宝钢不锈钢分公司海外培训教材

宝钢不锈钢分公司海外培训教材

（不锈钢基础知识篇）

2006年12月15日

第一章不锈钢基础知识

不锈钢是建筑、家电、石油、化工、化肥、合成纤维和石油提炼等工业部

门中广泛使用的金属材料。通常所讲的不锈钢是不锈钢与耐酸钢的总称。不锈

钢不一定耐酸，但耐酸钢同时又是不锈钢。当钢中辂含量在10.5%以上时，钢

的表面在大气中会形成一层致密的氧化铝，使钢具有了防锈性，能防止钢的基

体进一步氧化，起到了对钢基体的爱护作用。辂含量大于10.5%以上的钢称为

不锈钢。

在同一介质中，不同种类的不锈钢腐蚀速度大不相同，而同一种不锈钢在

不同的介质中腐蚀行为也大不一样。因此把握各类不锈钢的特点，关于正确选

择和使用不锈钢是专门重要的。

不锈钢不仅要耐蚀，还要具有较好的力学性能、良好的切削加工性能和焊

接性能。

到目前为止，不锈钢已进展到了近200个钢种，性能不同，生产工艺各异。

不锈钢良好的耐蚀性，较低的爱护成本，优良的外观，使其在化工、食品、石

油、建筑、电器工程、装饰、核工业等领域广泛得到应用。

目前全世界年产不锈钢在2400万t左右。每年不锈钢的需求量还以6%的

比率增长，而中国需求量在以每年8%以上的速度增长，高于世界平均增长率。

1.1金属腐蚀机理

1.1.1腐蚀过程

在外界介质的作用下使金属逐步受到破坏的现象称为腐蚀。腐蚀差不多上

有两种形式：化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀在腐蚀过程中形成某种腐蚀产

物。这种腐蚀产物一样都覆盖在金属表面上形成一层膜，使金属与介质隔离开

来。如果这层化学生成物是稳固、致密、完整并同金属表层牢固结合的，则将

大大减轻甚至能够防止腐蚀的进一步进展，对金属起爱护作用。形成爱护膜的

过程称为钝化。

可见，氧化膜的产生及氧化膜的结构和性质是化学腐蚀的重要特点。因此,

提升金属耐化学腐蚀的能力，要紧是通过合金化或其它方法，在金属表面形成

一层稳固的、完整致密的并与基体结合牢固的氧化膜。

1.1.2腐蚀类型

金属材料在工业生产中的腐蚀失效形式是多种多样的。不同材料在不同负

荷及不同介质环境的作用下，其腐蚀形式要紧有以下几类：

一样腐蚀：金属裸露表面发生大面积的较为平均的腐蚀，虽降低构件受力

有效面积及其使用寿命，但比局部腐蚀的危害性小。

晶间腐蚀：指沿晶界进行的腐蚀，使晶粒的连接遭到破坏。这种腐蚀的危

害性最大，它能够使合金变脆或丧失强度，敲击时失去金属声响，易造成突然

事故。晶间腐蚀为奥氏体不锈钢的要紧腐蚀形式。

应力腐蚀：金属在腐蚀介质及拉应力（外加应力或内应力）的共同作用下

产生破裂现象。断裂方式要紧是沿晶的、也有穿晶的，这是一种危险的低应力

脆性断裂，在氯化和碱性氧化物或其它水溶性介质中常发生应力腐蚀，在许多

设备的事故中占相当大的比例。

点腐蚀：点腐蚀是发生在金属表面局部区域的一种腐蚀破坏形式，点腐蚀

形成后能迅速地向深处进展，最后穿透金属。点腐蚀危害性专门大，专门是对

各种容器是极为不利的。显现点腐蚀后应及时磨光或涂漆，以幸免腐蚀加深。

腐蚀疲劳：金属在腐蚀介质及交变应力作用下发生的破坏，其特点是产生

腐蚀坑和大量裂纹。明显降低钢的疲劳强度，导致过早断裂。腐蚀疲劳不同于

机械疲劳，它没有一定的疲劳极限，随着循环次数的增加，疲劳强度一直是下

降的。

除了上述各种腐蚀形式以外，还有由于宏观电池作用而产生的腐蚀。

从上述腐蚀机理可见，防止腐蚀的着眼点应放在：尽可能减少原电池数量,

使钢的表面形成一层稳固的、完整的、与钢的基体结合牢固的钝化膜；在形成

原电池的情形下，尽可能减少两极间的电极电位差。

1.1.3不锈钢的合金化原理

提升钢耐蚀性的方法专门多，如表面镀一层耐蚀金属、涂敷非金属层、电

化学爱护和改变腐蚀环境介质等。然而利用合金化方法，提升材料本身的耐

蚀性是最有效防止腐蚀破坏的措施之一，其方法如下；

(1)加入合金元素，提升钢基体的电极电位，从而提升钢的抗电化学腐

蚀能力。一样往钢中加入Cr、Ni、Si等元素均能提升其电极电位。由于Ni资

源较缺，Si的大量加入会使钢变脆，因此，只有Cr才是明显提升钢基体电极

电位常用的元素。

(2)加入合金元素使钢的表面形成一层稳固的、完整的与钢的基体结合牢

固的钝化膜。从而提升钢的耐化学腐蚀能力。如在钢中加入Cr、Si、Al等合

金元素，使钢的表层形成致密的Cr2O3、SiO2、A12O3等氧化膜，就可提升

钢的耐蚀性。

(3)加入合金元素使钢在常温时能以单相状态存在，减少微电池数目从

而提升钢的耐蚀性。如加入足够数量的Cr或Cr—Ni,使钢在室温下获得单相

铁素体或单相奥氏体。

(4)加入Mo、Cu等元素，提升钢抗非氧化性酸腐蚀的能力。

(5)加入1、Nb等元素，排除Cr的晶间偏析，从而减轻了晶间腐蚀倾

向。

(6)加入Mn、N等元素，代替部分Ni获得单相奥氏体组织，同时能大

大提升辂不锈钢在有机酸中的耐蚀性。

1.2不锈钢的种类和特点

不锈钢有两种分类法：一种是按合金元素的特点，划分为辂不锈钢和辂银

不锈钢；另一种是按在正火状态下钢的组织状态，划分为马氏体(M)不锈钢、

铁素体(F)不锈钢、奥氏体(A)不锈钢和双相(奥氏体A-铁素体F)不锈

钢。

1.2.1马氏体不锈钢及其特点

经热处理后能够硬化，有磁性。在温顺的环境下抗腐蚀。具有相当好的弹

性。410钢是马氏体不锈钢的常用钢种。

高耐蚀性能

增C改善

机械性能降c改善

韧性

420440B

马氏体不锈钢含肥、s鬻10.5%的铝，在高温下具有奥氏体组织，在合适的

机加工性能

冷却速度下，冷却到室温能够转变成马氏体1马氏体不锈钢钢种演变见图lo

420F440A

图1:马氏体不锈钢钢种演变

典型的马氏体不锈钢钢号有410、420(1CH3〜4Crl3)和440(9Crl8)

