不锈钢冶炼工艺

1、不锈钢技术及其发展介绍了不锈钢炼钢的概况和品种，论述了不锈钢在铁水预处理、转炉、电炉、二次精炼和连铸中的典型工艺流程，总结了国内外不锈钢的生产和消费现状，并提出了今后不锈钢生产工艺的发展方向。不锈钢；生产工艺；精炼介绍了不锈钢制造的一般规范和产品品种，阐述了铁水预处理、转炉、电弧炉、二次精炼连铸等方面的典型进展流程，总结了不锈钢生产和消费现状，提出了不锈钢未来的发展趋势。关键词：不锈钢生产工艺二次精炼1.前言不锈钢是耐大气、酸、碱和盐腐蚀的合金钢的总称。一般来说，“不锈钢”是指其耐腐蚀性可归因于在氧化环境中形成氧化铬表面膜。该膜具有不溶性、自恢复性和无气孔的特点。不锈钢是一种金属材料，广泛应用

2、于石油、化工、化肥、制药、食品、国防、餐具、合成纤维、石油炼制等行业。2.不锈钢的类型不锈钢通常根据其微观结构分为铁素体钢、奥氏体钢、双相不锈钢和马氏体钢。此外，它可分为铬不锈钢，铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢。(1)铁素体不锈钢：含12% 30%的铬。随着铬含量的增加，其耐蚀性、韧性和可焊性提高，抗氯化物应力腐蚀性能优于其他种类的不锈钢。有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25、Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因其铬含量高而具有良好的耐蚀性和抗氧化性，但机械和工艺性能较差，因此主要用于应力小的耐酸结构和作为抗氧化钢。这种钢能抵抗大气、硝酸和盐溶液的腐蚀，具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数

3、小的特点。它可用于硝酸和食品工厂设备，也可制成在高温下工作的零件，如燃气轮机零件。(2)奥氏体不锈钢：含18%以上的铬、8%的镍和少量的钼、钛、氮等元素。综合性能好，能抗各种介质的腐蚀。奥氏体不锈钢的常见牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的碳化钨含量小于0.08%，钢级标记为“0”。这种钢含有大量的镍和铬，使钢在室温下呈奥氏体状态。这种钢具有良好的塑性、韧性、可焊性和耐腐蚀性，在氧化和还原介质中具有良好的耐腐蚀性。用于制造耐酸设备，如耐腐蚀容器和设备衬里、输送管道、耐硝酸设备零件等。奥氏体不锈钢一般用溶液处理，即将钢加热到1050 1150，然后用水冷却，得到单相奥

4、氏体组织。(3)奥氏体-铁素体双相不锈钢：它兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，是超塑性的。奥氏体和铁素体结构的不锈钢各占大约一半。当碳含量较低时，铬含量为18% 28%，镍含量为3% 10%。有些钢还含有合金元素，如钼、铜、硅、铌、钛和氮。这种钢具有奥氏体和铁素体不锈钢的特点。与铁素体钢相比，它具有较高的塑性和韧性，室温下无脆性，显著提高了抗晶间腐蚀能力和可焊性，同时保持了铁素体不锈钢在475时的脆性、高导热性和超塑性。与奥氏体不锈钢相比，它具有更高的强度、抗晶间腐蚀和抗氯化物应力腐蚀。双相不锈钢是一种节省镍的不锈钢，具有优异的耐腐蚀性。(4)马氏体不锈钢：强度高，但塑性和可焊性差。马氏体不锈钢

5、通常用作1Cr13、3Cr13等。由于它的高含碳量，它具有高强度、硬度和耐磨性，但它的耐腐蚀性稍差。适用于一些机械性能要求高、一般耐腐蚀的零件，如弹簧、汽轮机叶片、液压阀门等。这种钢经过淬火和回火处理后使用。3不锈钢冶炼技术及其发展3.1不锈钢冶炼工艺选择冶炼工艺时，必须考虑原料供应条件、生产规模、生产成本、产品品种和质量等因素。对于生产规模较小的企业，在不锈钢返料供应充足的情况下，可以选择适合不锈钢返料生产的电炉不锈钢生产工艺。对于生产规模较大的企业，如果能够有较大的不锈钢返料供应条件，可以选择适合生产铁水不锈钢返料的电炉-转炉不锈钢生产工艺。对于生产规模大、不锈钢返料缺乏的钢铁企业，为了减

