不锈钢是怎样炼成的？

不锈钢是怎样炼成的？

不锈钢是指在空气、水和一些弱腐蚀性介质中能抵抗腐蚀的钢种。 一般来说，我们比较常见的铬不锈钢是指含有整体Cr超过12%的相应不锈钢； 还有一种镍铬不锈钢，其含铬总量在18%以上，镍含量在12%以上。 不锈钢于本世纪初问世，至今已有90多年的历史。 不锈钢的发明是世界冶金史上的一项重要成就。

不锈钢冶炼工艺的发展

不锈钢冶炼工艺的发展主要经历了三个发展阶段，即一步法、两步法和三步法。

一步法，即成分熔化法，是将各种原料，如镍板、纯铁、废不锈钢、铬铁等放入电炉中，通电熔化，生产不锈钢。 该工艺在1938年之前已广泛应用，但由于其主要缺点是不能有效降低碳含量，且生产过程冶炼周期长、开工率低、生产成本高，因此逐渐被淘汰。 但随着后期炉外精炼技术的发展和AOD炉的兴起，一步熔炼工艺又得到发展，形成了添加低磷铁水和合金的短流程工艺。装入AOD炉进行熔炼。 该工艺的原料是经过铁水预处理后的低磷铁水。 生产合金含量高的不锈钢品种时，需要添加大量的高碳合金，这可能会影响整个冶炼过程的热平衡。 仍只适用于合金含量低、纯度要求不高的不锈钢品种。 新型一步法不锈钢生产工艺目前广泛应用于400系列不锈钢的生产。

两步法，也称为双相炼钢法，是在20世纪60年代随着AOD和VOD的兴起而发明的。 目前，世界上约70%的不锈钢是通过该工艺生产的。 工艺流程为：粗精设备（电弧炉或转炉）→精炼设备AOD炉或VOD炉。 具体操作是将电弧炉熔化的钢水与含镍生铁、高碳铬铁、废钢混合进入AOD/VOD进行去除。 碳。 电弧炉对固体原料适应性强，生产周期短。 具体来说，在EAF→AOD工艺中，电炉主要起到化学原料的作用，脱碳操作在AOD中进行。 该工艺可生产除超低碳、低氮不锈钢外95%的不锈钢品种，如生产3004、316L系列不锈钢，但AOD脱碳采用氩气，Ar消耗量巨大，气体浓度高钢中的含量； 另外，AOD法不能深度脱碳。 对于EAF→VOD工艺，与AOD炉相比，VOD炉通过提高炉内真空度来促进脱碳反应，从而可以在较低的温度下获得较低的碳含量，脱碳保铬效果良好但VOD法的缺点是吹氧时，钢水中的碳、硅等元素会与氧发生反应，放出大量的热。 为了防止钢水过热，VOD法对粗钢水有严格的成分要求。 要求。

三步EAF→AOD→VOD冶炼工艺保留了AOD的优点，并增加了VOD深度脱碳设备。 因此，该流程兼具了AOD和VOD的优点。 目前，三步法生产的不锈钢约占不锈钢的10%。 占总产量的20%。 该工艺出现于20世纪80年代，也称为三重炼钢法。 AOD还可直接与脱磷高炉铁水混合，既适用于专业不锈钢生产企业，也适用于联合钢企的不锈钢生产。 三步工艺各环节分工明确，对原料要求不高。 可以使用铁水，也可以使用高碳铬铁等原料。 钢水质量好，H、O、N等含量低，可以生产各种品种的不锈钢。 ，是目前生产超低碳、控氮或含氮不锈钢和超纯铁素体不锈钢的理想工艺。 但该工艺增加了环节，生产成本比两步法高500元/吨左右。 初期投资高，维护成本高。

炼钢工艺

不锈钢冶炼所用设备分为初熔炼和精炼两大类。 主要冶炼设备包括：电弧炉（EAF）、矿热炉、转炉。 初熔炉只起到初熔作用，负责向精炼炉提供初钢水。 以普通废钢为主要原料时，选用电弧炉作为初级精炼炉，熔化废钢及合金； 以高炉铁水为主要原料时，选用转炉作为一次精炼炉。 人们普遍认为转炉作为初级精炼炉是不经济的。 由于需要高炉铁水提供母液和热源，必然会延长工艺路线，增加一次性投资； 只有在缺电的情况下，或者使用电弧炉作为一次冶炼炉的电力成本无法接受时，才可以考虑采用转炉作为一次冶炼炉。 炉。

