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通過分析太鋼不銹鋼原料鉻鎳生鐵、高碳鉻鐵、鐵水等的特性以及研究了原料中Si、C元素優(yōu)化使用，采用中頻爐、電弧爐、轉(zhuǎn)爐、AOD等工序進(jìn)行多種組合，開發(fā)了300系400系鋼種多條不同組合的不銹鋼工藝路線，形成了多位一體不銹鋼生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)實(shí)踐表明，400系不銹鋼采用180t轉(zhuǎn)爐脫磷鐵水+50t中頻爐熔化高碳鉻鐵預(yù)熔液兌入AOD冶煉的工藝，鉻收得率提高2.47%，硅鐵消耗降低5.5kg/t，石灰消耗降低10kg/t,300系不銹鋼采用160t電弧爐+2×50t中頻爐熔化預(yù)熔液兌入AOD冶煉工藝，鉻收得率提高2.2%，電極消耗降低1.8kg/t，大幅降低了冶煉成本。

不銹鋼指在大氣和酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)中呈現(xiàn)鈍態(tài)、耐蝕而不生銹的含鉻合金鋼，其中Cr含量10.5%~30%。因其優(yōu)異的耐腐蝕性和優(yōu)良的綜合性能，廣泛應(yīng)用于各工業(yè)和民用領(lǐng)域。2018年全球不銹鋼粗鋼產(chǎn)量5070萬t，中國不銹鋼產(chǎn)量達(dá)2670萬t，占全球產(chǎn)量的52.3%，中國不銹鋼表觀消費(fèi)量為2210萬t。

隨著低品位紅土鎳礦生產(chǎn)鎳生鐵的礦熱爐一回轉(zhuǎn)窯（RKEF）工藝的快速發(fā)展，我國不銹鋼原料逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐糟t鎳生鐵、高碳鉻鐵為主，由于原料中含有較高的硅、磷、碳等元素，致使不銹鋼生產(chǎn)和使用受到制約。為此，太鋼根據(jù)市場(chǎng)原料變化，增加了中頻爐熔化設(shè)備，開發(fā)了多位一體不銹鋼生產(chǎn)工藝。

1主要設(shè)備狀況及生產(chǎn)能力

太鋼煉鋼二廠北區(qū)不銹鋼生產(chǎn)線于2006年底投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)產(chǎn)能為150萬t，經(jīng)過改造，增加了3臺(tái)50t中頻爐，1座180tAOD爐、1座180tVOD爐和1臺(tái)直弧型板坯連鑄機(jī)，2018年不銹鋼產(chǎn)量達(dá)320萬t，主要設(shè)備及工藝參數(shù)如表1.

2不銹鋼生產(chǎn)工藝流程

太鋼煉鋼二廠北區(qū)不銹鋼生產(chǎn)線原設(shè)計(jì)主要工藝流程為鐵水半熱裝工藝，如圖1所示。

2.1鉻系不銹鋼生產(chǎn)工藝流程

國內(nèi)越來越多的不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)利用碳鋼系統(tǒng)的高爐供應(yīng)部分鐵水給不銹鋼系統(tǒng)，利用鐵水預(yù)處理脫磷冶煉不銹鋼，可提高鋼水質(zhì)量，有效降低成本。太鋼分別利用轉(zhuǎn)爐脫磷和鐵水三脫預(yù)處理脫磷裝置，結(jié)合中頻爐熔化高鉻，開發(fā)了以下三條鉻系不銹鋼生產(chǎn)工藝路線。具體如下：（1）180t轉(zhuǎn)爐鐵水脫磷→180tAOD冶煉180tLF/VOD→連鑄；（2）180t轉(zhuǎn)爐鐵水脫磷+50t中頻爐感應(yīng)熔化高鉻→180tAOD冶煉→180tLF/VOD→連鑄（3）160t鐵水三脫預(yù)處理→180tAOD冶煉→180tLF/VOD→連鑄。