等

410钢加工工艺性能良好。可不经预热进行深冲、弯曲、卷边及焊接。42

0冷变形前不要求预热，但焊接前需预热，410、420J1要紧用来制作耐蚀结构

件如汽轮机叶片等，而420J2要紧用来制作医疗器械外科手术刀及耐磨零件；

440可做耐蚀轴承及刀具。马氏体不锈钢化学成分见表l-lo

表1-1马氏体不锈钢的化学成分/%

钢种CrCMnSiPS其它

40311.5^130.151.00.50.0400.030

41011.5^13.50.151.01.00.0400.030Nil.25-2.50

41411.5^13.50.151.01.00.0400.030MoO.60选择

41612~140.151.251.00.0600.15最小Se0.15最小

416Se12^140.151.251.00.0600.060

42012~140.15最小1.01.00.0400.030Mo0.60选择

420F12~140.381.251.00.0600.15选择NiO.5~1.0,

4221C130.20~0.251.00.750.0250.025Nil.25"2.50

43115~170.201.01.00.0400.030MoO.75

440A16~180.60~0.751.01.00.0400.030MoO.75

440B16~180.752.951.01.00.0400.030

440F171.00.40.40.04S0.08或Se0.18

1.2.2铁素体不锈钢及其特点

铁素体不锈钢的含Cr量一样为10.5%〜30%,碳含量低于0.25%(见表2)。

有时还加入其它合金元素。金相组织要紧是铁素体，加热及冷却过程中没有

a<=>Y转变，不能用热处理进行强化，只是经冷加工后有一些硬化。抗氧化

降Cr改善

性强，加入合金元素可曾,能5酸及含C1-的介质中有较强的抗蚀。同时，它还

具有良好自热加工性f一上的］冷力麒"。

I/不抗起皮/g:拦八17卜W'Jf!温冷却'端节c其口■蚀性而强度要求较低的构件，

I加PS改善化

广泛吧盥造生产硝i机加工性能’等诺言黯然工使用的管道等。

抗起皮性।眸

晨打是铁素体不寻E）代总2■瑞《典型的铁素体不锈钢有Crl7型、C

r25型和Cr28型。机

铁素体不锈钢的铜融锵见图l-2o铁素体不锈钢的化学成分见表1-20

430限|

图1-2铁素体不锈钢的钢种演变

表1-2铁素体不锈钢的化学成分/%

钢种CMnpsSiCr其它

4090.081.000.0450.0451.0010.5/11.75Ti6*C/0.75

4050.081.000.0400.0301.0011.5/14.5A10.10/0.30

4290.121.000.0400.0301.0014一0/160

3O33O3Se|o

4300.121.000.0400.0301.00

430E0.121.250.0600.151.0016.0/18.0MoO.6

430FSe0.121.250.0600.加s或Sc改善16.0/18.0SeO.15最小

4340.00机加工性能16-0/180MoO.75/1.25

309,310,314,3300.必1.00

4360.0双相〕0MoO.75/1.2

3479.20|l.rff）|0.040n增onCrBM不锈钢」0.5*C/0.70Nb

Nb避）.20力口Cr、Ni提高强040,0.提高特殊性）23.0/27.00.25N

—免敏化----度和耐氧化性----〃

加Ti避304

…耳••力口Cu、Ti、A1、降沉淀硬化

免敏化不锈(18/8)京、Ni沉淀硬化不锈钢

古照h田加不锈钢耐蚀性不足和铁素体不锈钢脆性过大

加Mo耐点蚀

而进展起莱的避

均表1-3）「差不2加Mn和N,降18%Cr、8%Ni简称18—8钢。其特

免Ni提高强度

316小好拉坦的,口曲工

敏0.1%,zlP/HC、I型奥氏体体组织。

化

奥R远］还影网看悝产。能够冷加'"啰揣N不能热处理硬化,无磁

响

性。尽管有些笠冷加百由五上微的磁性，然同红胆工汨灰性消逝。有专门好的

而寸蚀才生，图318/8奥氏体不锈钢为了特殊性能改变某些成分成为：度。

特殊用途钢种

表1-3奥氏体不锈钢的化学成分/%

钢种CrNiCMnSiPS其它

30116-186-80.152.01.00.0450.030

30418-208-10.50.082.01.00.0450.030

304L18-208-120.032.01.00.0450.030

309S22-2412-150.082.01.00.0450.030

310S24-2619-220.082.01.50.0450.030

316L16-1810-140.032.01.00.0450.03Mo2.0-3.0

32117-199-120.082.01.00.0450.03Ti5*C

奥氏体不锈钢一样用于制造生产硝酸、硫酸等化工设备构件、冷冻工业低

温设备构件及经形变强化后可用作不锈钢弹簧和钟表发条等。

