不銹鋼冶煉方法與基本原理

   由于不銹鋼合金含量高、鉻鐵合金碳含量高等原因，其冶金過程難度比一般鋼種大得多。高溫熔池中不銹鋼液含有大量的鉻，進(jìn)行氧化時(shí)表現(xiàn)為碳和鉻的競爭氧化，也稱選擇性氧化其反應(yīng)。當(dāng)熔池溫度較低﹝＜1615℃﹞時(shí)，鉻和氧的親和力較碳為大，故鉻大量氧化；當(dāng)熔池溫度升高（＞1615℃）時(shí)，碳和氧的親和力大于鉻和氧的親和力碳將大量氧化。因此，為了減少鉻的氧化損失，必須使熔池溫度遠(yuǎn)高于一般鋼種的冶煉溫度，這就是返回吹氧法冶煉不銹鋼的基本原理。

  在同一溫度下，碳含量越高，鉻含量也越高，而碳含量相同時(shí)，溫度越高，鉻含量也越高。圖是在減壓下鋼液中碳和鉻的平衡關(guān)系。碳含量相同時(shí)，壓力越低，也就是一氧化碳分壓越低，平衡的含鉻量增加。根據(jù)上述不同溫度和壓力下情況下碳-鉻的平衡關(guān)系，在鋼液溫度較高和碳量較高時(shí)出鋼（初煉爐中進(jìn)行），然后在真空（或稀釋一氧化碳）下降碳，可使鉻有高的回收率。這就是不銹鋼爐外精煉原理。

一、爐料與不銹鋼冶煉工藝

  不銹鋼的冶煉方法視原料的不同主要有兩類。一類是以固態(tài)原料為主；另一類是以鐵水為主原料。

  一類是以固體原料為主，如廢鋼或合金，先在電爐中熔化爐料，然后在各種不同的轉(zhuǎn)爐中精煉（包括AOD、CLU、K-OBM-S、KCB、MRP、LD-OB等）。既可采用最終為VOD真空處理的三步法，也可采用最終在轉(zhuǎn)爐后進(jìn)行簡單鋼包處理的二步法。這種方法用電爐作為初步煉爐，主要用于熔化爐料，生產(chǎn)不銹鋼粗鋼水。目前世界上大多數(shù)不銹鋼廠采用的電爐＋AOD二步法冶煉不銹鋼，其產(chǎn)量總計(jì)已突破1000萬噸，占世界不銹鋼總產(chǎn)量的68.7%。

  另一類是以鐵水為原料，不使用電弧爐化鋼，而是在轉(zhuǎn)爐內(nèi)用鐵水加鉻礦或鉻鐵合金直接熔融還原或初脫碳，然后再經(jīng)真空處理最終脫碳精煉，這種方法由于采用廉價(jià)的鐵水作原料，可以降低不銹鋼生產(chǎn)成本，因而在一些鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中得到了應(yīng)用。八十年代以來，隨著鐵水予處理技術(shù)的逐步發(fā)展，脫硅、脫硫、脫磷技術(shù)開發(fā)成功并轉(zhuǎn)入工業(yè)化生產(chǎn)，為轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼提供低硫、磷鐵水創(chuàng)造了條件。同時(shí)轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉技術(shù)日益完善，開發(fā)出較強(qiáng)的、便于調(diào)節(jié)的、可供多種氣體的底吹功能，使轉(zhuǎn)爐吹煉不銹鋼的冶金條件更加優(yōu)越，鉻的氧化損失進(jìn)一步降低。更重要的是爐外精煉技術(shù)發(fā)展十分迅猛，特別是RH-OB、RH-KTB、VOD等真空下吹氧脫碳技術(shù)的開發(fā)，不僅可以減輕轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼的脫碳任務(wù)，縮短轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)間，而且可以改善不銹鋼的質(zhì)量和增加品種。由于上述三項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，使得轉(zhuǎn)爐用鐵水冶煉不銹鋼的生產(chǎn)規(guī)模逐步擴(kuò)大，其產(chǎn)量占世界不銹鋼總量的23％。

二、轉(zhuǎn)爐用鐵水冶煉不銹鋼工藝

   據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)爐用鐵水冶煉不銹鋼的生產(chǎn)廠家列于表。由表可知生產(chǎn)工藝有兩類。一類是全鐵水冶煉，另一類是部分鐵水冶煉。全鐵水冶煉工藝視使用合金料不同又分為兩類：一類采用高碳鉻鐵作合金料，其廠家以日本新日鐵八幡廠、室蘭廠以及臺灣中鋼公司為代表；另一類則采用鉻礦砂作合金料，先進(jìn)行熔融還原變成含鉻鐵水后再進(jìn)行轉(zhuǎn)爐脫碳精煉，這類工藝以日本川崎制鐵千葉廠和日本鋼管福山廠為代表。部分鐵水冶煉工藝是先用小電爐熔化廢鋼和合金，再倒入轉(zhuǎn)爐并兌入鐵水冶煉，這類工藝以巴西阿謝西塔廠為代表。

三、三步法

   三步煉鋼法是80年代開發(fā)的不銹鋼新工藝。該方法在不銹鋼生產(chǎn)中的所占比例已接近20％，同電爐-AOD爐二步法不同，三步煉鋼法實(shí)質(zhì)上是初煉爐-轉(zhuǎn)爐-真空精煉爐。在三步煉鋼法工藝中根據(jù)工廠原料及其條件不同，初煉爐既可選電爐也可選轉(zhuǎn)爐，它只起熔化作用，負(fù)責(zé)向第二步的轉(zhuǎn)爐提供液態(tài)金屬。轉(zhuǎn)爐的功能主要是快速脫碳，并避免鉻的氧化，第三步的真空精煉爐主要采用VOD，也有采用RH-OB或RH-KTB。目的是將鋼水在真空下進(jìn)一步精煉并調(diào)整成分。以MRP-L為代表的三步煉鋼法主要優(yōu)點(diǎn)是：轉(zhuǎn)爐爐襯壽命高（900～1100爐），產(chǎn)品范圍廣、質(zhì)量好（氧、氮、氫低），有利于用連鑄機(jī)匹配（提高連鑄爐數(shù)）。但由于三步法多了一套精煉設(shè)備，因而建設(shè)期投資較高。它適用于生產(chǎn)規(guī)模較大的專業(yè)性不銹鋼廠或聯(lián)合企業(yè)型的轉(zhuǎn)爐特殊鋼廠，對產(chǎn)量較少的非專業(yè)性電爐特殊鋼廠仍可采用二步法。

   三步法的另一優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約氬氣消耗量，降低耐火材料和硅鐵消耗，從而降低不銹鋼的生產(chǎn)成本。兩種工藝的單耗比較見表可知，三步煉鋼工藝較二步工藝氬的消耗低99％，硅還原劑消耗降低35％。（二步法：EAF＋AOD；三步法：EAF＋MRP-L＋VOD）