2.2鎳系不銹鋼生產(chǎn)工藝流程

2008年開始，我國逐步開發(fā)了以廉價(jià)的低鎳紅土鎳礦為原料的燒結(jié)一高爐工藝生產(chǎn)高磷鉻鎳生鐵和回轉(zhuǎn)窯一礦熱電爐（RKEF）工藝生產(chǎn)鉻鎳生鐵，降低了含鎳原料的價(jià)格。鉻鎳生鐵雖然價(jià)格低廉但存在雜質(zhì)元素（C、Si、P、S等）高的缺點(diǎn).典型鉻鎳生鐵成分如表2。

為此，太鋼分析研究了鉻鎳生鐵原料特性，開發(fā)了電弧爐高效脫磷技術(shù)、AOD高效還原脫硫技術(shù)、電弧爐前期渣在線還原利用技術(shù)及AOD高效脫碳脫硅技術(shù)，形成了鎳系不銹鋼生產(chǎn)專有技術(shù)及多條不銹鋼生產(chǎn)工藝流程。主要工藝流程有：

（1）160t電弧爐熔化鉻鎳生鐵脫磷→160t電弧爐冶煉→180tAOD→180tLF/LTS→連鑄；

（2）50t中頻感應(yīng)爐熔化高鉻+160t電弧爐熔化鎳生鐵→180tAOD→180tLF/LTS→連鑄；

（3）50t中頻感應(yīng)爐熔化高鉻+50t中頻感應(yīng)爐熔化鎳生鐵+160t電弧爐熔化鎳生鐵→180tAOD→180tLF→連鑄。

3多位一體不銹鋼高效冶煉工藝技術(shù)

3.1以鐵水為主原料的鉻系不銹鋼高效冶煉技術(shù)

3.1.1以轉(zhuǎn)爐脫磷鐵水為原料的鉻系不銹鋼生產(chǎn)技術(shù)

太鋼新不銹鋼工程投產(chǎn)初期，鉻系不銹鋼生產(chǎn)工藝路線為脫磷鐵水-電弧爐-AOD，工藝路線長(zhǎng)，鉻收得率低，通過工藝優(yōu)化，開發(fā)了以轉(zhuǎn)爐脫磷鐵水為原料的新的AOD一步法鉻系不銹鋼生產(chǎn)工藝針對(duì)超低碳氮鐵素體不銹鋼的生產(chǎn)，充分利用鐵水脫磷轉(zhuǎn)爐脫碳速度快的特點(diǎn)，提出了“脫碳任務(wù)再分配”的理念，即由“AOD+ⅤOD兩步法脫碳”演變?yōu)椤?/span>BOF+AOD+VOD三步法脫碳”，形成了新的超純鐵素體不銹鋼生產(chǎn)工藝，轉(zhuǎn)爐（BOF）完成鐵水預(yù)處理脫磷和AOD大部分脫碳任務(wù)，顯著改善了AOD的脫碳保鉻條件，提高了AOD生產(chǎn)效率。轉(zhuǎn)爐鐵水預(yù)處理時(shí)間比鐵水三脫預(yù)處理縮短了3035min,AOD精煉時(shí)間縮短了10-12min；中高鉻鐵素體不銹鋼的C+N總含量小于170×106.

3.1.2轉(zhuǎn)爐+中頻爐雙聯(lián)生產(chǎn)鉻系不銹鋼技術(shù)

煉鋼二廠北區(qū)鉻系不銹鋼生產(chǎn)，采用轉(zhuǎn)爐脫磷鐵水，AOD冶煉過程中高碳鉻鐵全部在冶煉前期加入，高碳鉻鐵加入量大，吹氧脫碳過程鉻燒損嚴(yán)重，導(dǎo)致AOD還原硅鐵消耗偏高，鉻收得率偏低。為此，太鋼開發(fā)了轉(zhuǎn)爐+中頻爐雙聯(lián)不銹鋼母液生產(chǎn)鉻系不銹鋼工藝技術(shù)，利用中頻爐熔化高碳鉻鐵，熔化過程不會(huì)造成鉻元素?fù)p失，中頻爐熔化鉻鐵合金溶液兌入AOD冶煉，AOD人爐溫度提高，滿足吹氧脫碳保鉻溫度條件，可減少AOD吹煉元素?zé)龘p，提高鉻收得率2.47%，硅鐵消耗降低5.5kg/t，石灰消耗降低10kg/t；同時(shí)AOD每爐可加入10-15t鉻不銹鋼廢鋼，提高了AOD單爐產(chǎn)量，降低了噸鋼步驟費(fèi)用，工藝優(yōu)化前后指標(biāo)對(duì)比見表3.