1.3不锈钢在各领域的应用

131不锈钢要紧用于厨房、家电、运输、建筑、土木各领域

在厨房器具方面要紧有水洗槽和电气、煤气热水器，家电产品要紧有全自

动洗衣机的滚筒。从节能和再循环等环保的观点看，不锈钢的需求有望进一步

扩大。

在运输领域要紧有铁道车辆和汽车的排气系统，这是不锈钢最大的应用领

域。从上世纪80年代以后，铁路运输车辆和客车车辆开始批量使用不锈钢制

造，提升了运输车辆和客车车辆的寿命周期，降低了使用成本，提升了运输效

率。近年来随着都市轨道交通的进展，从安全、经济方面的考虑，不锈钢车辆

的使用在持续增加。

在建筑领域，最近的需求急剧增长，如：新加坡地铁车站的防护装置，使

用了不锈钢外装饰材。再如日本1980年以后，用于建筑业的不锈钢增长了约

4倍，要紧用作屋顶、大楼内外装饰和结构材。

在土木领域，日本的水坝吸水塔使用不锈钢。欧美的冰冷地区，为防止高

速公路和桥梁的冻结需撒盐，使用不锈钢钢筋。今后不锈钢在该领域的市场将

有所作为。

1.3.2今后扩大不锈钢应用的关键是环保、长寿命和IT的普及

关于环保方面，第一从大气环保的观点看，用于抑制二嗯英发生的高温垃

圾焚烧装置、LNG发电装置和使用煤的高效发电装置的耐热、耐高温腐蚀不

锈钢的需求将扩大。还有估量在21世纪初将投入实际应用的燃料电池汽车的

电池壳也将使用不锈钢。从水质环保的观点看，在给水、排水处理装置中，具

有优异耐蚀性的不锈钢也将扩大需求。

关于长寿命，在欧洲已有的桥梁、高速公路、隧道等设施中，不锈钢的应

用在增加，估量这种潮流将遍及全世界。还有日本一样住宅建筑的寿命专门短

为20〜30年，废材处理成为一大咨询题。最近以寿命达到100年为目标的建

筑物开始显现，如此具有优异耐久性的材料需求将增长。

随着IT的迅速进展，在IT的进展和普及过程中，功能材料在设备硬件方

面起专门大的作用，对高周密度、高功能材料的要求专门大。如：在手机和微

机部件中，灵活应用了不锈钢的高强度、弹性和非磁性等特性，使得不锈钢的

应用扩大。还有在半导体和各种基板的制造设备中，具有良好清洁度和耐久性

的不锈钢发挥了重要作用。

不锈钢具有多种其它金属没有的优异性能，是一种具有优异耐久性和再循

环性的材料，今后对应时代的变化，不锈钢将广泛应用于各种领域。

第二章不锈钢金相组织及热处理

2.1奥氏体形成元素和铁素体形成元素

不锈钢的组成元素按照其对组织的形成阻碍,分成铁素体形成元素和奥氏

体形成元素。铁素体形成元素在相图中有扩大铁素体区的作用，如辂、铝、硅、

钛、锯等；奥氏体形成元素有扩大奥氏体区的作用,如碳、镶、镒、钻、氮、

铜等。在不锈钢的热加工和使用性能方面能够通过操纵铁素体形成元素或奥氏

体形成元素的含量,达到改善热加工性能和使用性能的目的。

2.2奥氏体不锈钢腐蚀机理

2.2.1奥氏体不锈钢的晶间腐蚀。

奥氏体不锈钢在450〜85(TC保温或缓慢冷却时，会显现晶间腐蚀。含碳

量越高，晶间蚀倾向性越大。此外，在焊接件的热阻碍区也会显现晶间腐蚀。

这是由于在晶界上析出富Cr的Cr23c6。使其周围基体产生贫辂区，从而形成

腐蚀原电池而造成的。这种晶间腐蚀现象在前面提到的铁素体不锈钢中也是存

在的。

工程上常采纳以下几种方法防止晶间腐蚀：

(1)降低钢中的碳含量，从全然上解决铅的碳化物(Cr23c6)在晶界上

析出的咨询题。通常钢中含碳量降至0.03%以下即可满足抗晶间腐蚀性能的要

求。

(2)加入Ti、Nb,形成稳固的碳化物(TiC或NbC),幸免在晶界上析

出Cr23C6o

(3)通过调整钢中奥氏体形成元素与铁素体形成元素的比例，使其具有

奥氏体+铁素体双相组织，其中铁素体占5%〜12%。这种双相组织不易产生

晶间腐蚀。

(4)采纳适当热处理工艺，能够防止晶间腐蚀，获得最佳的耐蚀性。

222奥氏体不锈钢的应力腐蚀

应力(要紧是拉应力)与腐蚀的综合作用所引起的开裂称为应力腐蚀开裂,

简称SCC(StressCrackCorrosion)o奥氏体不锈钢容易在含氯离子的腐蚀介

质中产生应力腐蚀。当含Ni量达到8%〜10%时，奥氏体不锈钢应力腐蚀倾

向性最大，连续增加Ni含量至45%〜50%,应力腐蚀倾向逐步减小，直至消

逝。

防止奥氏体不锈钢应力腐蚀的最要紧途径是加入2%〜4%Si并从冶炼上

将N含量操纵在0.04%以下。此外还应尽量减少P、Sb、Bi、As等杂质的含

量。另外可选用A-F双相钢，它在C1-和OH-介质中对应力腐蚀不敏锐。

2.3奥氏体不锈钢的形变强化

单相的奥氏体不锈钢具有良好的冷变形性能，能够冷拔成专门细的钢丝，

冷轧成专门薄的钢带或钢管。通过大量变形后，钢的强度大大提升，专门是在

零下温度区间轧制时成效更为明显。抗拉强度可达2000MPa以上。

奥氏体不锈钢经形变强化后可用来制造不锈弹簧、钟表发条、航空结构中

的钢丝绳等。

2.4奥氏体不锈钢的热处理

奥氏体不锈钢常用的热处理工艺有：固溶处理、稳固化处理和去应力处理

等。

(1)固溶处理。将钢加热到1050〜115(TC后水淬，要紧目的是使碳化物

