率。 3.3 AOD 炉冶炼工艺
投产日 期/年 1983 1994
1994 1996 2000 2002 2005 2005 2006
主原料
铁水、铬 铁、镍
铁水、铬 矿砂、镍 铬铁水、
镍 铁水、 铬铁、镍 铁水、 铬铁、镍 铁水、 铬铁、镍 铁水、 铬铁、镍 铁水、铬 铁水、镍 铁水、 铬铁、镍 铁水、 铬铁、镍
2）原料中有害杂质少； 3）利用铁水热量，可节约电能。 世界上采用这种原料结构的不锈钢生产厂有 许多，表 1 列出其中一些厂家。
8
一钢公司
1×VOD
Cr 系、 Ni-Cr 系
9
中国酒钢
HM De-p ＋1×100tEAF＋1×110tAOD＋
Cr 系、
1×LF
Ni-Cr 系
10 中国太钢三炼 钢
2×160tEAF＋2×180tAOD＋CCM
Cr 系、 Ni-Cr 系
生产规模 104t/a 50 70 60 40 50 50 40 70 60 200
2 不锈钢冶炼生产工艺路线
目前世界上生产不锈钢的冶炼生产工艺路线 主要有二步法和三步法，EAF＋AOD 的二步法工艺 占 70%，三步法工艺占 20%。随着不锈钢市场的激 烈竞争，在追求质量品质的同时，产品价格也是产 品占据市场的重要因素，引入低 P 铁水市场不锈钢 的过程中，也产生了一步法不锈钢市场工艺流程。 2.1 一步法工艺
Cr 系、
南(No.2)
60t VOD
Ni-Cr 系
4 中国台湾中钢 南非 ISCOR
5 Pretoria
HM De-P+120tCSCB+ 120t VOD
HM De-p+1×90×UHP+1 ×125tK-OBM-S(活炉座)+125t VOD
Cr 系、 Ni-Cr 系
Cr 系、 Ni-Cr 系
项
目
高炉铁水成分 脱 Si 脱 P 后成分 生产工艺参数
表２ 铁水预处理生产工艺参数
Table 2 Processing parameters of hot metal pretreatment
化学成分 /％
温度 /℃
C 4~4.2 3.2~3.8
Si ≤0.40
-
Mn ≤0.6
S ≤0.03 ≤0.03
1）缓解废钢资源紧张；
收件日期：2010-11-30 作者简介：程志旺，高级工程师，毕业于北京科技大学钢铁冶金专业，现供职于中冶京诚工程技术有限公司，联系电话： 13436529270。
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特钢技术
第 17 卷第 1 期
表 1 用铁水为原料冶炼不锈钢的生产厂家
Table 1 Manufacturers using hot metal to smelt stainless steel
二十世纪六十年代末期开始采用二步法工艺 生产不锈钢，电弧炉仅作为初炼装置，钢水精炼在 AOD 或 VOD 炉 中 进 行 ，即 ：EAF-VOD 工 艺 、 EAF-AOD 工艺。
EAF-VOD 工艺优点：氩气耗量降低，还原用硅 铁耗量少；缺点：金属收得率降低，生产成本较高， 冶炼周期长，与连铸不好配合。
铁水罐喷吹脱磷是通过水冷氧枪向盛有铁水 的罐体内吹氧，同时将打结有耐火材料的喷枪插入 铁水中向铁水内喷吹 CaO 粉和烧结矿粉（或精矿 粉）对铁水进行脱磷处理。铁水罐喷吹脱磷具体工 艺如下。
（1）铁水罐脱磷的前提 —铁水罐喷吹脱磷要求铁水含硅≤0.20％，特 殊情况下可接受硅含量≤0.40％的铁水，但在脱磷 前需进行预脱硅。 —铁水喷吹脱磷前需去除铁水罐的高炉渣（或 铁水脱硅渣）。 —铁水喷吹脱磷要求铁水温度≥1 270 ℃，如 果铁水温度低于这一温度，需通过散状料加料系统 加入 SiFe 吹氧升温。 （2）铁水脱磷工艺参数 铁水脱磷工艺参数见表 2。 3.2 电炉冶炼工艺 用电弧炉直接生产不锈钢的一步法工艺基本 被淘汰，下面介绍作为初炼炉的电弧炉冶炼工艺。 （1）配料 电炉配料按照计算机计算的配料单进行，电炉 冶炼所需的废钢、部分合金及部分造渣料在废钢配 料间进行精确配料，装入蛤壳式料篮内，然后加入 电炉。根据原料条件，如加入铁水，直接用铁水罐 兑入电炉。 （2）电炉冶炼 电炉典型的冶炼操作是先通过料篮向电炉加 入废钢和合金，加料后合上炉盖立即通电。过了穿 孔期后断电打开炉盖将铁水兑入电炉内（需要时）， 关上炉盖后继续通电冶炼，其余的合金在熔池平稳 操作期间加入。在熔池平稳操作阶段通过炉门氧 枪对熔池进行吹氧助熔,降低能量输入让熔池继续 进行过热。进入还原期加入硅铁还原被氧化的金
１ 不锈钢生产原料的发展
早 期 不 锈 钢 冶 炼 以 低 碳 废 钢 和 低 碳 合 金（铬 铁、镍铁或镍）为原料。20 世纪 40 年代，美国人希 尔蒂（D.C.Hilty）研究了 Cr－C 温度平衡，提出了高 温脱碳保铬理论，60 年代后，德国的维顿公司（Witten）和美国的联合碳化物公司（Union Carbide来自百度文库分别 研制成功了 VOD 和 AOD 精炼法，这使得采用便宜
2011 年第 1 期
程志旺 许勇：不锈钢冶炼工艺技术
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—AOD 炉（或 K-OBM 等）—VOD 的三步法冶炼工 艺。三步法工艺各环节分工明确，使操作最佳化， 产品质量高，品种范围广，是生产超低碳、控氮或含 氮不锈钢、超纯铁素体不锈钢及超高强度不锈钢的 理想生产工艺。
三步法工艺的主要优点如下： ——氩气耗量低：4～12 m3/t ——还原用硅铁耗量低：8～10 kg/t ——原料成本低，可全部使用价廉的高碳铬铁
中国太钢二炼
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钢厂
2× HM De-p + 1×35t EAF＋1× 75tK-OBM-S＋1×双工位 VOD
Cr 系、 Ni-Cr 系
7 巴西 ACESITA HM De-p+2×35t EAF+1×80t AOD+VOD
Cr 系、 Ni-Cr 系
中国宝钢集团 HM De-p＋ 1×110tEAF＋1×120tAOD＋