开发生产新技术 提高企业竞争力
不锈钢生产的发展和展望
2003-09-27 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
1、前言
近几年来，全球不锈钢产量每年都要增加5%—6%，直至现在一年大约生产300万t长材(20%)和1300万t的扁平材(80%)。从表面上看起来，不锈钢行业市场前景良好，但是如果去除通
货膨胀的影响，不锈钢材的价格实际上是下降的。比如，冷轧不锈钢带卷在过去的35年中，价格降低了70%。而且虽然原材料的价格总是有大的波动，但是在较长的一段时间会趋近到一平均值。这也说明了在长时间里，不锈钢产品的利润只能通过减少生产费用来获得。有关数据表明，在过去的20年中，不锈钢的生产费用每年大约降低2.5%。
不锈钢市场价格的有限增加导致了在世界范围内不锈钢生产厂商的减少以及各地区各生产厂家平均产量的提高。如今世界上12家最大的不锈钢生产厂商的产量总共占世界总产量的80%。因此，就像在化工、汽车和矿业领域一样，这些不锈钢生产产商的地位将更加巩固。如果年产量从50万t增加到150万t，生产成本将可能减少一半，从1000美元减少到500美元。但是，产量的急剧增长(或是投资)，销售机会的增加，联合的技术开发，员工培训，较低的运转成本等，都不能完全避免在商业圈中最终损失的风险。
由于地区的差异，原材料的供给以及前道工序的不同，各个厂商采用或者开发不同的生产工艺和方法来避免额外的成本和消耗。但是其中最重要的是，在很大程度上，镍和铬的价格左右着不锈钢的生产成本。对于不锈钢板坯的生产，镍的成本占其总成本的62%，铬占16%；而对于冷轧不锈带钢，镍为50%，铬13%。对长材也是如此。因此，不锈钢生产必须重点关注原材料成本的降低。
2、不锈钢生产方法
下面将介绍一下不锈钢的传统和改进型的生产方法，其中重点介绍了一种使用低价富含镍铬的原材料的新型生产方法。因为在合适的条件下，采用这种新型的生产技术，可以大幅降低成本。
2.1传统生产方法
大部分生产厂家所采用的不锈钢生产方法，主要是根据可用的合金化废钢来决定的。合金钢和碳钢的废钢中都包含少量的碳，因此在AOD-L精炼炉，K-OBM-S或CLU等提纯转化的预熔化过程中，会产生相对低的碳含量(1.5%-2.0%)。采用这种生产方法的有芬兰阿维斯塔波拉里特集团、韩国浦项制铁和比利时阿尔兹公司等。
在阿维斯塔波拉里特的新厂就采用的这种生产方法。而南非的哥伦比亚公司和浦项制铁较高的生产量同样也证明了这种方法具有较强的生产能力。同时，取代了钢包热处理站的钢包加热炉也有许多优点，而且阿维斯塔波拉里特将要安装一个废钢运送装置，以快速将废钢原料运至AOD精炼炉。韩国浦项制铁2号厂装备有双联和三联轧制生产线。而阿尔兹也有同样的两条生产线，再加上新安装的一些设备，如120t的电炉，AOD-L型精炼炉和钢水热处理站，阿尔兹的不锈钢年产量大约有120万t。考虑到环境保护的重要性，阿尔兹在电炉生产中采取一定措施以除去二氧化物，并且在AOD精炼炉安装了附加除尘设备。其新安装有薄板连铸机的不锈钢生产车间在2002年10月开始投入生产。
但是值得注意的是，是一些不锈钢产品在总产品中所占的比例较小的钢铁厂商来引进精炼炉和一些其他设备的，比如奥地利的Edelstahlwerke Bohler Kapfenberg，其大约只有总产量的15%为不锈钢产品。Bohler50t的精炼炉避免了使用VOD/VD和L/F进行二次冶炼时所出现的瓶颈问题；而且，进行这样重大的一项投资也是因为用料少的电炉具有更低的使用成本。而且电炉在很大程度上避免了热脱碳，缩短了生产时间，减少了难熔金属和电炉的磨损，同时电极和电能价格低廉，且对原料的碳含量不做特殊要求。这样就降低了成本，而且使得钢包耐火材料的花费也随之降低。比如，锰含量为12%-15%的锰钢或高锰低碳的奥氏体钢(＜0.5%＝的生产。而且，精炼炉也能用于工具钢、耐热钢和高速切削钢等钢种的生产。
2.2简化和改进的生产流程