溶于奥氏体中，并将此状态保留到室温，如此钢的耐蚀性会有专门大改善。

(2)稳固化处理。一样是在固溶处理后进行，常用于含Ti、Nb的18-8

钢，固溶处理后，将钢加热到850〜88(TC保温后空冷，现在Cr的碳化物完全

溶解，而钛的碳化物不完全溶解，且在冷却过程中充分析出，使碳不可能再形

成碳化物，因而有效地排除了晶间腐蚀。

(3)去应力处理。去应力处理是排除钢在冷加工或焊接后的残余应力的

热处理工艺，一样加热到300〜35(TC回火。关于不含稳固化元素Ti、Nb的钢,

加热温度不超过45(TC,以免析出密的碳化物而引起晶间腐蚀。关于超低碳和

含Ti、Nb不锈钢的冷加工件和焊接件，需在500〜95CTC加热，然后缓冷，排

除应力(排除焊接应力取上限温度)，能够减轻晶间腐蚀倾向并提升钢的应力

腐蚀抗力。

2.5奥氏体-铁素体双相不锈钢

在奥氏体不锈钢的基础上，适当增加Cr含量并减少Ni含量，并与固溶化

处理相配合，可获得具有奥氏体和铁素体的双相组织(含40%〜60%3一铁素

体)的不锈钢，典型钢号有0Cr21Ni5Ti、lCr21Ni5Ti、0Cr21Ni6Mo2Ti等。双

相不锈钢与奥氏体不锈钢相比有较好的焊接性，焊后不需热处理，而且其晶间

腐蚀、应力腐蚀倾向性也较小。但由于含Cr量高，易形成。相，使用时应加

以注意。

不锈钢分公司海外培训教材

（不锈钢炼钢工艺与设备篇）

2006年12月15日

第三章不锈钢分公司炼钢厂概况

3.1概述

不锈钢分公司炼钢厂包括不锈钢炼钢和碳钢炼钢两个相对独立的炼钢系

统。不锈钢生产设备要紧有100吨交流电弧炉2座、120吨AOD氮氧脱碳炉

2座，120吨VOD真空脱碳精炼装置1座，120吨LF炉1座，一机一流不锈

钢板坯连铸机两台。具备年产不锈钢钢水150万t,不锈钢板坯144万t的能

力。

与大多数要紧采纳不锈钢废钢为炉料的生产工艺相比，不锈钢分公司采纳

脱磷铁水作为不锈钢冶炼炉料，可降低钢中的有害元素及杂质，提升不锈钢钢

水的质量；铁水热装电炉能较大地节约能源，缩短冶炼周期。为了有效地去除

原料中的有害元素磷，设置双工位铁水脱磷站一套，以满足不锈钢冶炼对低磷

原料的要求。

除高炉铁水外，不锈钢生产炉料还有不锈钢废钢、固态铝铁、镶铁、金属

锲等，为了适应不锈钢原料的多样性，采纳两座公称容量为loot的交流电弧

炉作为不锈钢初炼炉。

采纳公称容量为120t氢氧脱碳炉两座，具有二步法直截了当生产不锈钢

成品的能力。

采纳120t双工位强搅拌VOD(SS-VOD)一套，二步法工艺时，VOD

装置作为钢水罐精炼站(LTS),用于调整钢水成分和温度。为了和谐炼钢生

产和连铸机生产节奏，配置一座120tLF炉。生产的不锈钢钢水全部经不锈钢

板坯连铸机浇铸，连铸比为100%。

3.2不锈钢炼钢工艺流程

不锈钢生产工艺采纳专门的高炉脱磷铁水直截了当热装进电炉f氢氧脱

碳炉一真空脱碳精炼装置（VOD）精炼的三步法不锈钢生产工艺，也可采纳

电炉一氧氧脱碳炉的二步法不锈钢生产工艺。

3.2.1三步法流程

脱磷铁水+液态铝铁-电炉f氢氧脱碳炉一VOD一连铸

高炉铁水由260t鱼雷罐车运至铁水倒罐站，倒入铁水罐中，铁水罐车开

至氮氧脱碳炉加料跨，由280/80t起重机吊至铁水脱磷站的受罐工位，该站的

铁水罐车开至位于电炉跨的铁水罐喷吹脱磷工位，进行脱磷处理，经扒渣后，

铁水罐车开至电炉跨的吊罐工位待用。

在电炉废钢配料跨，将废钢和部分合金配至废钢料篮中，料篮位于带称量

的料篮车内，料篮车开至电炉跨，由210/70/10t起重机吊起加入电炉炉内，盖

上炉盖通电熔化。

随后再由210/70/10t起重机吊起盛有脱磷铁水的铁水罐，并加入电炉内。

电炉完成炉料熔化升温后，通过炉门喷粉枪向渣中喷入适量的硅铁粉，还原渣

中的氧化辂。随后将电炉母液与炉渣一起出至母液罐内，渣钢混出使炉渣中的

氧化辂充分还原。

电炉母液由钢水罐车运至加料跨，由280/80t起重机运至氮氧脱碳炉与电

炉之间的扒渣站，经扒渣后，测温取样，随后由280/80t起重机兑入氢氧脱碳

炉内。

氮氧脱碳炉按进VOD的碳含量对电炉母液进行脱碳保辂吹炼，由于后工

序是VOD,氮氧脱碳炉可用氮气作为稀释气体，当碳脱至目标值后，进行还

原期操作，加入硅铁还原渣中的氧化辂，随后将初炼钢水与炉渣一起出至炉下

的钢水罐内，钢渣混冲充分还原，再由钢水罐车运至精炼跨。

在精炼跨的280/80t起重机将氢氧脱碳炉初炼钢水运至位于该跨的扒渣

站，扒渣后，再由该起重机运至位于该跨的双工位VOD其中的一个真空罐内，

盖上真空盖，抽真空到一定真空度后，吹氧脱碳；当碳含量达到较低水平后，

停吹氧，进一步降低真空度，进行自然脱碳；随后加入硅铁，在真空下，进行

渣还原、脱氧和脱气；随后破坏真空，盖上常压罐盖，对钢水进行最终成分和

温度调整；现在真空盖移到另一真空罐处，接着对另一罐钢水进行真空吹氧脱

碳精炼。

当钢水在VOD完成精炼后，由280/80t起重机吊运至过跨钢水罐车内，

开至钢水同意跨，由280/80t起重机吊运至不锈钢板坯连铸机回转台上，进行

