不銹鋼冶煉工藝研究淺析

1.研究背景

鋼鐵是一種用途廣泛的功能材料，也是許多領域不可缺少的結構材料。中華人民共和國成立以來，我國的冶金事業有了長遠的發展，特別是進入新世紀以后，國民經濟的快速增長導致了鋼鐵需求量的大幅增加，工業化、工業化程度的提高，建筑和其他類型的鋼鐵需求的城市化甚至更高。從圖中可以看出，中國粗鋼產量在過去10年相對穩定增長。中國每年的鋼鐵產量達到1億噸，相當于全球的鋼鐵產量。

隨著近年來工業發展的加快，中國的鋼鐵產量也有所增加。鋼鐵產量決定了中國作為主要鋼鐵生產國的地位，但中國鋼鐵工業的質量并不高。在當前的市場形勢下，現在熱軋帶鋼也要求更高的品級和更高的規格[1]。

文獻研究表明，不銹鋼具有耐腐蝕、耐腐蝕、和易加工等材料優勢。是民用、軍事、核等領域不可缺少的特種鋼材料。目前，中國是世界上不銹鋼生產和消費最多的國家，隨著國民經濟的快速發展，中國未來仍有大量的不銹鋼材料需求。近年來，不銹鋼市場競爭日趨激烈，為了進一步提高生產效率，國內外不銹鋼企業越來越重視新型不銹鋼熔煉技術的開發和應用，降低了熔化成本，提高了鋼水質量。單板精煉爐是我國獨創的一種新型真空精煉爐。文獻綜述表明，該爐具有回收效率高、熔煉成本低、設備簡單等顯著的技術優勢。在真空室中，氣體的長距離混合形成了很高比例的“氣液活性界面”和“液鋼活性界面”。在超碳和超硫鋼的工業試驗中，充分證明了單噴嘴爐內高比例的主動相互作用的功能優勢。

2.不銹鋼現狀分析

鋼材的應用范圍很廣，從建筑和橋梁到家用電器和自行車，鋼材被用于各種各樣的場所，鋼材的質量對公眾來說是非常重要的。不銹鋼作為一種重要的特種鋼材料，近年來在我國得到了迅速的發展。2020年，中國鋼管產量突破3000萬噸，居世界首位。在市場競爭日益激烈的背景下，國內外不銹鋼生產企業越來越重視不銹鋼熔煉新技術、新工藝的開發和應用，以進一步提高生產效率，降低熔煉成本，提高鋼水質量。單板濃縮爐，簡稱“單爐”，是我國在20世紀70年代自主研發的一種鋼液真空濃縮裝置[2]。將單板爐的技術優勢推廣到熔煉和不銹鋼生產中，是本研究長期的研究方向。日本新日鐵公司于1998年成功研發了REDA爐的生產技術，該爐的爐體結構與中國的單嘴爐相似，并成功地用于冶煉優質高純鐵素體不銹鋼。與VOD法相比，REDA法具有更高的脫碳效率和較低的脫碳深度。REDA不銹鋼熔煉爐的成功應用，為我國發展單臺不銹鋼熔煉爐提供了重要的參考。

3.不繡鋼冶煉方法

在不銹鋼熔煉過程中，為了有效降低液態鉻鋼中的碳平衡，降低氣體Co的分壓，通常采用兩種思路[3，4]：其中一種是稀釋法，也稱為假真空法，它通常清洗鋼液中Ar + O2或N2 + O2的混合物，用于脫碳。氣泡中反應產物的濃度被稀釋，這也意味著來自氣體的分壓降低。另一種方法是真空法，利用真空技術直接降低系統中的總壓力，降低脫碳產品中的Co的絕對壓力，從而達到降低分壓的目的，稀釋法比絕對真空壓力與分壓降低到很低的值，提高了不銹鋼的脫碳效率和脫碳深度

4.不銹鋼冶煉過程

4. 1兩步法冶煉流程

“兩步法”主要是利用電弧或轉爐作為一次爐生產原始不銹鋼水，然后在各精煉爐（如AOD、CLU、K-OBM、KCB、VOD等）中進行脫碳。兩步法的典型代表是EAF-AOD或EAF-VOD。除轉爐熔煉工藝外，主要以鐵水為原料，在轉爐中加入鉻或鉻鐵合金，通過直接還原熔融，早期脫碳，然后再進行AOD或VOD脫碳精煉。兩級工藝主要采用一次爐+ AOD爐，可獲得大量的富碳鉻鐵，效率高，經濟可靠，投資少，與連鑄兼容。其缺點是是風口附近耐火材料使用壽命短，鋼水深度脫碳困難。[5]

4.2三步法冶煉流程

為了克服深度脫碳的“兩級”過程的困難，采用“三級”熔化過程電荷（電爐或轉爐）+復吹轉爐（AOD或另一種形式的復吹轉爐），脫碳+真空氧處理（VOD爐）是在生產過程中逐步改進加工工藝而形成的。這種組合方法充分利用了AOD和VOD爐的優點，進一步提高了鋼液脫碳深度。三段式不銹鋼熔煉工藝的優點概括如下：（1）各節點分工明確，生產速度快，操作優化;（2）產品質量高，氮、氫、氧及夾雜物含量低，可生產品種廣泛;（3）可用于鐵水的冶煉，對原料的要求不高，原料的選擇靈活。三段式工藝適用于專業不銹鋼廠或大型合資企業的專用轉爐鋼廠。特殊鋼廠的小型非專業電爐通常選擇兩階段工藝，有助于將初級雕刻爐-富集爐-連續注射成型的適當組合。

5.不銹鋼冶煉工藝特點

不銹鋼熔煉的主要任務是脫碳和保留鉻。不銹鋼不同于其他基本熔化性能的鋼。根據不同的需求的碳含量鋼種，不銹鋼快速融化的主要困難是減少鋼水碳含量與高鉻的目標成分，減少氧化和燃燒貴金屬Cr的損失。此外，有些類型的鋼對鋼中的氣體含量也有嚴格的要求，如鐵素體不銹鋼，需要低氮含量，冶煉過程中也需要脫氣。

參考文獻

[1]李楊.論熱軋帶鋼生產工藝需求及改造[J].河鋼樂亭鋼鐵有限公司.2018，11：155-156.

[2]張鑒.大連鋼廠、北京鋼鐵學院真空吹氬試驗小組（張鑒執筆）：單咀插入式真空吹氬試驗結果[J].大連特殊鋼，1978，（1）：4-26.

[3]付幫豪.不銹鋼中夾雜物特征及其成因研究[D].北京：北京科技大學，2010.

[4]王鑫潮.20Cr13不銹鋼脫氧工藝及夾雜物研究[D].北京：北京科技大學，2013.

[5]徐迎鐵，陳兆平，李實.VOD冶煉超純鐵素體不銹鋼脫碳脫氮[北京科技大學學報，2014，36（S1）：36-40.

作者簡介：張建，男，1983年9月，漢族，籍貫：河北唐山，本科學歷，助理工程師，研究方向：冶金、煉鋼生產，工作單位：河北東海特鋼集團有限公司。