毕业设计产100万吨不锈钢技改可行性研究.doc

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1、毕业设计（论文）. 题 目 年产100万吨不锈钢技改可行性研究 学 院 专业班级 学生姓名 刘德华 学号 2008 指导教师 牛的很 职称 高级工程师 评阅教师 职称 2012年 02 月 30 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附

2、件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所

3、呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日摘要不锈钢是一种特殊的钢种，跟我们的生活息息相关，应用也比较广泛，在各个领域都有重要的运用，论文题目是对年产100万t不锈钢技改可行性进行研究。本论文主要介绍不锈钢的概述，分类和发展情况，对VOD、AOD冶炼不锈钢的技术

4、及原理进行分析，也比较了冶炼不锈钢的主要设备，初炼炉及精炼炉的选择情况，对铁水预处理、不锈钢脱碳、脱硫控氮等具体精炼工艺的分析，及冶炼不锈钢的二步法和三步法优缺点。再结合不锈钢的性能要求和技改的具体对象进行分析研究，通过对国内外生产不锈钢的企业的生产技术进行比较分析，从重钢钢厂的技术、设备等条件出发确立钢厂年产100万t不锈钢的可行性，选用工艺流程为：铁水预处理转炉双冶炼RH精炼连铸。关键词：不锈钢 工艺流程 设备 精炼工艺 可行性ABSTRACT Stainless steel is a kind of special steel, with our life, applications a

5、re more extensive, in every area of the use of important, paper topics with annual capacity of 1 million t is the technical feasibility of stainless steel.This thesis mainly describes an overview of stainless steel, the classification and development situation of VOD, AOD of stainless steel smelting

6、 technology and principle analysis, also compared the main equipment of stainless steel smelting, early furnaces and finer choice of iron pretreatment, stainless steel decarburization, desulfurization accused of nitrogen, the analysis of the specific refining technology, and smelting stainless steel

7、 ldpe-g-nvp and three-stage method to advantages and disadvantages. Combine the performance requirements of technical and stainless steel concrete object of study, through the domestic and international production stainless steel enterprise production technology, this paper analyzes the technology f

8、rom steel mills, and equipment conditions established steel plant with an annual capacity of 100 t the feasibility of stainless steel, choose the technological process is: iron pretreatment of converter-double-LF refining-smelting casting. Keywords：Stainless steel process equipment Refining technolo

9、gy feasibility 目录摘要IABSTRACTII1绪论11.1不锈钢的概述11.2不锈钢的主要分类21.3国内外不锈钢发展的概况31.我国出台多项政策鼓励发展32不锈钢冶炼技术概述82.1VOD 冶炼不锈钢82.1.1 VOD 的工作原理82.1.2 VOD 冶炼不锈钢的工艺路线82.1.3 VOD 冶炼不锈钢的优缺点92.2 AOD 冶炼不锈钢92.2.1 AOD 的工作原理92.2.2 AOD 法的基本工艺92.2.3 AOD 冶炼不锈钢的优缺点103冶炼不锈钢的设备113.1初炼炉113.2 精炼炉113.3 真空吹氧精炼装置123.4初炼炉的选择123.4.1顶底复合吹炼转

10、炉特点133.4.2顶底复吹转炉内的反应133.5精炼炉的选择163.5.1LF炉163.5.2AOD183.5.3VOD203.5连铸设备214冶炼不锈钢的具体工艺分析264.1 铁水预处理脱硅264.1.1 铁水预处理脱硅的基本原理264.1.2 铁水预处理脱硅的基本方法264.1.3 铁水脱硅剂274.2脱硫工艺分析284.2.1 铁水预处理脱硫284.2.2 钢水脱硫324.3脱磷工艺分析334.3.1 脱磷的基本方法334.3.2 脱磷剂的选择334.4不锈钢脱碳344.4.1AOD炉脱碳工艺344.4.2复吹脱碳AOD法364.4.3VOD炉脱碳工艺374.5不锈钢脱硫384.5.