6、少投资，可以选择适合所有铁水冶炼不锈钢的转炉不锈钢生产工艺。图1是三个过程的示意图。为了满足市场对不锈钢生产规模日益增长的需求，目前国内外新建的不锈钢生产线大多采用铁水-废钢混合工艺，并建设与之相适应的钢厂以适应不锈钢和普钢的生产。图1不锈钢生产的三个过程3.1.1全废电炉用不锈钢生产工艺电炉冶炼不锈钢是传统工艺，工艺成熟，生产规模小。一般来说，钢的年产量为40万 60万，生产成本低。铁素体和奥氏体不锈钢采用“两步”生产工艺，而超纯铁素体不锈钢采用“三步”生产工艺1。张家港浦项钢铁工艺是典型的电弧炉-AOD炉冶炼不锈钢工艺。以300系列为例，炉料结构为50%废钢、30%碳废钢、14%高碳铬铁、

7、4%镍铁和2%高碳锰铁。钢产量150吨，熔化时间60分钟，电耗450千瓦时/吨，成品率95%，氧耗8立方米/吨 9立方米/吨，石灰50公斤/吨，白云石6公斤/吨。3.1.2全铁转炉不锈钢冶炼工艺全铁水不锈钢冶炼工艺的主要特点是以铁水为主要原料直接生产各种牌号的不锈钢并添加合金的冶炼工艺，可分为电炉熔炼合金和转炉熔炼合金两种类型。全热金属不锈钢冶炼工艺的主要缺点是：冶炼过程热量不足，大量不锈钢返料不能用于冶炼不锈钢(返料利用率10%)。3.1.2.1电炉熔炼合金的全热金属不锈钢冶炼工艺TISCO第二炼钢厂为全热金属不锈钢冶炼工艺，与普钢冶炼兼容，年产不锈钢50万吨，碳钢250万吨。主要设备包括2

8、台3铁水预处理装置、2台脱硫铁水预处理装置、1台30t电炉、1台75tK-OBM-S复吹转炉、2台80t碳钢复吹转炉、1台80tRH真空处理、1台75tVOD炉、1台75tLF炉、2台直弧形板坯连铸机和1台方坯兼容连铸机。不锈钢有50多个品种，包括：300系列(304，304HC，316)和400系列(430，409，410，436，CTSZB，444)。3.1.2.2用转炉冶炼合金的全热金属不锈钢冶炼工艺该工艺的主要特点是合金熔炼在脱碳保铬炉中同时进行，工艺流程短，投资少，但不锈钢熔炼炉负荷大，技术难度大。日本八岛厂采用175吨转炉生产不锈钢，铁水脱硅、脱硫、脱磷不锈钢冶炼采用转炉铁水“三脱

9、”、转炉初脱碳、真空精炼和脱碳三步法。“三吹”转炉采用弱供氧顶吹和强搅拌底吹工艺，吹炼时间为9分钟，冶炼周期为20分钟，半钢P为0.010%，C为3.5%，半钢温度为1350。一次脱碳转炉采用顶部吹纯氧和氧-氮/氩混合气体，底部吹惰性气体的工艺，实现快速脱碳、升温和保铬。控制措施包括用焦炭进行热补偿，在高碳区顶部以高流速吹氧，以快速脱碳和升温，逐渐降低顶部供氧强度，增加顶部混合惰性气体的比例，底部吹氧，以延长炉龄。将真空精炼脱碳炉与一次脱碳转炉配套，可以优化脱碳条件，扩大不锈钢品种范围，特别是超低碳氮铁素体不锈钢。根据全铁水和合金生产不锈钢的要求，钢铁研究所开发了不锈钢冶炼工艺。该工艺分为三个

10、基本生产单元：(1)铁水供应和预处理系统，其任务是向不锈钢脱碳炉提供低磷铁水；(2)不锈钢脱碳炉，主要设备是顶底复吹转炉，主要任务是熔化铁合金，脱碳不锈钢，升温和控制铬的氧化。(3)不锈钢精炼炉的主要设备是LF炉和VOD炉。精炼工艺应根据钢级要求确定，主要用于不锈钢的深度脱碳和脱氧合金化。技术特征如图2和图3所示。包括以下步骤：采用转炉铁水脱磷预处理工艺，同时熔化部分合金或不锈钢返料(15%)；采用转炉直接熔炼铬合金，无需电炉；强供氧顶吹和惰性气体-氧气混合喷吹工艺可生产出C0.15%的低碳不锈钢。采用底吹惰性气体强搅拌工艺，延长炉底和炉体的使用寿命。发展目标包括冶炼周期60分钟，炉龄1000