3.2以鉻鎳生鐵為主原料的鎳系不銹鋼低成本冶煉技術(shù)

高磷鉻鎳生鐵具有較大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，在鎳系不銹鋼中大量使用可降低不銹鋼成本，但其中含有較高的PSi、S、C等殘余元素，含鉻鎳鐵水脫磷、高效脫硫、合理利用鎳生鐵中硅等成為不銹鋼冶煉的難題。針對(duì)存在的問題，分析了不銹鋼原料鉻鎳生鐵、高碳鉻鐵、鐵水等原料特性，研究了原料中Si、C元素優(yōu)化使用，利用中頻爐、電弧爐、AOD等工序進(jìn)行多種組合，開發(fā)了鎳系不銹鋼低成本冶煉一系列相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低成本不銹鋼的生產(chǎn)。

3.2.1電弧爐含鉻鎳鐵水脫磷技術(shù)

由于不銹鋼生產(chǎn)流程中AOD及后續(xù)工序沒有脫磷能力，高磷鉻鎳生鐵的使用使得原料中磷含量大幅提高，為保證成品磷符合產(chǎn)品要求，必須在電弧爐或轉(zhuǎn)爐工序完成脫磷工作，而鋼水中鉻較磷易氧化，如何實(shí)現(xiàn)脫磷保鉻是一個(gè)冶煉難題。通過試驗(yàn)摸索，采用CaO-CaF2-Cr03渣系脫磷，電弧爐脫磷渣系成分如表4.利用電弧爐脫磷動(dòng)力學(xué)條件實(shí)現(xiàn)了電弧爐高磷鉻鎳鐵水脫磷，鉻收得率達(dá)到80%以上，脫磷率達(dá)到50%。圖2為308爐使用電弧爐含鉻鎳鐵水脫磷技術(shù)生產(chǎn)脫磷前后鉻和磷含量的對(duì)比情況。

開發(fā)了電弧爐熔化鉻鎳生鐵脫磷技術(shù)及電弧爐雙聯(lián)法冶煉不銹鋼預(yù)熔液生產(chǎn)鎳系不銹鋼工藝路線，脫磷電弧爐主要進(jìn)行含鉻、鎳原料的熔化、脫硅、脫碳、脫磷，另一座電弧爐半熱裝脫磷鋼水進(jìn)行不銹鋼母液的冶煉，然后再在AOD中進(jìn)行精煉，冶煉過程中各工序鋼水成分如表5。

3.2.2中頻爐+電弧爐雙聯(lián)冶煉不銹鋼預(yù)熔液工藝

傳統(tǒng)鎳系不銹鋼采用電弧爐-AOD工藝路線，電弧爐中加入鉻鎳生鐵、高鉻、渣鋼等難熔固體原料，通電時(shí)間長(zhǎng)，電極消耗高，鉻收得率低，電弧爐冶煉時(shí)間95min以上，電弧爐與AOD生產(chǎn)節(jié)奏不匹配。

太鋼開發(fā)了中頻爐+電弧爐雙聯(lián)熔化預(yù)溶液兌AOD冶煉不銹鋼工藝，電弧爐與中頻爐分別熔化不同種類爐料，中頻爐熔化高碳鉻鐵，鉻鐵沒有燒損，冶煉時(shí)間為70min，電弧爐主要熔化鉻鎳生鐵，電弧爐裝入量減少50t，電弧爐冶煉時(shí)間縮短為60min，電弧爐+中頻爐雙聯(lián)工藝技術(shù)的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了高碳鉻鐵與鉻鎳生鐵分工序熔化，縮短了電弧爐冶煉時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了電弧爐與AOD節(jié)奏匹配。與原工藝相比，鉻回收率提高2.2%，電極消耗降低1.0kg/，大幅降低了不銹鋼冶煉成本。電弧爐雙聯(lián)工藝與常規(guī)工藝電弧爐人AOD成分及鉻收得率如表6。

