1.不锈钢主要冶炼工艺设备的配置

1.1 初炼炉

　 无论哪一种工艺路线，都要配置初炼炉。只是在一步法生产时，初炼炉还要完成精炼炉的精炼任务。初炼炉只起熔化初炼作用，负责向精炼炉提供初炼钢水，或称之为不锈钢母液。视原料条件和规模不同可以选择感应炉、电炉或转炉。

　 以返回废钢作为主原料时，感应炉和电炉均可作为初炼炉，而感应炉一般用于小规模生产。

　 以普通废钢作为主原料时，选择电炉作为初炼炉，熔化废钢和合金。以高炉铁水作为主原料时，选择LD、OTB、AOD、K—OBM—S等转炉作为初炼炉，用于脱磷和初脱碳，以及熔化少量废钢和合金。若原料中废钢量和合金比例较大时，仍然要选择电炉熔化合金和废钢，但此时电炉根据需要，还可以提供混匀不锈钢母液成分和温度的功能。若原料中合金大量来源于矿石时，如铬矿、锰矿和镍矿，可采用转炉作为初炼炉还原矿石中合金元素。如日本川崎就采用了铬矿石还原获得金属铬。

　 一般认为，转炉作为初炼炉是不经济的。因为它需要高炉铁水提供母液和热量来源，必然延长工艺路线，一次性投资增加。只有在电力匮乏的情况下，或者采用电炉作为初炼炉时电力成本难以接受时，可以考虑选用转炉作为初炼炉。

1.2 精炼炉　　　

　 精炼炉的功能主要是降碳保铬，同时伴随脱硫的过程。生产不锈钢最为常用的精炼炉是转炉，主要有AOD、K—BOP、K—OBM—S、MRP、CLU、KCB—S等。

　 AOD，全称Argon—Oxygen　Decarburization　Converter，通常称为氩氧炉。AOD是最为常用的精炼炉，不锈钢精炼炉中约有70％为AOD，大量使用在二步法和三步法冶炼工艺中。传统的AOD是在转炉下部安装侧吹喷嘴，喷吹氧气和氩气，进行脱碳和精炼。目前在AOD转炉的基础上增加顶枪，喷吹氧气和混合气体，称之为AOD—L精炼炉，可以加快脱碳速度，缩短冶炼周期和提高生产能力。日本大同(Daido)制钢公司在AOD转炉的基础上增加真空系统，定义为AOD—VCR精炼炉，可以用于生产低碳不锈钢。还可以降低氩气和硅铁消耗，缩短冶炼周期。

　 K—BOP是川崎制钢公司在顶吹碱性氧气转炉BOF基础上增加了底吹喷嘴，可以喷吹氧气和冷却介质甲烷，还可以喷吹石灰。

　 K—OBM—S是由奥钢联公司在K—BOP基础上进一步改进和发展的技术，它在顶吹碱性氧气转炉BOF基础上增加了底吹喷嘴或侧吹喷嘴。实际上K—BOP和K—OBM—S最初都是顶底复吹碱性氧气转炉，最近K—OBM—S又增加使用了侧吹喷嘴，与AOD-L非常类似。K-OBM-S可以适用于现有的顶底复吹碱性氧气转炉，经局部改造后生产不锈钢，当然仅有设备是不够的，还要摸索一套冶炼工艺模型。

　 GOR是乌克兰在顶底复吹碱性氧气转炉上开发的，底吹喷嘴采用天然气或碳氢化合物进行保护，与K—BOP和K—OBM—S相当。

　 MRP是Metal Refining Process的缩写，由曼内斯曼德马克胡金根厂在底吹转炉基础上发展的，早期通过底吹喷嘴交替喷吹氧气和惰性气体。后期又增加了顶枪，顶部喷吹氧气，底吹喷吹惰性气体，形成MRP—L型精炼炉。

　 CLU是由Uddeholm of Belgium and Creusot—Loire Of France联合开发的，类似于AOD，但底吹稀释气体改成了水蒸汽，并且是从底部吹入。

　 KCB—S是由Krupp Stahl AG在AOD炉的基础上增加了顶吹，与AOD—L非常相当。

1.3 真空吹氧精炼炉

　 真空吹氧精炼炉(主要有VOD和RH—OB／RH—KTB等)的功能主要是在真空状态下进一步脱碳，完成最终成分的微调、纯净度的控制。该法初衷用于生产超低碳、超低氮的不锈钢，当Ar气气源不能保证时或不够充足时，也常在二步法后增设真空吹氧精炼炉，从而降低Ar气消耗，达到同样的精炼效果。

　 VOD和RH—OB／RH—KTB是在VD真空炉和RH真空炉的基础上增加了一套氧枪。RH—OB在真空室侧壁上安装氧枪，而VOD和RH—KTB则在真空室顶部安装了氧枪，目的都是向真空室内的钢水喷吹氧气。