11、1AOD炉脱硫工艺384.5.2VOD炉脱硫工艺394.6不锈钢控氮394.6.1AOD炉生产的氮合金化工艺404.6.2AOD法超低氮不锈钢的冶炼工艺404.6.3VOD炉超低氮不锈钢的冶炼工艺414.7冶炼不锈钢二步法414.8冶炼不锈钢的三步法434.9不锈钢冶炼的二步法和三步法的比较434.9.1主要特点比较434.9.2工艺参数比较444.10国内主要不锈钢生产企业455重钢冶炼不锈钢的可行性分析475.1重钢主要设备475.1.1基本设备475.1.2生产工艺流程485.1.3重钢创新工艺技术485.1.4重钢新区基本布置495.2.针对重钢冶炼不锈钢具体工艺分析506结论53参考

12、文献54致谢55附录图纸56 1绪论1.1不锈钢的概述不锈钢一般是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢是指耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢，而耐酸钢则是指耐酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。不锈钢自本世纪初问世，到现在已有90多年的历史。不锈钢的发明是世界冶金史上的重大成就。20世纪初，吉耶（L.B.Guillet）于1904年1906年和波特（A.M.Portevin）于19091911年在法国；吉森（W.Giesen）于19071909年在英国分别发现FeCr和FeCr-Ni合金的耐腐蚀性能。蒙纳尔茨（P.Monnartz）于1908-1911年在德国提出了不锈性和钝化理论的许多观点。工业用不锈

13、钢的发明者有：（H.Brearly）19121913年在英国开发了含Cr12%13%的马氏体不锈钢；丹齐曾（C.Dantsizen）19111914年在美国开发了含Cr14%16%，C 0.07%0.15%的铁素体不锈钢；毛雷尔（E.Maurer）和施特劳斯（B.Strauss）19121914年在德国开发了含C1%，Cr 15%40%，Ni20%的奥氏体不锈钢。1929年，施特劳斯（B.Strauss）取得了低碳18-8（Cr-18%，Ni-8%）不锈钢的专利权。为了解决18-8钢的敏化态晶间腐蚀，1931年德国的霍德鲁特（E.Houdreuot）发明了含Ti的18-8不锈钢（相当于现在的1

14、Cr18Ni9Ti或AISI321）。几乎与此同时，在法国的Unieux实验室发现了奥氏体不锈钢中含有铁素体时，钢的耐晶间腐蚀性能会得到明显改善，从而开发+双相不锈钢。1946年，美国的史密斯埃塔尔（R.Smithetal）研制了马氏体沉淀硬化型不锈钢17-4PH；随后既具有高强度又可进行冷加工成形的半奥氏体沉淀硬化不锈钢17-7PH和PH15-7Mo等相继问世。至少，不锈钢家族中的主要钢类，即马氏体、铁素体、奥氏体、+双相以及沉淀硬化型等不锈钢便基本齐全了，且一直延续到现在。当然，40-50年代，节Ni的Cr-Mn-N和Cr-Mn-Ni-N不锈钢，超低碳（C0.03%）奥氏体不锈钢；60年代

15、，:近于1的+双相不锈钢C+N150ppm的高纯铁素体不锈钢以及马氏体时效不锈钢的出现，虽然也属于不锈钢领域内的重大进展，但是，这些新钢种本质上仍属于前述五大类不锈钢，仅仅是具体钢类中某些钢种的新发展。不锈钢中，除C，Cr,Ni等元素外，根据不同用途对性能的要求，进一步用Mo,Cu,Si,N,Mn,Nb,Ti等元素合金化或进一步降低钢C,Si,Mn,S,P等元素，又研制出许多新钢种。例如，为解决氯化物的点蚀、缝隙腐蚀用的高纯、高铬钼铁素体不锈Cr25Ni4Mo4，,00Cr29Mo4Ni2,00Cr30Mo2和高Mo含N的Cr-Ni双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3N，00Cr25Ni7Mo3