3.2.3電弧爐前期渣在線還原利用技術(shù)

原工藝電弧爐原料主要為鉻鎳生鐵、高碳鉻鐵、廢不銹鋼等高鉻原料，電弧爐冶煉過程吹氧助熔，鉻元素?zé)龘p嚴(yán)重，電弧爐前期渣中Cr2O3含量較高（實(shí)測(cè)6%~10%）。一直以來，電弧爐冶煉不銹鋼都是將前期渣通過出渣門排人渣罐，在排渣過程中，不可避免在渣中會(huì)帶入一定量的鋼水，致使鉻收得率較低。

太鋼開發(fā)了電弧爐前期渣在線還原利用技術(shù)，電弧爐前期渣不再排入渣罐，而是排入中頻爐鉻鐵熔液的預(yù)熔包內(nèi)，通過電弧爐出鋼時(shí)鋼流混沖攪拌，使高碳鉻鐵的硅與電弧爐前期渣中Cr2O3充分反應(yīng)，還原渣中鉻，出鋼后利用鋼包大流量底吹氬氣進(jìn)行強(qiáng)攪拌，實(shí)現(xiàn)鋼水中硅進(jìn)一步與渣中Cr2O3反應(yīng)，渣中C2O3含量由7.3%降低為2.5%，提高了鉻收得率，電弧爐前期渣與還原渣成分見表7。

3.24AOD高效還原技術(shù)

鉻鎳生鐵中硫含量較高，由于鉻鎳生鐵、不銹鋼渣鋼等原料使用量的不斷加大，使AOD入爐不銹鋼母液中硫含量不斷增加，達(dá)到0.06%以上，不銹鋼母液硫含量的升高給AOD脫硫帶來了困難，為此太鋼開發(fā)了AOD高效還原技術(shù)，通過選用合理的不銹鋼脫硫渣系，匹配還原渣堿度、還原時(shí)間以及還原期氬氣流量等參數(shù)，開發(fā)AOD二次造渣脫硫工藝，實(shí)現(xiàn)了不銹鋼快速脫硫，AOD出鋼硫含量穩(wěn)定控制在0.005%以下，脫硫率達(dá)到95%以上。圖3為冶煉304不銹鋼2017年1~12月AOD鋼水人爐、出鋼硫含量及脫硫率。

3.2.5雙中頻爐+電弧爐三聯(lián)冶煉不銹鋼母液技術(shù)

近兩年來，電弧爐電極價(jià)格快速升高到15-19萬元/，電弧爐工序成本升高近一倍，降低電弧爐電極消耗可顯著降低生產(chǎn)成本。因此利用現(xiàn)有中頻爐設(shè)備，開發(fā)了雙中頻爐+電弧爐三聯(lián)法冶煉不銹鋼母液生產(chǎn)鎳不銹鋼工藝。采用一個(gè)中頫爐熔化高碳鉻鐵，另一個(gè)中頻爐熔化鉻鎳生鐵，兩個(gè)中頻爐熔化后的預(yù)熔液兌入電弧爐，電弧爐前期即可形成熔池，可提前吹氧脫硅，充分利用氧化放熱，降低電弧爐電耗及電極消耗，同時(shí)早期形成熔池，可減少電弧爐送電、吹氧過程對(duì)原料中鉻、鎳元素?zé)龘p。實(shí)際生產(chǎn)中，電弧爐熔化原料由120t減少為80t，鎳鋼電極消耗由2.28kg/t降低至1.52kg/t。

4結(jié)論

（1）太鋼充分利用現(xiàn)有裝備及廉價(jià)原料特性，開發(fā)了多位一體不銹鋼生產(chǎn)工藝，掌握鉻系不銹鋼、鎳系不銹鋼低成本生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)，提高了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）太鋼開發(fā)了廉價(jià)鉻鎳生鐵使用技術(shù)及工藝路線，實(shí)現(xiàn)了鉻鎳生鐵的大量使用，純鎳使用量大幅下降，鉻鎳收得率明顯提升，降成本效果顯著。