但是，新开发的生产方法更有利于节省电炉脱碳的费用，而造价较高的精炼炉在将来的一些项目中有可能消失。
这些新的改进主要包括以下几个方面：
·最新设计的电炉，其特点是较短的出钢至出钢时间
·在精炼中使用1到3个多用途喷嘴
·通过搅拌元素或者细小耐用的浸入式K-OBM-S喷嘴(吹人氧气或惰性气体)进行搅拌，并结合氢气保护这些新的改进明显的提高了电炉使用低价炉料的能力，而且仅仅改进一个电炉和一个VOD/VD厂，就可以使需要经VOD处理的钢水中碳的初始含量降低到0.3%，而且VOD处理时间可以根据低碳在电炉中的循环次数来进行调节，这样就可以显著提高工厂的生产能力，降低电炉炉料的成本。而多用途喷嘴进行的第一次实际生产试验证明这些改进确实可以将钢水精炼到低碳水平。
在这种情况下，使用电炉进行精炼有许多优点。比如精炼过程可以在电炉的许多部位发生，这样电炉就可以不需要被制造成较窄或较高的形状了。这种同时进行的精炼和搅拌也使电炉可以直接使用铁水。如果未合金化钢水在合金化之前进行精炼，那么在电炉中就可以进行除磷工序。含磷炉渣必须在精炼前移出炉体，这道工艺可以通过双炉法或清空熔液、排出炉渣和重新喂料等一系列工序来实现。
2.3新型生产流程
日本川崎制铁，巴西的伊塔比拉公司和我国的太钢都采用一种新型的不锈钢生产流程。这种流程主要是直接使用铁水作为原料，其原因是不锈废钢供应量的缺乏和昂贵的电能消耗，尤其是使用含铬的原料，如铬矿石或HCFeCr熔液。
伊塔比拉的这一生产线在14个月完工并开始生产。该生产工艺主要是首先在二个35t的电炉进行预合金化，然后再和脱磷铁水一起放人80tAOD-L精炼炉中精炼。该厂也可以进行双联或三联炼钢法。
川崎制铁多年前在使用了KMS-S技术后，停止使用了干叶厂的l号电炉。双精炼炉法主要包括在KMS-S精炼炉中将铁水与还原铬矿石合金化，添加碳并使用二次燃烧法直至铬在铁水的含量达到10%—13%。在第二个热补偿式K-OBM-S精炼炉中，铁水进行脱磷，使磷的含量从5.5%降到0.17%，而且在大多数情况下，也没有造成氩的消耗。钢水通过出钢口进入钢包中，并通过气动挡渣器(喷氮气)将炉渣和钢水分开。K-OBM-S精炼炉可以不经过炉渣的最后还原就可以继续工作。而后含二氧化铬的炉渣将被送到K-OBM-S精炼炉中还原，同时添加石灰石造渣，并调节氮的含量，直到下一个将要开始的VOD真空吹氧脱碳工艺。
2002年底，太钢集团就采用了这一基本工艺是将铁水作为原料的新生产方法来生产不锈钢。宝钢和JISCO将在两年内实现不锈钢生产全部采用铁水作为原料。
3、不锈钢生产技术发展
下面将介绍不锈钢生产行业一些新的发展，它们正在或者将要指引整个产业走上节约资金、经济灵活的不锈钢生产之路。
3.1多用途喷嘴精炼钢水
这项技术最主要的技术特点就是吹入的氧气和惰性气体的喷入深度大，并且钢水不飞溅。其喷入浓度要比传统的拉伐尔喷嘴深。多用途喷嘴作用的增强和不锈钢产量的提高是与提高搅拌强度一起来实现的。
3.2转炉技术的发展
炉渣的分析和排出
如果在精炼炉安装一个出钢口（通常是在三联炼钢工艺中使用的），那么就可以精密控制炉渣在出钢后期的流动情况。这是通过一个红外摄像仪和特定的软件（红外识别系统IRIS）来控制。其气动挡渣器可以在一秒内停止出钢过程。
实时控制温度和化学成分
钢水的温度和化学成分可以通过VAI-CON温控仪和VAI-CON化学成分控制仪来检测。在检测过程中，浸在炉底的喷嘴吹入惰性气体而不是氧气和惰性气体的混合物，然后钢水的电磁波通过喷嘴传递到温度检测系统。这种温测的方法已经在一些精炼炉中得到了使用，并将再安装到一些电炉中去。
使用低价原料、能源和新型生产工艺
采用低价高效的铬镍矿作为原料，比如回收的含铬镍的废钢或炉渣，需要以下条件：
碳作为还原剂
将碳和废钢和炉渣等混合均匀
热量的输入（allothermic process）
4、结论
对于节约成本的不锈钢生产方法的探讨还要继续进行。原材料的价格从长远角度来看，去除通货膨胀的影响，每年下降了2.5%，尽管同期钢材的消费量却每年增长5%-6%。