16、CuN等；为提高低碳、超低碳Cr-Ni奥氏体不锈钢的强度和耐蚀性而出现的控氮不锈钢；为提高Cr-Ni奥氏体不锈钢耐局部腐蚀性能并抑制钢中金属间相的析出而研制的高Cr，Mo且高氮量的超级奥氏体不锈钢，如00Cr25Ni20Mo6CuN，00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN；为耐发烟硝酸以及耐浓硫酸（93%-98%）而发展的高硅不锈钢。此外还有一些专用不锈钢问世，例如核能级，硝酸级、尿素级、食品级不锈钢等等。据统计，世界范围内已纳入各种标准（包括厂标）的牌号已有百余种，而未纳标的非标准牌号就更多了。尽管如此，目前各工业先进国家大量生产和广泛应用的不锈钢牌号，仅限于马氏体、铁素体和奥氏体类的近十几

17、个牌号，常见不锈钢化学成分见下表。表1.1常用不锈钢化学成分表钢号CSiMnPSNiCrMoN0Cr18Ni93043040.071.002.000.0350.038.00-11.0017.00-19.000.1000Cr19Ni10304L304L0.031.002.000.0350.038.00-12.0018.00-20.000.100Cr17Ni12Mo23163160.081.002.000.0350.0310.00-14.0016.00-18.502.00-3.000.1000Cr17Ni14Mo2316L316L0.031.002.000.0350.0312.00-15.0016

18、.00-18.002.00-3.000.100Cr18Ni10Ti3213210.081.002.000.0350.039.00-12.0017.00-19.000.101.2不锈钢的主要分类不锈钢常按组织状态分为：马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢及沉淀硬化不锈钢等。另外，可按成分分为：铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。 （1） 、铁素体不锈钢：含铬12%30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械

19、性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点，用于硝酸及食品工厂设备，也可制作在高温下工作的零件，如燃气轮机零件等。 （2） 奥氏体不锈钢：含铬大于18%，还含有 8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的WC0.08%，钢号中标记为“0”。这类钢中含有大量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性能，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，用来制作耐酸设

20、备，如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等。奥氏体不锈钢一般采用固溶处理，即将钢加热至10501150，然后水冷，以获得单相奥氏体组织。 （3） 奥氏体-铁素体双相不锈钢：兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%-28%，Ni含量在3%-10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，

21、强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。 （4） 马氏体不锈钢：强度高，但塑性和可焊性较差。马氏体不锈钢的常用牌号有1Cr13、3Cr13等，因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差，用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上，如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。这类钢是在淬火、回火处理后使用的。1.3国内外不锈钢发展的概况1.我国出台多项政策鼓励发展不锈钢 近几年由于我国不锈钢供给缺口很大，国家将不锈钢作为重点支持和发展品种，在政策上给予支持，主要有以下几方面： (1)国家采用贴息贷款方式支持国有企业发展不锈钢项

22、目，解决我国热轧钢卷不足的问题。主要支持了南北两大项目：北方是太钢50万吨热轧板卷改扩建项目，今年年底将完成；南方新建宝钢集团一钢公司70万吨热轧不锈钢板卷项目，此项目将在2005年前完成。两个项目完成后，我国的热轧钢板、卷的能力将从现在的16%增长到60%-70%。 (2)国家鼓励合资发展不锈钢。九五期间建成了由宝钢与日本日新等合资的宁波宝新不锈钢厂、由江苏张家港与韩国浦项合资的张家港浦项不锈钢厂，2001年不锈钢冷轧产能提高最大的就是这两个合资企业,分别提高到10万吨和16万吨，另外还有上钢十厂与美国阿里根尼?路德卢姆合资的上海实达精密不锈钢厂，上海浦钢与德国克虏伯合资的SKS工厂也在去年

