中篇 | 300系不锈钢全冷料冶炼工艺

从不锈钢冶炼工艺流程发展的历史来看，生产不锈钢可采用一步法、两步法和三步法。

一步法是指在电弧炉内完成所有的冶金任务，包括废钢和合金的熔化、脱碳精炼、钢渣还原和合金化，目前一步法工艺由于冶炼周期长、耐火材料烧损严重、成本高等原因已经被逐步淘汰。

两步法是指以初炼炉（如电弧炉、转炉或中频炉）熔化废钢及合金料生产不锈钢母液，然后在不同的转炉型精炼炉（如AOD、GOR、K-OBM-S、KCB、MRP、CLU等）中精炼成合格的不锈钢钢水。

三步法是在两步法的基础上增加了深脱碳的装备（如VOD、SS-VOD、VOD-PB等），用以生产超低碳或超低碳氮不锈钢。

全冷料条件下，300系不锈钢冶炼主要采用两步法工艺，其中不锈钢母液的提供方式有以下3种：

（1）所有固体冷料在电炉内进行熔化生产不锈钢母液；

（2）含镍原料在电炉内进行熔化，含铬原料（如铬铁合金等）在中频炉内进行熔化，两者兑罐共同构成不锈钢母液；

（3）所有固体冷料全都在中频炉内进行熔化生产不锈钢母液。

以下从流程的原料适应性、优势劣势、存在问题等角度详细论述不同生产方式的特点。

全冷料电炉熔化工艺流程如图1所示。这里电炉以镍生铁、不锈废钢、固态高碳铬铁等为原料，在炉内熔化升温，控制铬、镍含量在规定范围内，冶炼期间可吹氧助熔，并最终控制母液中碳质量分数为1.0%~3.5%，为转炉型精炼炉（如AOD等）提供不锈钢母液。由于母液的质量、温度及成分均得到有效控制，有利于稳定后续转炉型精炼炉的冶炼操作。该工艺路线在国内宝钢不锈钢、太钢、酒钢不锈钢等钢厂内使用。

图1 全冷料电炉熔化工艺流程图

基于炉料中低镍生铁的物理、化学特征等原料特点，在不锈钢生产过程中面临以下问题：

（1）含镍铁水脱磷。国内某钢厂不锈钢电炉脱磷实践表明，可通过炉内供氧造泡沫渣进行脱磷，但脱磷效果有限。

（2）电炉冶炼周期延长，以及由此引起的电炉炉况变差等。据了解，国内某厂电炉低镍生铁配比约为74.2%，电炉出钢磷质量分数不大于0.09%，电炉冶炼周期为90~105min。

（3）低镍生铁的使用对电炉电耗、电极消耗和耐火材料消耗有较大影响。生产实践表明，随着电炉内低镍生铁使用量增加，电耗和耐火材料消耗呈上升趋势。

针对低镍生铁电炉熔化产生的上述问题，短期内可通过原料管理、牺牲周期、牺牲炉龄等手段解决，但长期来看，必须进行一定程度的技术改造，常用的手段有：

（1）增加炉壁烧嘴。炉壁烧嘴往往还可发挥氧枪作用，在为电炉引入化学热源的同时，可加速脱磷，缩短其冶炼周期。但炉壁烧嘴燃烧效率不高、易于加重炉衬侵蚀和炉壁漏水也是必须正视的。此外，炉壁烧嘴/氧枪的引入将导致电炉废气量大幅增加，应具体分析其除尘能力，以辨别是否需要同时改造。

（2）引入中频炉预熔化。中频炉既可预热低镍生铁以降低电炉负荷，也可预热铬铁合金以降低AOD炉负荷。但中频炉大型化后，其设备可靠性降低，建议可多炉综合使用。

资料来源网络，中兴溢德不锈钢整理。