精炼设备主要包括钢包型精炼设备（VOD）、转炉型精炼设备（AOD）和RH功能扩展精炼设备。 精炼炉的主要作用是减碳、保存铬，并伴有脱硫过程。 AOD的全称是Argon-。 AOD是最常用的精炼炉。 约70%的不锈钢精炼炉为AOD，广泛应用于两步和三步冶炼工艺。 传统的AOD在转炉下部安装侧吹喷嘴，喷入氧气和氩气进行脱碳精炼。 真空吹氧精炼装置（主要有VOD、RH等）的作用是在真空状态下进一步脱碳，完成最终成分的微调和纯度的控制。 VOD是真空氧气脱碳脱气（VOD）的简称，是低碳不锈钢冶炼的核心工艺。 这种方法在真空条件下可以很容易地将钢水中的C和气体含量降低到很低的水平，并且钢水中的铬不会被氧化。 当Ar气源无法保证或不足时，常在两步法后增设真空吹氧精炼炉，以减少Ar气消耗。

不锈钢冶炼生产工艺的选择取决于多种因素。 首要因素是成本，受生产规模、原材料供应、后续工序、现有车间条件、供电条件等因素影响。 一般来说，三步法的生产成本高于两步法。 但由于上述因素综合影响，必须根据实际情况具体分析、合理选择。

不锈钢的生产规模对冶炼生产工艺的选择具有制约作用。 生产规模较小，不锈钢年产量一般为3万吨。 若能可靠保证废钢回收，可采用一步法冶炼生产工艺； 不锈钢生产规模达到5万吨以上，生产过程不宜采用一步法，应采用两步法。 或者三步法。

不锈钢冶炼原材料的供应极大地限制了冶炼行业的选择。 目前不锈钢冶炼的原料主要是金属材料和合金。 金属材料包括回收废钢、普通废钢和高炉铁水。 合金主要有高、中、低碳铬铁、镍铁、金属镍、硅铁、锰铁等。 不同的金属材料会采用不同的冶炼和生产工艺。 当金属材料为回收废钢或普通废钢时，一般采用电弧炉作为初级精炼炉，将废钢及合金材料熔化，生产不锈钢母液。 典型的冶炼生产工艺是采用EAF→AOD两步法或EAF→AOD→VOD三步法组织生产。 当高炉铁水作为金属材料时，由于硅、硫、磷含量较高，高炉铁水必须先经过三道剥离处理，然后进入精炼炉精炼。 目前精炼炉大多采用AOD转炉或顶底复合吹炼转炉。 如果要冶炼低碳或低氮不锈钢，则必须配置RH或VOD进行后续工序的真空精炼。

我国大型不锈钢生产企业大多是综合性钢铁企业，如太钢、酒钢等，既生产不锈钢又生产碳钢。 对于这些合并后的钢铁企业来说，铁水和废钢的供应充足，可以满足需求。 这些企业在不锈钢冶炼工艺路线的选择上有较大的灵活性，可以选择最佳的原料配比方案。 目前，更多地优选使用脱磷高炉铁水来冶炼不锈钢。 利用高炉向不锈钢冶炼系统供应部分铁水，可以有效降低吨钢原材料成本。

太钢拥有三个不锈钢冶炼车间。 三炼钢厂采用的冶炼工艺为短流程工艺：EAF→AOD，主要生产双相不锈钢、耐热钢、高合金不锈钢和高附加值不锈钢； 二炼钢厂南区采用的冶炼工艺为长流程：铁水预处理→KOBMS炉→VOD→LF炉，主要用于生产铁素体和马氏体不锈钢； 二炼钢厂北区采用的冶炼工艺流程为：脱磷转炉→AOD→LF炉/VOD电炉→AOD→LF/VOD。

酒钢不锈钢炼钢车间主要采用以下两种工艺进行不锈钢冶炼：工艺一是铁水罐顶喷淋脱磷→EAF→AOD→LF，为两步法生产工艺，主要用于生产200系列和300系列。系列不锈钢； 第二道工序为脱磷转炉→AOD→LF，主要用于生产400系列部分钢种。

青山集团将镍铁生产和不锈钢冶炼工艺融为一体，独创了一套RKEF+AOD双法不锈钢冶炼工艺。 该工艺技术以红土镍矿为主要原料冶炼不锈钢，从红土镍矿→熔炼→连铸→热轧不锈钢带材时，将熔融镍铁直接送入AOD炼钢炉，无需冷却。 两次热装热送，节省了大量的能源，大大提高了不锈钢的炼钢速度，减少了原材料的损耗，实现了不锈钢的变现。 连续一体化生产实现历史性突破，污染物排放量大幅减少。 整个生产过程全封闭，将能量损失和粉尘排放降到最低。 生产过程中吨铁电耗降低1500度。 粉尘排放减少80%。 该技术于2014年获得国家发明专利，属全球首创。 2010年，青拓集团在福建宁德建成中国第一条RKEF镍铁生产线和全球第一条RKEF+镍铁热喂生产线，用于生产镍含量8%以上的300系列不锈钢； 还建造了中国最大的高炉+镍矿。 该铁热喂生产线用于生产镍含量1%以上的200系列不锈钢。