23、投产，产能7.2万吨，2001年不锈钢冷轧产能仅合资企业就增加到30多万吨。 (3)国家鼓励投资不锈钢，对进口不锈钢设备（如冶炼、冷轧机）的税收给予减免。九五期间，一些国企投资不锈钢的改造从中获益不少，如太钢因此降低了30%-40%的进口设备投资，迅速形成生产能力。 (4)坚持不懈打击走私。国家自1998年以来加大了打击走私的力度，特别是去年又深入到不锈钢走私最严重的广东汕头地区，使不锈钢从海关进口的数量明显增大。有效地抑制了走私对国内不锈钢市场的冲击，使国有企业能有一个良好的发展氛围。 (5)整顿规范市场，促进中小企业技术和工艺水平的提高。特别是2001年5月中央电视台对江苏兴化地区不锈钢伪

24、劣品牌的曝光，对不锈钢行业起到了积极的推动作用。 2.近年来国内不锈钢发展很快，国有、合资、民营企业三足鼎立 1999年以前我国不锈钢产量都在30万吨以下徘徊，1999年以后，在需求的拉动下，产量增速加快。1999年产量为40万吨左右，2000年增加到70万吨左右。2001年，在世界不锈钢产能降低的情况下，我国不锈钢行业是一枝独秀。不锈钢产量为82.4万吨，不锈钢材产量为106.6万吨，占当年钢材的比重为0.68%，占世界不锈钢产量比重首次超过了5%。 我国不锈钢生产分散，集中度一直很低。生产企业主要有三大类：国有企业、合资企业和民营企业。不锈钢粗钢生产以国有企业和民营企业为主；在不锈钢钢材生

25、产方面，国有、合资、民营企业三足鼎立。国有企业主要有：太钢、大连钢厂、大冶钢厂、长城、抚钢、重特、上钢三、五厂等特钢企业，除太钢外，其它企业产量都在5万吨以下。2001年太钢不锈钢产量达32万吨，同比增幅高达32.4%；不锈钢钢材产量也达到28万吨。合资企业中，张家港和宝新冷轧板的产量也都超过了设计能力，2001年产量分别为16.2万吨和9.8万吨。 民营不锈钢企业主要集中在我国沿海的浙江、江苏、上海、广东等地区，近年来这些地区不锈钢民营生产企业迅速发展，现有企业约1000家以上，年冶炼能力超过60万吨，加工能力达到75万吨/年。其生产的钢种基本覆盖了AISI300、400系列品种，生产的产品

26、有带、棒、线、丝、管、异型材等及其延伸加工制品，也基本覆盖了现有国有企业的品种、规格，甚至还有不锈钢微丝、丝网等。 表1.2我国不锈钢产量在国内钢材产量及国际产量中所占比重 单位：万吨国内钢材产量 国内不锈钢 产量 不锈钢占国内钢材比例% 国际不锈钢 产量 国内不锈钢占国际比例% 1995 8980 28.28 0.31 1480 1.91 1996 9338 22.79 0.24 1450 1.57 1997 9987 19.68 0.20 1620 1.21 1998 10738 19.78 0.18 1590 1.24 1999 12102 40.21 0.33 1700 2.37 20

27、00 13146 69.96 0.53 1850 3.78 2001 15745 106.6 0.68 1820 5.86 3.不锈钢板材占一半以上，主要由国有及合资企业生产 我国生产的不锈钢中，板材占一半以上。1995年我国仅生产不锈钢板材14万吨，2001增加到了55万吨，占不锈钢材产量的52%。国有企业和合资企业生产不锈钢主要是板材，而棒线材、型材、管材、窄带生产则主要以民营企业为主。从全国民营企业的生产情况来看，浙江温州及宁波周围地区，以生产不锈钢无缝管、冷轧窄带钢为主；江苏兴化及苏南一带，主要生产不锈钢线材、型材及制品；广东佛山、汕头、揭阳、江门一带主要生产冷轧带钢、焊管以及各种不锈