当铁水可获得，采用氧气或热风顶吹的技术是经济可行的。但是，这一工艺还需在工业生产中得到验证。
近几年来，全球不锈钢产量每年都要增加5%—6%，直至现在一年大约生产300万t长材(20%)和1300万t的扁平材(80%)。从表面上看起来，不锈钢行业市场前景良好，但是如果去除通
货膨胀的影响，不锈钢材的价格实际上是下降的。比如，冷轧不锈钢带卷在过去的35年中，价格降低了70%。而且虽然原材料的价格总是有大的波动，但是在较长的一段时间会趋近到一平均值。这也说明了在长时间里，不锈钢产品的利润只能通过减少生产费用来获得。有关数据表明，在过去的20年中，不锈钢的生产费用每年大约降低2.5%。
不锈钢市场价格的有限增加导致了在世界范围内不锈钢生产厂商的减少以及各地区各生产厂家平均产量的提高。如今世界上12家最大的不锈钢生产厂商的产量总共占世界总产量的80%。因此，就像在化工、汽车和矿业领域一样，这些不锈钢生产产商的地位将更加巩固。如果年产量从50万t增加到150万t，生产成本将可能减少一半，从1000美元减少到500美元。但是，产量的急剧增长(或是投资)，销售机会的增加，联合的技术开发，员工培训，较低的运转成本等，都不能完全避免在商业圈中最终损失的风险。
由于地区的差异，原材料的供给以及前道工序的不同，各个厂商采用或者开发不同的生产工艺和方法来避免额外的成本和消耗。但是其中最重要的是，在很大程度上，镍和铬的价格左右着不锈钢的生产成本。对于不锈钢板坯的生产，镍的成本占其总成本的62%，铬占16%；而对于冷轧不锈带钢，镍为50%，铬13%。对长材也是如此。因此，不锈钢生产必须重点关注原材料成本的降低。
2、不锈钢生产方法
下面将介绍一下不锈钢的传统和改进型的生产方法，其中重点介绍了一种使用低价富含镍铬的原材料的新型生产方法。因为在合适的条件下，采用这种新型的生产技术，可以大幅降低成本。
2.1传统生产方法
大部分生产厂家所采用的不锈钢生产方法，主要是根据可用的合金化废钢来决定的。合金钢和碳钢的废钢中都包含少量的碳，因此在AOD-L精炼炉，K-OBM-S或CLU等提纯转化的预熔化过程中，会产生相对低的碳含量(1.5%-2.0%)。采用这种生产方法的有芬兰阿维斯塔波拉里特集团、韩国浦项制铁和比利时阿尔兹公司等。
在阿维斯塔波拉里特的新厂就采用的这种生产方法。而南非的哥伦比亚公司和浦项制铁较高的生产量同样也证明了这种方法具有较强的生产能力。同时，取代了钢包热处理站的钢包加热炉也有许多优点，而且阿维斯塔波拉里特将要安装一个废钢运送装置，以快速将废钢原料运至AOD精炼炉。韩国浦项制铁2号厂装备有双联和三联轧制生产线。而阿尔兹也有同样的两条生产线，再加上新安装的一些设备，如120t的电炉，AOD-L型精炼炉和钢水热处理站，阿尔兹的不锈钢年产量大约有120万t。考虑到环境保护的重要性，阿尔兹在电炉生产中采取一定措施以除去二氧化物，并且在AOD精炼炉安装了附加除尘设备。其新安装有薄板连铸机的不锈钢生产车间在2002年10月开始投入生产。
但是值得注意的是，是一些不锈钢产品在总产品中所占的比例较小的钢铁厂商来引进精炼炉和一些其他设备的，比如奥地利的Edelstahlwerke Bohler Kapfenberg，其大约只有总产量的15%为不锈钢产品。Bohler50t的精炼炉避免了使用VOD/VD和L/F进行二次冶炼时所出现的瓶颈问题；而且，进行这样重大的一项投资也是因为用料少的电炉具有更低的使用成本。而且电炉在很大程度上避免了热脱碳，缩短了生产时间，减少了难熔金属和电炉的磨损，同时电极和电能价格低廉，且对原料的碳含量不做特殊要求。这样就降低了成本，而且使得钢包耐火材料的花费也随之降低。比如，锰含量为12%-15%的锰钢或高锰低碳的奥氏体钢(＜0.5%＝的生产。而且，精炼炉也能用于工具钢、耐热钢和高速切削钢等钢种的生产。
2.2简化和改进的生产流程
但是，新开发的生产方法更有利于节省电炉脱碳的费用，而造价较高的精炼炉在将来的一些项目中有可能消失。
这些新的改进主要包括以下几个方面：