浇铸。

3.2.2二步法工艺流程

脱磷铁水+液态辂铁f电炉f氢氧脱碳炉f连铸

电炉工艺同上述三步法电炉工艺。氢氧脱碳炉将电炉母液脱碳至钢水成品

所需的最终碳含量，加硅铁还原后，钢水和炉渣一起出至钢水罐内，钢渣混冲

充分还原，再由钢水罐车运至精炼跨，经扒渣后，由精炼跨的280/80t起重机

运至VOD真空罐内，盖上常压盖，进行钢水成分和温度调整，之后由280/80

t起重机吊运至过跨钢水罐车内，开至钢水同意跨，由280/80t起重机吊运至

不锈钢板坯连铸机回转台，进行浇铸。

采纳二步法工艺时，VOD装置用作常压下钢水罐处理站（LTS）。

323不经电炉流程

脱磷铁水+液态辂铁一氧氧脱碳炉一VODf连铸

采纳本工艺是主体工艺的备用工艺，如电炉修理时刻过长，可按照具体情

形，采纳这一工艺流程。

电炉修理时，将脱磷铁水和液态辂铁直截了当兑入氮氧脱碳炉，吹氧脱碳

至进VOD的碳含量后，加入硅铁还原渣中的氧化辂，随后将初炼钢水与炉渣

一起出至炉下的钢水罐内，钢渣混冲充分还原，再运至精炼跨，经扒渣后进V

0D真空罐内进行真空精炼。

VOD工艺与三步法相同，当钢水在VOD完成精炼后，由280/80t起重

机运吊至过跨钢水罐车内，开至钢水同意跨，由280/80t起重机运至不锈钢板

坯连铸机回转台，进行浇铸。

由于不锈钢生产线设置了电炉、氢氧脱碳炉和VOD、LF炉，生产组织专

门灵活，可按照原料条件和生产钢种选择不同的工艺路线。

3.3不锈钢炼钢工艺特点

a）由于不锈钢冶炼生产线设置了铁水脱磷站、电炉、氮氧脱碳炉和双工

位VOD,对炉料的适应范畴广；

b）工艺流程组织灵活，既可采纳三步法冶炼不锈钢，也可采纳二步法工

艺或不经电炉工艺冶炼不锈钢；

c）本工艺由于采纳了脱磷铁水，能够专门好地操纵不锈钢钢水中磷含量，

不必寻求昂贵的低磷炉料，有较高的经济效益；

d）SS—VOD的使用，能够生产超低碳和超低氮不锈钢，钢水纯洁度高，

内在质量好，有利于开发高质量的不锈钢新品种；

e）在炉料起始碳含量较高的情形下，采纳三步法工艺，由氢氧脱碳炉和V

0D共同完成脱碳任务，缩短冶炼周期，有利于与连铸匹配，提升连浇炉数。

第四章不锈钢冶炼要紧生产系统

不锈钢冶炼生产系统包括铁水预处理系统，电炉系统，氢氧脱碳炉系统和

钢水精炼系统等子系统。

4.1铁水预处理系统

为不锈钢生产服务的铁水预处理包括铁水脱磷站和铁水倒罐站混冲脱硅

设施。

4.1.1脱硅

高炉铁水在高炉出铁场进行脱硅处理后铁水［Si］W0.3%,由260t鱼雷罐

车经扒渣后运抵铁水倒罐站。由于铁水脱磷时对铁水的含硅量有一定的要求，

因此在铁水脱磷之前，还要在铁水脱磷站对铁水进行补充脱硅处理。倒罐后，

铁水罐进入脱磷工位进行喷吹脱硅，使铁水［Si］含量降至0.15%以下。

4.1.2脱磷

脱硅铁水在脱磷站扒渣工位扒渣后，进行铁水罐喷吹脱磷，脱磷扒渣后铁

水温度21265℃,［P］含量W0.010%。

脱硅脱磷总作业周期为75min左右，为确保不锈钢生产节奏,设置双喷吹、

双扒渣工位。

铁水预处理采纳温度运算模型和加料模型进行过程操纵。

4.1.3铁水脱磷要紧设备：

•喷吹罐2个2.0m：'、3.5m，喷吹罐各1个

•喷枪及升降装置2套喷枪直径0300mm,升降装置2X7.5kW

­氧枪及升降装置2套氧枪直径0165mm,升降装置2X2.2kW

•扒渣机2台扒渣力约4kN

还有铁水罐运输倾翻台车、测温取样装置、渣罐运输台车、铁水罐、渣罐

以及烘烤器等设备。

4.2电炉系统

电炉采纳三相交流电弧炉，公称容量为100t,电极直径600mm,采纳出

钢咀出钢。最大出钢量118t,冶炼周期为60〜65min。

电炉以脱磷铁水、不锈钢废钢、高碳铝铁合金、锲铁合金等为炉料，熔炼

出已差不多上具有所炼钢种成分的不锈钢母液。

母液在加料跨扒渣，然后倒入氮氧脱碳炉进一步冶炼。

4.2.1电炉炉料

不锈钢冶炼中原料成本占比重专门高，尽量多使用不锈钢废钢（专门是锲

辂不锈钢）是降低成本的有效途径，采纳电炉熔炼母液为大量使用不锈钢废钢

制造了十分有利的条件。每炉不锈钢废钢用量约25%,当不锈钢社会蓄积量

增加和市场不锈钢废钢价格下降时，可增加不锈钢废钢用量比例以进一步降低

生产成本。

使用温度不小于126CTC的脱磷铁水，按照钢种需要，每炉脱磷铁水用量

不等。

4.2.2电炉作业

在电炉配料跨将不锈钢废钢配入料篮，通过高位料仓将高碳貉铁、镶铁及

部份渣料加入料篮，料篮送入电炉跨。

电炉开盖后将料篮炉料加入，脱磷铁水在通电后加入。配有炉门氧枪和喷

粉枪，喷粉枪能喷硅铁粉和碳粉。采纳短出钢咀出钢，渣钢混出以提升渣中辂

的还原率。

母液铁水罐进入加料跨扒渣站，采纳液压扒渣机扒渣后，用起重机兑入氢

氧脱碳炉。

电炉采纳死炉座作业，电炉修炉时，可采纳脱磷铁水直截了当兑入不锈钢

转炉生产430不锈钢。

电炉采纳原料运算模型，钢水成分推测模型，电极、氧枪操纵模型，合金

渣料加料模型，脱硅脱氧运算模型等进行过程操纵。

4.2.3电炉要紧设备:

•loot三相交流电弧炉2座公称容量：100t,最大出钢量：118t

•80MVA电炉变压器1座

-95MVA电炉变压器1套

还有母液罐台车、吹氧喷粉机械手、副原料铁合金加料系统、母液罐、渣

罐、烘烤器等设备。

4.3氮氧脱碳炉系统

4.3.1氧氧脱碳炉工艺

电炉母液出至炉下的钢水罐(带嘴，外形与铁水罐相似)中，由钢水罐车

运至加料跨，经扒渣后，由起重机吊起兑入氢氧脱碳炉。

为强化氮氧脱碳炉在高碳区的快速脱碳功能，氮氧脱碳炉配备了顶吹氧

枪。为适应氢氧脱碳炉二步法生产的需要，炉底设置了侧吹风口，同时配备了

副枪和炉气分析仪参与氢氧脱碳炉的脱碳过程操纵，使氢氧脱碳炉的冶炼操作

更为方便和准确。

氢氧脱碳炉在钢液吹炼至低碳区后，炉底侧部风口停止吹氧，吹入氢气或

氮气，稀释一氧化碳分压，保证含辂钢液脱碳保辂的热力学条件。

(1)三步法工艺

三步法工艺的要紧功能为脱碳、还原、成分和温度调整。

三步法工艺过程分为脱碳期和还原期。

脱碳期，采纳氧枪和炉底侧部风口复吹供氧，加快脱碳速率；当碳含量达

到临界点时，逐步降低氧气流量，增大氮气或氮气的流量，氧气和氮气或氨气

的比例从9:1降低至1:1,以降低一氧化碳分压，确保降碳保格的热力学条件,

使钢液中辂的氧化降低到最低限度，减少还原剂的消耗。如钢种对氮气含量有

严格要求，炉底侧部风口稀释气体应采纳氧气，如没有专门要求，可采纳氮气

代替氯气在脱碳前期或全程作为稀释气体，以降低氨气的消耗。

当钢液中碳含量达到目标成分后，氮氧脱碳炉进行还原期操作，现在炉底

侧部风口的氮气切换成氨气，通过炉顶料仓加料系统加入还原剂硅铁，还原炉

渣中被氧化的铅和镒，现在，加大炉底风口氯气的吹入强度，使熔池形成较好

的动力学条件，加速和充分还原，同时能够达到良好的脱硫成效，之后将钢水

和炉渣一起出至炉下的钢水罐内，通过渣钢混冲进一步还原渣中的氧化铝。

(2)二步法工艺

二步法的要紧功能为脱碳、还原、脱硫、成分和温度调整。

其工艺过程分为脱碳期和还原期，如钢中硫含量要求低于50〜lOOppm,

在还原期后，需要进行单独造渣脱硫工艺。

脱碳期，采纳氧枪和炉底侧部风口复吹供氧，加快脱碳速率，与三步法不

同的是由于后面不进行VOD真空处理，因此除了对氮没有要求的钢种在脱碳

前期可吹入部份氮气外，炉底侧部风口要紧吹氮。当碳含量达到临界点时，逐

步降低氧气流量，增大氢气或氮气的流量，氧气和氮气或氮气的比例从10:1

降低至1:3,在碳含量达到0.3%以后，顶枪停止供氧，氧气和氯气均由炉底侧

部风口吹入，以降低一氧化碳分压，确保降碳保格的热力学条件，使钢液中辂

的氧化降低到最低限度，减少还原剂的消耗。

当钢液中碳含量达到目标成分后，氮氧脱碳炉进行还原期操作，通过炉顶

料仓加料系统加入还原剂硅铁，还原炉渣中被氧化的辂和镒，现在，加大炉底

风口氧气的吹入强度，使熔池形成较好的动力学条件，加速和充分还原，同时

能够达到良好的脱硫成效，之后将钢水和炉渣一起出至炉下的钢水罐内，通过

渣钢混冲进一步还原渣中的氧化铝。

4.3.2氮氧脱碳炉技术特点

•带顶吹氧枪，适应高碳区域快速脱碳的要求；

•带副枪和炉气分析系统，有利于氮氧脱碳炉运算机模型操纵；

•采纳了氢氧脱碳炉运算机模型操纵，提升命中率，降低辂的氧化；

•缩短冶炼时刻，幸免了过程温度过高阻碍炉衬寿命，工艺操作方便;