28、钢制品。2001年我国不锈钢带材产量约5万吨，棒材材产量6.4万吨，型材28.3万吨，管材10.3万吨。 从钢种的品种结构看，由于奥氏体不锈钢应用最为广泛，不锈钢材特别是板材方面仍以奥氏体钢为主，我国生产的奥氏体（Cr-Ni系）不锈钢约占64%。但近两年马氏体和铁素体（Cr系）不锈钢生产比例有所增加，由1999年的23%增加到2001年的36%。国内的棒材消费，主要是铁素体和马氏体，其中大部分马氏体钢用于刀具、餐具、厨具等制品。但应用于汽车和家电行业的铁素体不锈钢由于国内生产工艺技术和装备等方面的原因只能少量生产，大部分需要进口解决。 从整个世界不锈钢消费来看，奥氏体、马氏体、铁素体的比例大致

29、为：奥氏体占75%，马氏体和铁素体占25%。印度奥氏体钢占92%，我国占85%左右。目前，日本和美国的铁素体钢比例已经占到30%以上，所以从战略发展看，我国应提高铁素体和马氏体钢的比例，开发扩大铁素体不锈钢的使用。法国和日本都是不锈钢生产大国，其中法国铁素体钢生产比例是65%，日本川崎一个厂生产铁素体不锈钢比例已经达到82%。因此，从世界发展趋势分析，铁素体不锈钢应有较大发展前景。 4.国内不锈钢生产存在的问题 目前，我国不锈钢生产中存在着4个问题亟待解决。 （1）粗钢及热轧板卷总量满足不了需求不锈钢冶炼能力和热轧板卷能力不足，不具备规模冶炼、精炼、连铸和热轧的生产能力，导致供冷轧的坯料严重短

30、缺，每年进口大量热轧板用于冷轧加工。国际市场热轧板和冷轧板差价很小，从而严重影响了冷轧产品的经济效益。 （2）生产钢种和品种规格满足不了需求。目前，生产钢种主要以奥氏体不锈钢为主，而国外发展前景好、用途广、生产成本低的铁素体不锈钢生产量很少。品种规格方面，进口冷轧板主要是1mm以下产品，说明这类规格产品的国内生产能力严重不足；产品表面方面，大量生产的是2B、2D板，其它表面板如花纹板、No3.和No.4板生产能力不足。 （3）冶炼生产工艺落后、装备水平低。冶炼电炉容小，主要采用二步法，精炼设施单一，有的老企业甚至还采用一步法冶炼不锈钢；冶炼周期长，不能实现多炉连烧，连铸比低；导致能耗高，成材率

31、低，生产成本高，直接影响产品的竞争力。 （4）多数民营企业生产工艺更为落后 占国内粗钢生产量40%的民营企业，其中多数企业采用废钢经中频炉化钢，没有精炼设备，化学成份和杂质含量不能控制或难以控制，浇注成几百公斤的锭，经落后的横列式轧机成材。这种生产工艺能耗高，环境污染和废钢资源浪费严重，产品质量低劣。由于生产成本低，便利用价格优势挤占市场，从而扰乱了国内正常不锈钢市场秩序。世界不锈钢工业生产能力和产量主要集中在西欧、日本、美国等西方发达国家。这些国家经济发达，具备较强的技术实力和综合能力，长期以来垄断世界不锈钢市场。而需求主要集中在亚洲以及欧美地区。近年来，亚洲不锈钢生产保持高速增长，主要来自

32、于中国和印度的不锈钢人均消费量提升。而欧洲联盟、日本和除中国大陆之外的远东地区不锈钢材资源呈严重供大于求局面，这些地区或国家不锈钢材货源过剩，主要依靠中国大陆市场吸收消化。未来，中国和印度将是世界两个不锈钢产能大幅度增长的国家。由于中国正在大幅度扩建不锈钢产能，因此中国净进口不锈钢数量将会不断减少，从而导致许多不锈钢出口国不锈钢生产能力的利用率较低。国际上主要的不锈钢生产国家，如美国、日本和韩国等国家，国内的不锈钢产能已经完全可以满足自身需求，特别是日本和韩国，不锈钢行业对于出口的依赖程度非常高。不同国家不锈钢的消费领域有很大差异，例如西方发达国家就与印度有较大不同。在西方发达国家，白色家电和