1.4 各种精炼设备的比较(见表1)

表1

工艺设备	喷嘴安装位置	底吹或侧吹介质	底吹介质
AOD	侧部	O2、N2、Ar、Air、CO2	O2、N2、Ar
KCB-S	侧部	O2、N2、Ar	O2、N2、Ar
K-BOP/K-OBM-S	底部或侧部	O2、N2、Ar碳氢化合物	O2、N2、Ar
MRP,ASM	底部	O2、N2、Ar
CLU	底部	O2、H2O（蒸汽）N2、Ar	O2、N2、Ar
GOP	底部	O2、N2、Ar碳氢化合物	O2、N2、Ar
AOD-VCR	侧部	O2、N2、Ar
VOD-/SSVOD	底部	碳氢化合物	O2

　

2.不锈钢冶炼工艺路线　　　

　 生产不锈钢的冶炼生产工艺可分为一步法、二步法和三步法。（见表2）

表2

工艺路线	比 较 内 容
		钢　 种 适应性	入炉 原料	生产 率	Ar气 消耗	耐火材 料消耗	生产 成本	工程 路线
一步法		差	苛刻	低	无	较高	高	最低
二步法	EAF-转炉	一般	适应性强	高	高	低	低	低
	EAF-真空 吹氧炉	一般	适应性强	低	低	较高	最高	较高
	转炉－转炉	一般	适应性强	高	高	低	低	高
三步法		强	适应性强	高	小	高	高	最高

　

2.1 一步法

　 一步法是指在一座电炉内完成废钢熔化、脱碳、还原和精炼等工序，将炉料一步冶炼成不锈钢。随着炉外精炼工艺的不断发展，一步法冶炼生产工艺由于冶炼周期长，作业率低，生产成本高，被逐步淘汰。而电炉演变为初炼炉，承担熔化废钢和合金料的任务。

2.2 二步法　　　

　 二步法主要是以电炉为初炼炉熔化废钢及合金料，生产不锈钢初炼钢水，然后在不同的精炼炉中进行精炼成合格的不锈钢钢水。初炼炉可以是电炉或转炉。二步法中精炼炉又可分为在常压和真空状态下的精炼，从而形成EAF—转炉(AOD、CLU、K—OBM、KCB、MRP、 GOR)二步法工艺和EAF—真空吹氧(RH—OB、RH—KTB、VOD)二步法工艺。

2.3 三步法

　 三步法的基本工艺流程是初炼炉—AOD炉—真空吹氧精炼炉。初炼炉只起熔化初炼作用，初炼炉可以是电炉或转炉，负责向AOD等精炼炉提供初炼钢水。AOD炉具有同样功能的冶炼设备常用的还有K-OBM-S、K-BOP、MRP、CUL、KCP-S等。最后有真空吹氧精炼炉（VOD、RH-OB、RH-KTB等）完成最终成分的微调、纯净度的控制。该法可用来生产超低碳、超低氮的不锈钢。

2.4 不同冶炼工艺路线的优缺点比较

　 目前世界上大多数不锈钢厂采用电炉—AOD炉二步法生产不锈钢，其产量约占世界不锈钢总产量的70％，采用电炉一转炉一VOD三步法生产不锈钢，其产量约占世界不锈钢总产量的20％，而采用其它方法生产不锈钢，其产量约占世界不锈钢总产量的10％。

3.不锈钢冶炼生产工艺路线的选择

　 不锈钢冶炼生产工艺的选择取决于很多因素，首要因素是操作成本，它受到生产规模、产品大纲、原材料供应、后续工艺、现有车间状况和动力供应状况，由于各种因素随着市场迅速变化，生产工艺选择应该具有一定的灵活性。

　 一般情况下，三步法的生产成本要高于二步法，但由于上述各种因素的综合影响，要根据实际情况，具体分析，合理选择。

3.1 生产规模

　 不锈钢的生产规模对冶炼生产工艺的选择，具有制约作用，生产规模小，一般年产3万t不锈钢，不锈钢返回废钢有可靠保证的，可以选用一步法冶炼生产工艺。　

　 不锈钢的生产规模达到5万t以上，不锈钢的冶炼生产工艺不宜采用一步法，应该选用二步法或三步法组织生产。

3.2 产品大纲

　 产品大纲中对于生产(C+N)＞250～300ppm的不锈钢，可选用二步法组织生产。若生产规模大，产品范围宽，考虑到生产节奏和能源供应等因素，宜配置三步法冶炼生产工艺路线的设备，其中分产品按照二步法或三步法组织生产。