·最新设计的电炉，其特点是较短的出钢至出钢时间
·在精炼中使用1到3个多用途喷嘴
·通过搅拌元素或者细小耐用的浸入式K-OBM-S喷嘴(吹人氧气或惰性气体)进行搅拌，并结合氢气保护这些新的改进明显的提高了电炉使用低价炉料的能力，而且仅仅改进一个电炉和一个VOD/VD厂，就可以使需要经VOD处理的钢水中碳的初始含量降低到0.3%，而且VOD处理时间可以根据低碳在电炉中的循环次数来进行调节，这样就可以显著提高工厂的生产能力，降低电炉炉料的成本。而多用途喷嘴进行的第一次实际生产试验证明这些改进确实可以将钢水精炼到低碳水平。
在这种情况下，使用电炉进行精炼有许多优点。比如精炼过程可以在电炉的许多部位发生，这样电炉就可以不需要被制造成较窄或较高的形状了。这种同时进行的精炼和搅拌也使电炉可以直接使用铁水。如果未合金化钢水在合金化之前进行精炼，那么在电炉中就可以进行除磷工序。含磷炉渣必须在精炼前移出炉体，这道工艺可以通过双炉法或清空熔液、排出炉渣和重新喂料等一系列工序来实现。
2.3新型生产流程
日本川崎制铁，巴西的伊塔比拉公司和我国的太钢都采用一种新型的不锈钢生产流程。这种流程主要是直接使用铁水作为原料，其原因是不锈废钢供应量的缺乏和昂贵的电能消耗，尤其是使用含铬的原料，如铬矿石或HCFeCr熔液。
伊塔比拉的这一生产线在14个月完工并开始生产。该生产工艺主要是首先在二个35t的电炉进行预合金化，然后再和脱磷铁水一起放人80tAOD-L精炼炉中精炼。该厂也可以进行双联或三联炼钢法。
川崎制铁多年前在使用了KMS-S技术后，停止使用了干叶厂的l号电炉。双精炼炉法主要包括在KMS-S精炼炉中将铁水与还原铬矿石合金化，添加碳并使用二次燃烧法直至铬在铁水的含量达到10%—13%。在第二个热补偿式K-OBM-S精炼炉中，铁水进行脱磷，使磷的含量从5.5%降到0.17%，而且在大多数情况下，也没有造成氩的消耗。钢水通过出钢口进入钢包中，并通过气动挡渣器(喷氮气)将炉渣和钢水分开。K-OBM-S精炼炉可以不经过炉渣的最后还原就可以继续工作。而后含二氧化铬的炉渣将被送到K-OBM-S精炼炉中还原，同时添加石灰石造渣，并调节氮的含量，直到下一个将要开始的VOD真空吹氧脱碳工艺。
2002年底，太钢集团就采用了这一基本工艺是将铁水作为原料的新生产方法来生产不锈钢。宝钢和JISCO将在两年内实现不锈钢生产全部采用铁水作为原料。
3、不锈钢生产技术发展
下面将介绍不锈钢生产行业一些新的发展，它们正在或者将要指引整个产业走上节约资金、经济灵活的不锈钢生产之路。
3.1多用途喷嘴精炼钢水
这项技术最主要的技术特点就是吹入的氧气和惰性气体的喷入深度大，并且钢水不飞溅。其喷入浓度要比传统的拉伐尔喷嘴深。多用途喷嘴作用的增强和不锈钢产量的提高是与提高搅拌强度一起来实现的。
3.2转炉技术的发展
炉渣的分析和排出
如果在精炼炉安装一个出钢口（通常是在三联炼钢工艺中使用的），那么就可以精密控制炉渣在出钢后期的流动情况。这是通过一个红外摄像仪和特定的软件（红外识别系统IRIS）来控制。其气动挡渣器可以在一秒内停止出钢过程。
实时控制温度和化学成分
钢水的温度和化学成分可以通过VAI-CON温控仪和VAI-CON化学成分控制仪来检测。在检测过程中，浸在炉底的喷嘴吹入惰性气体而不是氧气和惰性气体的混合物，然后钢水的电磁波通过喷嘴传递到温度检测系统。这种温测的方法已经在一些精炼炉中得到了使用，并将再安装到一些电炉中去。
使用低价原料、能源和新型生产工艺
采用低价高效的铬镍矿作为原料，比如回收的含铬镍的废钢或炉渣，需要以下条件：
碳作为还原剂
将碳和废钢和炉渣等混合均匀
热量的输入（allothermic process）
4、结论
对于节约成本的不锈钢生产方法的探讨还要继续进行。原材料的价格从长远角度来看，去除通货膨胀的影响，每年下降了2.5%，尽管同期钢材的消费量却每年增长5%-6%。
当铁水可获得，采用氧气或热风顶吹的技术是经济可行的。但是，这一工艺还需在工业生产中得到验证。