33、器皿行业所用不锈钢占不锈钢总消费量的比例最高，达到37%，其次是加工工业为19%，运输业为15%，焊接钢管业为12%，建筑业为11%，其它行业为6%。而印度，有高达75%的不锈钢用于白色家电和器皿，其次加工工业为12%，剩余行业的不锈钢消费量均不到10%。铬-镍系不锈钢目前占世界不锈钢产量的三分之二。由于铬-锰系不锈钢与铬-镍系不锈钢一样也有同样的组织结构，在许多物理和力学性能方面类似，因此，在最近几年镍价居高不下的情况下，铬-锰系不锈钢的产量也稳定增加。在过去的5年，铬-锰系不锈钢的产量占不锈钢总产量的比例几乎翻秋。而世界镍的供应量却没有与不锈钢产量同步增长。近50年来，世界钢铁工业经历了两

34、大快速增长周期，第一周期在战后5070年间，由于前苏联、日本、德国的快速发展，世界钢铁工业需求快速增长；第二景气周期是90年代末以来，以中国为代表的发展中国家的工业化和城市化进程拉动了国际钢铁工业的复苏与繁荣。由于这轮钢铁景气周期的拉动力量所涉及的地区和人口总量更大、这些地区的经济未来将持续高速增长，因此世界钢铁工业将进入1020年的黄金增长期。作为钢铁行业最为重要的部分，不锈钢行业无疑也将进入一个更好的景气周期。从人均不锈钢消费量来看，发展中国家人均消费量极低。随着亚洲、非洲和南美等发展中国家进入工业化和城市化进程，未来相当长一段时期，世界钢材消费都将高速增长。国际钢铁工业的景气周期为中国钢

35、铁工业的发展创造了良好的外部环境。A亚洲不锈钢消费量有大幅增长。B在全球不锈钢产能总体过剩的情况下，未来新建产能将主要出现在中国和印度。C基于氩氧脱碳技术和真空氧脱碳技术的出现和完善，未来新超级不锈钢将会得到继续发展：具有极低碳、氮含量的超级马氏体不锈钢和超级铁素体不锈钢将会出现；有较高氮含量、可以更经济的生产的、具有超级性能的新奥氏体不锈钢、新双相不锈钢、新超级奥氏体不锈钢和新超级双相不锈钢也将问世。D由于镍金属资源供应紧俏，其价格波动很大，这一因素促使未来不锈钢向低镍不锈钢品种方向发展。价格昂贵的一些不锈钢品种将会被适当的、价格便宜的品种所替代：双相不锈钢将会被几乎无合金的超级马氏体不锈钢

36、所替代；铬-镍奥氏体不锈钢和铬-镍-钼奥氏体不锈钢将审美观点铁素体不锈钢、铬-锰奥氏体不锈钢和节镍双相不锈钢所替代；超级奥氏体不锈钢将会被合金含量较低的超级双相不锈钢替代。2不锈钢冶炼技术概述2.1VOD 冶炼不锈钢 VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)真空吹氧脱碳法是现今世界范围内第二位的不锈钢冶炼手段，可以冶炼超低碳、高难度、高纯度的不锈钢产品。此法是原西德维腾特殊钢厂(Edel-stahlwerk Witten)于1965 年所发明的，容量为50t。现全世界共有近百台，其容量为5150t。我国第一台VOD 容量为13t，于1982 年在大连钢厂投产。VOD