«托圈和炉壳连接的专门设计，炉壳更换时刻缩短。

4.3.3氮氧脱碳炉要紧工艺参数

氢氧脱碳炉要紧工艺参数见表6.3-lc

表4—1氮氧脱碳炉要紧工艺参数

序号项目单位数据备注

1炉型僦氧脱碳炉带顶枪

2公称容量t120

3最小出钢量t100

4最大出钢量t135

5新炉衬炉容积m368

6炉壳直径mm5000

7炉壳总高mm7335

8炉口直径mm2000

9风口数量个7

0.5出钢量135t

10容积比m3/t

0.55出钢量120t

11顶枪氧气流量Nm3/min1501.2-1.3MPa

12风口氧气流量Nm3/min1002.2MPa

13风口氮气、氮气流量NmVmin1002.2MPa

14风口位置底侧

65三步法

15出钢一出钢周期min

75二步法

4.3.4氮氧脱碳炉要紧设备

每座氢氧脱碳炉要紧设备见表4-2

炉体及倾动装置1套公称容量：1203最大出钢量135t新炉体总重

185t,倾动功率：2X315kW

氧枪及升降装置1套氧枪直径0168.3mm,升降装置：22kW

副枪及升降装置1套副枪直径0140mm,升降装置:160kW

扒渣机2台扒渣力：10kN

转炉炉体更换台车1台VVVF传动，走行：2X30kW,液压顶升

还有副原料及铁合金加料系统、转炉炉壳烘烤装置，转炉炉壳在线烘烤装

置以及钢水罐车、钢水罐，渣罐车、渣罐，测温取样装置，钢水罐立式烘烤器

等设备。

4.4钢水精炼系统

4.4.1VOD系统

VOD装置采纳双工位形式，设两个真空罐，一套真空泵系统。

（1）VOD系统功能

三步法时，本装置的功能如下：

•深脱碳

­还原

•脱硫

•去除夹杂物

•合金和温度调整

二步法时，冶炼在氮氧脱碳炉中已差不多终止，本装置仅用作钢水罐处理

站（LTS）,其功能如下：

•去除夹杂物

•合金和温度调整

（2）VOD工艺

三步法时，氢氧脱碳炉出钢后扒渣，由精炼跨起重机将钢水罐吊至真空罐

内，接上吹氨管，盖上真空盖抽真空到5000Pa,通过真空下钢液中自然碳氧

反应，在钢液中产生大量一氧化碳气泡，并借助强吹氨搅拌，将钢液中氮气脱

去。然后进行真空吹氧脱碳精炼，碳含量达到目标成分时，进一步降低真空度,

进行真空碳脱氧。随后加入还原剂和渣料，进行还原操作。再破真空进行常压

下钢水调整，使钢水成分和温度满足连铸的需要，然后运至连铸钢水罐回转台

浇铸。

常压下钢水成分和温度调整是在盖上常压盖情形下进行的，如此能够幸免

钢水吸氮，便于添加合金和测温取样。

二步法时，VOD装置作为钢水罐处理站(LTS)。氮氧脱碳炉出钢后扒渣，

由精炼跨280/80t起重机将钢水罐吊至真空罐内，接上吹氮管，盖上非真空盖

在常压下进行钢水调整，使钢水成分和温度满足连铸的需要，然后运至连铸钢

水罐回转台浇铸。

(3)VOD要紧设备

•真空罐2个外径：05800mm

•真空罐盖车1辆液压马达驱动

还有真空状态下加料装置、吹氧装置、真空取样测温装置等设备。

(4)VOD技术特点

•双工位使VOD处理时刻易与连铸连浇匹配；

•带质谱仪炉气分析系统，有利于运算机模型操纵；

•真空泵系统带有除尘器，幸免了辂对水的污染；

•采纳4级全蒸汽喷射泵，在第1级冷凝器配置了2级喷射泵，其中第2

级泵带有针阀，压缩比大，能满足工艺需要，迅速达到所需的真空度，针阀可

按照季节和负荷运行情形进行调剂，灵活性好，与6级泵相比，设备占地面积

小，能耗低，蒸汽压力要求低；

・吹氢搅拌强度大，有利于格的还原、脱硫和脱气；对氮含量没有专门要

求的钢种，氮氧脱碳炉可全程用氮气代替氯气，降低氮气消耗；

«氧枪采纳阻流设计，可产生脉冲式氧流，提升氧气利用率和减少喷溅；

•常压罐盖的使用，能够幸免钢水吸氮，操纵钢水调整过程，盖上配有测

温取样装置，使工艺操作自动化程度高。

4.4.2LF炉

(1)LF炉功能

LF具备以下功能：和谐炼钢生产和连铸机生产节奏，调整平均钢水成分

和温度，减少钢中夹杂物和操纵夹杂物形状，深脱硫，深脱氧。

(2)LF炉工艺

钢水罐吊到LF炉作业线的钢水罐车内，自动接通底吹氮，开到LF处理

工位定位。包盖下降，通电加热加入渣料、铁合金，在整个处理过程中进行底

吹氢搅拌，钢包底吹氢设有两个透气砖，并备有事故顶吹氢枪。测温取样合格

后钢水罐车开出到保温剂投入工位投入保温剂，然后到吊包工位用起重机将钢

水罐吊出。

(3)LF炉要紧设备

«炉盖及升降机构1套

­电极横臂及升降机构1套电极直径450mm

•LF变压器1台25MVA

还有钢水罐车、事故吹氨顶枪、电极接长站、保温剂投入装置、合金加料

系统等设备。

第五章不锈钢连铸生产工艺与设备

电炉

:僦氧精炼炉I

否铎嘛公司共建有四台板坯连铸斯冈其中两台为不锈钢板坯连铸机，两

台为近铜螂连铸几,斯潇铸的钢冰全舱配炼钢厂,生产的合格板坯要紧供

应17时燕翱飕铸连铸

5.1生产规模与连铸坯规格

榭就144万t/a

不锈嵋声坯|规格:

修

；t180缓冷

磨

*潜46片柒机

寺虐巡麒道电（4）〜1卜榆避而“堆放上・

科琳瞬车平00〜61g

…坏癌.3,0t+

57Z

tn微苫辅板I坯的生产工艺流程见哮尊-1。

,入库热轧

\1780mm热轧!