热轧工艺

热轧有两种方法：热连续轧制和可逆轧制。

热连轧产品以板坯（主要是连铸坯）为原料。 加热后，由粗轧机组和精轧机组轧制成带材，并由单一方向向一个方向成形。

可逆轧制：热连轧产品以板坯（主要是连铸坯）为原料制成。 加热后，由粗轧机组和精轧机组轧制成带钢。 精轧机采用可逆喷砂机。 经过多次往复轧制工序后，一般采用炉克尔轧机。 炉卷轧机的关键在于卷取机和卷取热加热炉，适用于产量要求不太高的板带生产线或特种钢带生产线。

具体流程为：

(1)板坯从炼钢车间连铸机排出，送至热轧车间加热炉加热。 加热到设定温度后，由攻牙机按轧制节拍要求吊出，放入加热炉内出料。 在滚筒输送机上。

(2)加热后的板坯出炉后，通过输送辊道输送。 板坯经高压水除鳞装置除鳞后，送至定宽压机。 然后由辊道输送至轧机进行轧制； 根据工艺要求将板坯轧制成厚度为30-60mm左右的中间坯； 每台粗轧机前面的立式辊轧机可以控制中间坯的宽度。

(3)轧机配备飞剪，包括中间废坯推料装置； 用于将中间废坯推至中间辊道操作侧支架上。 中间坯由带有隔热罩的中间辊输送到飞剪点进行头尾剪切。 隔热罩有利于减少中间坯的损失和头尾温差。

（4）切断后带钢经过精轧前的高压水除鳞装置，去除二次氧化铁皮，然后通过立式辊道进入精轧机组进行精轧。 中间坯经过精轧机组，轧制成1.2~25.4毫米的成品带钢。

(5)精轧机轧出的带钢由输出辊道上的带钢层流冷却系统利用相应的冷却系统将热轧带钢冷却到规定的卷取温度。

(6)卷取完毕后，卸料小车将钢卷取出至打包机进行捆扎。

冷轧工艺

一般来说，用于生产不锈钢的冷轧机主要采用辊式轧机。 由于具有良好的刚度，广泛应用于不锈钢的生产。 所谓冷轧不锈钢板带生产并不是简单的“冷轧”。 冷轧前还需进行退火、酸洗、磨削等处理。 冷轧后需进行矫平、矫直、剪切、堆垛等工序。 所以它实际上是从热轧卷到冷轧卷生产的整个过程。 。

不锈钢带钢的生产工艺流程大致为：热轧带钢→退火碱酸洗→检验磨削→冷轧→退火碱酸洗→平整→抛光→剪切→检验分级→包装→入库。

在不锈钢生产过程中，原材料（热轧卷）需要退火，冷轧工艺需要中间退火，最终产品需要退火。 这主要是因为不锈钢生产过程中必须时刻保持带钢表面清洁，以提高成品率和耐腐蚀性。 性能，因此退火是生产中的一个重要环节。 退火的目的是促进碳化物的再结晶和溶解。 通常在罩式炉中退火，退火温度为800℃左右，保温2-6小时。 铁素体钢应在空气中快速冷却，以防止脆化。 马氏体钢不允许快速冷却，以免产生过大的内应力和硬化裂纹。 奥氏体钢在连续炉中加热至1000-1100℃，并在水或空气中快速冷却。

退火后的钢带首先进行抛丸处理，打碎表面氧化皮，刷涂后进入酸洗槽，彻底去除氧化铁皮，使表面钝化。 一般采用硝酸或硫酸进行酸洗。

成品不锈钢带材进行光亮退火，即最后一次再结晶退火在非氧化气氛中进行。 通常采用分解氨作为保护气体。

304不锈钢原材料成本计算

如上所述，不锈钢原材料可由以下几类材料供应：高、中、低镍铁、纯镍、铬铁、废不锈钢、废普碳钢。 目前国内主流的三种304不锈钢原料配比型号为（1）高镍铁+纯镍+铬铁+废不锈钢+废碳钢； (2)高镍铁+铬铁+废碳钢； (2)高镍铁+铬铁+废碳钢； 3）低镍铁+纯镍+铬铁+废碳钢。 从公式中可以看出，铬铁和废钢的选择缺一不可，而废不锈钢和废碳钢的比例与国内废不锈钢的供应量和回收废钢的量有关。 这里一般认为是一定的固定比例； 其余304不锈钢原料配比必须符合不锈钢标准。 由于不同原材料的价格波动，尽量选择最经济的配比。 理论计算结果如下。

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