　 最终产品中若要求(C+N)≤250～300ppm，如S44700、S44800等超低碳(0．01％)、超低氮(0．02％)铁素体不锈钢。必须选用三步法工艺流程，在真空吹氧精炼炉中完成最终成份的微调和脱气处理。

3.3 原材料供应

　 不锈钢冶炼的原材料，主要是金属料和合金。金属料包括返回废钢，普通废钢和高炉铁水。合金主要包括高、中、低碳铬铁，电解镍铁、金属镍或NiO，硅铁，锰铁。含铬铁水和铬矿石具有金属料和合金的双重性质，不同的金属料将会采用不同的冶炼生产工艺。

　 金属料采用返回废钢或普通废钢时，一般选用电弧炉作为初炼炉，熔化废钢和合金料产生不锈钢母液，生产不锈钢。典型的冶炼生产工艺是选用EAF—AOD二步法或选用EAF—AOD-VOD三步法组织生产。我国的太钢不锈一炼钢、宝钢五钢公司和大连特钢等企业均采用该生产工艺。

　 金属料采用高炉铁水时，由于硅、硫、磷含量高，高炉铁水必须首先进行三脱处理，获得低硫、磷不锈钢母液，再经过精炼炉精炼。精炼炉目前大多选用AOD转炉或顶底复合吹炼转炉，如果要冶炼低[C]或低[N]不锈钢，再后步工序还要配置RH—OB或VOD进行真空精炼。如果要冶炼Cr—Ni系或Cr—Ni—Mo系不锈钢，还需要配置电弧炉熔化钼铁和镍铁。

　 金属料采用部分铬矿石时，一般以高炉铁水作为主原料，铬矿石主要是通过在转炉中进行还原，提供金属铬，降低不锈钢生产成本。由于铬矿石加入数量、加入时机以及还原工艺国内尚未完全掌握，世界上仅日本川崎钢铁公司千叶厂完全掌握该冶炼生产工艺。

　 金属料采用部分铬铁水+废钢时，冶炼生产工艺可采用矿热炉—EAF—AOD二步法或选用矿热炉—EAF—AOD—VOD三步法。它通过矿热炉冶炼铬矿石，生成含铬铁水。电炉作为初炼炉熔化废钢和合金料，熔化半钢与含铬铁水混匀，制成不锈钢母液。该工艺在国外鲜见，但在我国的宝钢一钢公司已经成功采用，杭钢亚通特钢公司也采用了该工艺路线。该工艺可以适用于铁合金厂的改造或在铁合金厂附近建设的不锈钢工厂内使用。

3.4 现有车间状况和动力供应状况

　 新建不锈钢厂，可以根据需要确定合理、经济的工艺路线。但对于旧厂改扩建，必须结合现有车间状况和动力供应状况。原车间没有熔化电炉或感应炉，又没有充足的电力供应，却有高炉和转炉设施，可选择高炉铁水一铁水预处理一顶底复合吹炼转炉一真空精炼组成的典型冶炼生产工艺。这将是我国部分转炉工厂经过工艺和设备改造后生产不锈钢的便利途径。

　 对于氩气供应不足，精炼炉不宜采用AOD炉，而改为与AOD炉具有同样功能的冶炼设备，如K—OBM—S、K—BOP、MRP、CLU、 KCB—S等。或采用初炼炉一AOD一真空吹氧精炼炉(VOD、RH—OB、RH—KTB等)三步法组织生产，以降低氩气消耗。

4.结论

　 通过上述分析，根据不锈钢冶炼的生产规模、产品大纲、原材料供应、现有车间状况和动力供应状况，对不锈钢冶炼主要工艺设备和工艺路线的选择，提出如下建议，供建设不锈钢生产的厂家作为参考。（见表3）　

表3

考虑因素 工艺设备或路线		产品大纲		主要原材料			现有车间状况			动力供应状况
		常规 碳氮	超低 碳氮	高炉 铁水	铬矿	废钢	转炉 厂	电炉 厂	新建	氩气 匮乏
预处理	铁水脱硅			1
	铁水脱磷			1			1
	铁水脱硫			1			1
初炼炉	矿热炉				1
	感应炉					1
	电弧炉	1	1	2		1	2	1	1
	转炉	1	1	1	1		1		1
精炼炉	AOD	1	1	1	1	1	1	1	1	2
	K-BOP	1	1	1	1	1	1			2
	K-OBM-S	1	1	1	1	1	1		1	2
	MRP	1	1	1	1	1	1
	CLU	2		1	1	1
	KCB-S	1	1	1	1	1
真空炉	VOD		1							1
	RH-OM		1							1
	RH-KTB		1							1
工艺线	一步法
	二步法		1							2
	三步法		2	1

备注：1　 表示优先选择的设备或工艺；2　 表示次选的设备或工艺辅助设备