11、炉，直接生产C0.15%的不锈钢，铬回收率98%，硅铁消耗15kg/t钢，以及利用VOD生产各种不锈钢品种。图2吹气强度图3元素变化3.1.2.4熔融还原冶炼不锈钢技术该工艺以铁水和铬矿为主要原料，以焦炭为还原剂和热源进行熔融还原，并加入少量废钢进行冶炼。虽然可以降低昂贵的铬铁合金的消耗，但冶炼周期较长，工艺较多，投资成本比其他工艺高得多。川崎钢铁有限公司铁水脱磷后，直接还原KMS-硫铬矿，加热熔化废钢，调整铬镍成分，在K-OBM-硫脱碳，防止混合气体中铬的氧化，最终在VOD 5-6精炼高品位钢。3.1.3热金属废料不锈钢的生产工艺废铁不锈钢生产工艺的主要优点是在不锈钢原料的供应上有很大的灵活

12、性，可以根据市场上镍价和不锈钢回料的波动和供应情况来调整废铁和不锈钢回料的比例。其主要特点是配有转炉和电炉冶炼不锈钢，采用转炉铁水脱磷，采用电炉熔化合金和返料。缺点是工艺流程长，投资大，生产成本高。目前，我国太钢不锈钢新区和宝钢不锈钢分公司采用了这一工艺流程，其特点是利用转炉对铁水进行“三脱磷”。脱磷后，半钢含碳量高，电炉熔炼合金铬收率高。TISCO新区采用180吨的生产工艺AOD炉是世界领先的不锈钢生产工艺。借鉴转炉顶吹经验，AOD也采用顶吹氧气工艺，称为AOD-L，其特点是侧吹氧气、氩气/氮气混合气体，以降低一氧化碳分压、脱碳和铬保护；增加顶吹氧枪以加速高碳区脱碳或用于炉内二次燃烧以缩短冶

13、炼时间；当熔池中碳含量小于0.60%时，顶吹停止供氧，纯侧吹或氧-氮/氩混合气体混合吹加速脱碳；最终碳含量可以小于0.015%；炉容比为0.55 0.60 nm3/，供氧强度低，炉龄为150 200炉7-9。KCB-S是克虏伯开发的一种复合吹炼方法。该工艺的特点是吹炼初期顶吹和侧吹快速脱碳和纯氧升温。达到一定温度后，在吹炼过程中分批加入各种合金材料、石灰或废钢。熔池中碳含量降至0.70%以下，顶吹和侧吹中惰性气体的比例按41、21、11、12和14的比例逐渐增加。当熔池中碳含量低于0.15%后，停止顶枪，采用侧吹氧气脱碳；达到目标碳含量后，仅使用惰性气体进行侧吹和搅拌还原10。3.2.2以转炉

14、为基础，采用底吹氧气的工艺方法防喷器类似于从顶部氧枪吹氧的转炉。下部风口位于转炉底部，石灰粉可从底部注入以改善脱硫。底吹气体采用天然气或丙烷作为保护气体，延长了耐火材料的寿命，炉龄可达600炉。K-OBM-S转炉是由奥地利钢铁协会开发的，是防喷器法的发展。风口安装在转炉的侧面或底部，顶部氧枪也安装。氧气、氮气和氩气用作顶部气体，氧气、氮气、氩气和碳氢化合物气体通过底部风口注入。天然气和丙烷用于风口保护和延长耐火材料的寿命。GOR转炉是一种多能源联合喷吹的底吹转炉，其供气管道通过安装在转炉底部的三个套筒式喷嘴将成分可调的氧气、氮气、氩气和天然气(或其他烃类)的混合气体吹入熔池。熔炼第一阶段吹氧，用碳氢化合物保护喷嘴；在第二阶段，吹入氧气、氩气(或氮气)、碳氢化合物及其混合气体；在第三阶段，将纯氩气(或氮气)吹入转炉熔池。瑞典的Uddeholm和法国的CreusotLoire开发的CLU使用蒸汽作为稀释气体，从底部吹氧气、蒸汽、氮气和氩气，同时从炉顶吹氧气、氮气和氩气。脱碳时，开始吹氧气-蒸汽混合气体。使用这种转炉，氩气消耗减少，但硅消耗高，钢中的氢含量增加。目前的趋势是用更多的氩气代替蒸汽来提高效率11。3.2.3采用底吹搅拌工艺台湾中钢CSCB公司以铁水、高碳铬铁和镍铁为原料，以焦炭为补充热源，顶部吹纯氧，底部吹大流量惰性气体，完成不锈钢冶炼和转炉主吹碳任务。由