37、 主要装备有:钢包、真空罐、氧枪、加料系统、测温取样系统、真空系统和控制系统。 该工艺是生产不锈钢最合适的真空方法之一，被认为是生产低碳、低氮不锈钢的最有效的方法。2.1.1 VOD 的工作原理 VOD 法通过抽真空降低CO 分压进行脱碳保铬。它的主要优点为: （1）降碳保铬效果好。通过控制真空度，可在铬几乎不被氧化的情况下脱碳。脱碳后用于还原渣中氧化铬的还原剂用量少；（2）由于是在钢包中精炼，精炼后不吸收氮、碳，更适合冶炼超低碳、超低氮不锈钢；（3）脱氧效果好。2.1.2 VOD 冶炼不锈钢的工艺路线 VOD 法冶炼不锈钢生产工艺路线有电炉流程和转炉流程两种，具体步骤为：一是在电炉（或转炉）

38、中熔化和初炼(初脱碳、脱硅、脱硫)，使钢水含碳量和温度达到VOD 精炼的要求；二是将初脱碳后的钢液用VOD 法继续脱碳和还原精炼，生产出合格的不锈钢钢水。 VOD 法冶炼不锈钢关键环节有：初炼钢水的化学成分(C、Si)；合适的吹氧真空度、氧流量、氧枪高度和吹氩流量；准确掌握吹氧终点。一、电炉（EAF）VOD 炉料组成：炉料由本钢种或类似本钢种的废钢、碳素铬铁、氧化镍、氧化钼、高硅废钢、硅铁和低磷废钢等组成。 电炉操作：采用吹氧法操作。为减少铬氧化损失，停止吹氧前碳不小于0.30。出钢温度一般铬镍不锈钢不低于1630，超低碳不锈钢不低于1650。出钢后必须扒净初炼渣。 VOD 冶炼操作: VOD

39、 过程主要包含三个阶段:吹氧脱碳；真空脱碳；调整阶段。VOD 过程中真空状态下，在Pco 的分压抽至100mbar 时，碳的氧化优先于铬的氧化，因此能在高铬的水平下脱碳。在生产实践中，最主要的难点是如何控制氧的喷吹量，达到降碳却不氧化铬。通过二级系统和先进的多功能气体分析仪(MTA)来检测和控制吹氧量。二、转炉VOD 以转炉为初炼炉给VOD 提供粗炼钢水是不锈钢生产的又一途径。转炉，特别是顶底复合吹炼转炉，去碳速度快，可以两次造渣，因此可以提供温度高、含碳量低的初炼钢液，从而减轻VOD 去碳负担，缩短精炼时间，实现以最低的成本冶炼不锈钢。2.1.3 VOD 冶炼不锈钢的优缺点 与顶底复合吹炼转

40、炉和AOD 相比，VOD 设备复杂，冶炼费用高，脱碳速度慢，初炼炉需要进行粗脱碳，生产效率低优点是在真空条件下冶炼，钢的纯净度高，碳氮含量低，一般C+N0.02，而AOD 法则在0.03以上，因此VOD 法更适宜冶炼C、N、O 含量极低的超纯不锈钢。 VOD 法吹炼不锈钢铬的回收率一般为98.5 99.5。2.2 AOD 冶炼不锈钢 AOD(Argon Oxygen Decarburization)氩氧精炼法由美国的联合碳化物公司与Josly 公司合作于1968年发明的。AOD 炉二次精炼工艺的诞生为大量生产高质量的不锈钢开辟了道路。据美国普莱可斯公司统计，2006 年全球68.7%的不锈钢，

41、是用普莱可斯许可的AOD 生产的。2.2.1 AOD 的工作原理 AOD 精炼工艺是把电炉粗炼好的钢水倒入AOD 内，用一定比例的氧和氩的混合气体从炉体下部侧部吹入炉内，在O2Ar 气泡表面进行脱碳反应。由于Ar对所生成的CO的稀释作用降低了气泡内的CO分压，因此促成了脱碳，防止了铬的氧化。2.2.2 AOD 法的基本工艺 AOD法一般为电炉AOD炉双联工艺。电炉炉料以废不锈钢、车屑和高碳铬铁合金为主。炉料成分除了碳、硅、硫外，应接近钢号标准成分。电炉钢水还原和成分调整后，达到1500左右出钢。对电炉渣的处理，有少数钢厂是随钢水倒入钢水包，以提高铬的回收率（可达到99.5），并减少电炉冶炼时间

