转炉高效冶炼不锈钢技术
转炉高效冶炼不锈钢技术
1 前言
不锈钢以其优良的特性在化学、电力、交通运输、航空航天工业、食品加工、民用等方面得到了广泛的应用，自1912年德国Crupp公司在感应炉上成功地开发出不锈钢冶炼工艺，并成功应用于生产实践以来，90多年来围绕着低成本、高效率生产不锈钢技术，世界不锈钢生产商进行了不懈的努力，开发出了多种不锈钢生产工艺技术。
20世纪80年代以来，随着铁水预处理技术应用日益成熟，铁水脱硅、脱磷和脱硫技术开发成功并应用于工业化生产，为转炉提供低磷、低硫铁水创造了条件。同时转炉顶底复吹技术日益完善，开发出了较强的、便少调节的、可供多种气体的底吹功能，使转炉吹炼不锈钢的条件更加优越，铬的氧化损失进一步降低。更为重要的是炉外精炼技术的发展十分迅猛，特别是RH- OR、RH-KTB、VOD等真空吹氧脱碳技术的开发，不仅可以减轻转炉冶炼不锈钢的脱碳任务，而可以改善不锈钢的质量和扩大转炉的不锈钢的品种。因此，随着铁水预处理，顶底复吹和炉外精炼技术献发展使得转炉冶炼不锈钢的生产规模逐步扩大。 2 不锈钢冶炼工艺
采用转炉生产不锈钢工艺路线如表1所示。
不锈钢的冶炼方法根据原料的不同主要有三类，一类是以固态原料为主，如废钢或合金，先在电炉中熔化炉料，然后在不同的转炉中精炼
(包拒AOD、CLU、K—OBM、KCB、MRP、LD—0B等)。既可以采用最终为VOD真空处理的三步法，也可以采用只在转炉后简单钢包处理的二步法。这种方法用电炉作为初炼炉，主要用于熔化炉料，生产不锈钢母液。目前世界上大多数的不锈钢厂采用电炉＋AOD二步法冶炼不锈钢，占不锈钢总产量献65%以上。
第二类是以铁水为原料，不使用电炉熔化废钢，而是转炉内用铁水加铬矿或铬铁合金直接灶融还原或初脱碳，然后再经真空处理最终脱碳榨炼，这种方法由于铁水作为原料，可以降低不锈钢的生产成本，因而在一些钢铁联合企业中得到了应用。
第三类是以部分铁水为原料，采用的电炉+转炉进行冶炼，再经真空精炼。这种工艺的思路是把EAF＋ AOD和EAF＋VOD的优点结合起来，达到快节奏、低成本、低氩耗的生产超低碳、超低氮的不锈钢目的。该工艺采用脱磷铁水与EAF熔化炉的高温合金预熔液混合兑入转炉，在转炉内完成脱碳、脱硫、还原、粗调合金成分等任务，然后再进行真空处理，完成最终脱碳及合金成分调整等精炼工作。
表1 转炉用铁水冶炼不锈钢的主要生产工艺路线
序国生产厂 号 家 工艺路线 1 日新日铁 本 八幡 HM De-P+1×120t LD-OB+VOD Cr系：98.4% Ni-Cr:1.6% 24.1 1983 产品组成 产量/（万t·a） -1投产时间 Cr系:63.1% Ni-Cr:36.9% Cr系:主产品 60 1996.5 2 日川崎千1×185t SR-KCB(铁叶水+废钢)+1×185t 本 DC-KCB+VOD/RH- （No.4）KTB 3 中台湾中钢 国 HM De-P+1×90t UHP+1×125t K-OBM-S+VOD HM De-P+2×33t EFA+1×75t MRP-L+VOD 6 日室兰厂 本 HM De-P+155t LD-CB+RH-OB 4 南ISCOR 非 Pretoria厂 5 巴Acesita 西 HM De- P+120t CSCB+VOD 50 1994.7 1996.7 30 1996.5 50 1972 注:HM为铁水,De-P表示铁水脱磷，SR-KCB即熔融还原转炉，DC-KCB即脱碳转炉，LD-OB即新日铁开发的顶底复合冶炼方法，MRP-L即曼内斯曼德马克开发的精炼方法，CSCB即台湾中钢开发的顶底复合冶炼方法。
3 转炉冶炼不锈钢的关键技术
3.1 脱碳保铬
由于不锈钢的主要合金——铬元素在高温下很容易氧化，因此在转炉冶炼不锈钢不但要具有足够的脱碳能力，同时还抑制铬元素的氧化损失。
根据冶金学原理，钢水温度越高越有利于脱碳反应的进行；转炉内
CO的分压越低有利于铬的还原，在吹氧脱碳的同时，可抑制铬元素的氧化损失。为了符合热力学理论的要求，在转炉通常采用的是稀释精炼法即以大流量的底吹惰性气体来稀释转炉内因脱碳反应所产生的CO的浓度，降低CO的分压。同时，也可促进钢水的搅拌，加速脱碳反应。此外，在钢水温度控制方面，首先要克服热源不足的问题，然后才能有效达到高温(≥1700℃)操作。 3.2 热补偿
由于不锈钢是高合金钢，在冶炼时需加入大量的冷料合金，如仅以铁水的显热和氧化热在转炉内炼钢，其热能显然是不够的。
据高碳铬铁、镍铁[w(Ni)=25%]及铁水冶炼430、304不锈钢的物料平衡分析结果可知：冶炼430钢种的热不足率为5.29%，冶炼304钢种的热不足率为12.35%。根据台湾中钢针对304、316、410、420和430等钢种通过数学模型计算出加废钢和加17%废钢的计算结果，则上述各钢种的热量不足率如表2所示。
表2 中钢不锈钢转炉冶炼的热不足率 %
钢种 SUS 430 SUS 410 SUS 420 8.0 6.1 16.8 5.4 15.0 不加废钢 14.2 加17%的废钢