42、。但是这种方法需要AOD 炉增加还原时间和排除炉渣，因此增加冶炼时间。电炉钢水倒入AOD 炉后首先吹入氩氧混合气体进行脱碳。脱碳后期为了控制出钢温度并有利于炉衬寿命，需添加清洁的本钢种废钢冷却钢水。脱碳终了后根据冶炼钢种不同可以进行扒渣处理。随后加入硅铁、硅铬、铝等还原剂和石灰造渣材料调整成分，温度合适即可出钢。 另外，AOD 法的一项十分重要的技术进展就是移植了顶吹氧的转炉经验，提高了脱碳初期的升温速度和钢水温度。 按照传统的AOD 操作，脱碳终了加入硅铁进行Cr2O3 的还原操作，然后扒去85% 以上的渣子再加入CaO、CaF2 及粉状FeSi 粉或CaSi 进行脱硫的精炼操作，这样对成本

43、、精炼时间、操作条件都十分不利。新日铁光制所采用Al 代替FeSi 进行脱硫，取得满意的效果，S0.001%，还原精炼时间可以大大缩短。2.2.3 AOD 冶炼不锈钢的优缺点 （1）因为是吹入气体进行精炼，所以设备投资比VOD 法少2 倍以上； （2）工艺容易掌握，易冶炼超低碳不锈钢； （3）与电炉相比，钢的质量高。 （4）由于氩气的强搅拌作用，硫含量很低，可生产S0.001超低硫不锈钢。 （5）由于电炉粗钢水碳含量可以在2以上，可以大量使用高碳铬铁，铬的总回收率可以在98以上。 （6）与VOD 相比，生产成本较低。AOD 几乎可以生产所有牌号的不锈钢，但是因脱氢比较困难，大锻件的钢锭不宜生产

44、，对(C+N)0.020%的超纯铁素体钢也不能生产。3冶炼不锈钢的设备3.1初炼炉 初炼炉只起熔化初炼作用，负责向精炼炉提供初炼钢水,或称之为不锈钢母液。视原料条件和规模不同可以选择感应炉 、电弧炉或转炉。 以返回废钢作为主原料时，感应炉和电弧炉均可作为初炼炉 ，而感应炉一般用于小规模生产。 以普通废钢作为主原料时，选择电弧炉作为初炼炉，熔化废钢和合金。以高炉铁水作为主原料时，选择AOD、VOD等转炉作为初炼炉,用于脱磷和初脱碳以及熔化少量废钢和合金。若原料中废钢量和合金比例较大时，仍然要选择电弧炉熔化合金和废钢,但此时电弧炉根据需要，还可以提供混匀不锈钢母液成分和温度的功能.若原料中合金大量

45、来源于矿石时，如铬矿、锰矿和镍矿，可采用转炉作为初炼炉还原矿石中合金元素。如日本川崎就采用了铬矿石还原获得金属铬。一般认为， 转炉作为初炼炉是不经济的。 因为它需要高炉铁水提供母液和热量来源，必然延长工艺路线，一次性投资增加。只有在电力匮乏的情况下，或者采用电弧炉作为初炼炉电力成本难以接受时，可以考虑选用转炉作为初炼炉。3.2 精炼炉 精炼炉的功能主要是降碳保铬，同时伴随脱硫的过程。生产不锈钢最为常用的精炼炉是转炉,主要有AOD、K BOP、K OBM S、MRP、CLU 、KCBS 等 。 AOD全称 ArgonOxygen Decarburization Converter。通常称为氩氧炉。 AOD是最常用的精炼炉，不锈钢精炼炉中约有70为AOD，大量使用在二步法和三步法冶炼工艺中。 传统的AOD是在转炉下部安装侧吹风嘴，喷吹氧气和氩气，进行脱碳和精炼。 目前在AOD转炉的基础上增加顶枪 ，喷吹氧气和混合气体 ，称之为 AODL 精炼炉 ，可以加