图5-1不锈钢板坯连铸生产工艺流程

不锈钢板坯连铸生产工艺流程简述：

通过精炼的温度、成分均已合格的不锈钢钢水送至钢水同意跨，280/80/2

0t起重机将盛满钢水的钢包放置到钢包回转台上，连接好钢包滑动水口液压缸

和钢包下渣检测装置接线，测量钢水温度后，钢包加盖，钢包回转台旋转18

0°,把钢包运送到处于浇注位置的中间包小车的上方。钢包下降至浇注位置,

并由长水口夹持装置接上爱护套管。

浇注平台上有两辆中间包小车，每辆小车内有一只中间包以实现快速更

换。每辆小车都装有提升和称重装置，每辆小车都能够在浇注位和各自的停车

位间往返移动。

每个中间包小车停车位都有一个中间包预热站和一个浸入式水口预热站。

从钢包到中间包的钢流由装在钢包底部的滑动水口操纵，钢包底部装有下

渣检测装置。

开启钢包滑动水口后，钢水通过钢包到中间包之间的爱护套管流入中间

包，待中间包内钢水液面上升至一定高度后，投入覆盖渣。中间包钢流操纵系

统采纳整体内装式浸入式水口和塞棒操纵机构，并带有事故切断闸板。当自动

开浇系统启动后，中间包塞棒自动打开，钢水通过浸入式水口流入结晶器。

结晶器内的钢水上升到一定高度后，人工加入爱护渣。在自动开浇系统的

作用下，结晶器振动装置和拉坯辐自动启动，在结晶器内已形成坯壳的铸坯在

引锭杆的带动下慢慢拉出结晶器和足辐段，进入铸坯导向段。结晶器液面自动

操纵装置持续调剂中间包塞棒的开度，使结晶器内的钢液面保持稳固的高度。

结晶器内装有漏钢预报装置，一旦发生坯壳与结晶器铜板的粘连，该装置发出

报警信号，人工判定后，手动或自动降低铸机拉速，防止拉漏。

铸坯二冷导向段由直线段、弯曲度、弧形段、矫直段以及水平段等不同的

扇形段组成，铸坯在二冷导向段中通过气雾喷淋冷却，坯壳持续加厚直至全凝

固。

为使铸坯得到合适的冷却，在扇形段辐子间装有气雾喷嘴，通过二冷动态

操纵模型的运算和设定，由外表和阀门系统来操纵喷淋冷却的强度，以适应不

同钢种和不同拉坯速度的需要。二冷室为隧道式，其中充满着的二冷水和热铸

坯作用产生的大量蒸汽，通过排蒸风机和管道抽出。

所有扇形段福子都采纳分节辐形式，上下框架用四个液压缸连接在一起，

必要时可遥控调剂铸坯的厚度和锥度。扇形段能够通过起重机从浇注平台上方

吊出更换。

第3个扇形段即第1个弧形段装有铸流电磁搅拌装置(S-EMS),平常一

直通水冷却，当浇铸铁素体不锈钢板坯时，为了排除粗大的柱状晶，增加等轴

晶，S-EMS装置通电形成磁场，对板坯液相穴中的钢液进行搅拌。

直线段以下的弯曲段中装有一组小径辐，通过7个弯曲点，将板坯逐步弯

曲到铸机的差不多半径。其后是半径恒定的弧形段，然后铸坯进入半径逐步增

大的矫直段，以保证凝固中的铸坯矫直应力不超过极限值。通过9个矫直点，

铸坯进入到水平段。

在水平段部分应用动态轻压下技术，按照在线模型对铸坯的凝固末端施加

一定的压下量，减小铸坯的中心偏析。

开浇前，浇铸平台上的引锭杆小车开到结晶器旁，将引锭杆从上部送入结

晶器。开浇后，引锭杆起牵引铸坯的作用，引锭头前部为爪式结构，能够方便

而可靠地脱锭。引锭杆尾部出了水平扇形段后，由卷扬机系统牵引提升，与拉

坯速度同步。引锭杆与铸坯脱离后被快速提升回到引锭杆小车内，在引锭杆通

过浇铸平台的开口处装有保险装置，以确保引锭杆在提升过程中的安全。

铸坯出了最后一个扇形段后，从切前辐道进入装有火焰切割机的切割辐

道。带有铁粉火焰切割机将铸坯切割成预定的长度，铸坯长度由火焰切割机上

的长度测量装置测出。除了正常定尺切割外，火焰切割机还要对铸坯的头部、

尾部以及试样进行切割，切割长度优化模型还会对最后一段铸坯进行优化运

算，使丢弃的切尾最少。

切成定尺的铸坯通过出坯程道在去毛刺辐道上由去毛刺机去除两端的毛

刺，再由喷号机在铸坯的前端喷上板坯编号。

通过铸坯质量判定模型判定和人工目视检查认定为无缺陷的铸坯通过横

移小车、输送辐道和辐道称量直截了当送到热轧的板坯库。

铸坯质量判定模型判定有缺陷或人工目视检查认定有缺陷需要修磨的铸

坯用出坯跨30t板坯夹钳起重机吊运下线到铸坯冷却区堆垛冷却或放入保温坑

内缓冷。冷却到一定温度的铸坯由板坯夹钳起重机送到修磨区进行检查、翻坯,

需要修磨的铸坯再吊到修磨机上进行完全修磨或局部修磨。较小规模的修磨还

可用手持式砂轮机人工修磨。修磨完毕后经检查已无缺陷的铸坯再用板坯夹钳

起重机吊运到输送辐道上经称量送往热轧板坯库。

5.3连铸机要紧技术参数

表5-8板坯连铸机要紧技术参数

序号项目单位技术参数

1连铸机机型直弧型

2差不多半径mm8636

3弯曲点数7

4矫直点数9

5结晶器长度mm900

6直线段长度mm2571

7机身长度（冶金长度）mm24501

8台数X流数台/流1X1

9板坯厚度mm180、200

板坯宽度mm75()〜160()

定尺长度m8-13.6

10连铸机速度范畴m/min0.25-2.5

11连铸机工作拉速m/minMax.1.6

12钢包支承方式钢包回转台

13中间包钢流操纵塞棒

14结晶器调宽在线热调宽

15结晶器振动装置共振式板弹簧导向液压振动

16切割装置氧气+天然气+铁粉切割

17引锭杆装入方式上装（顶入）引锭杆

18出坯短道辑面标高mm+800

19浇注平台标高mm+12130

5.4连铸机要紧设备及特点

连铸机的要紧设备组成如下所述，其中电磁搅拌装置、火焰切割机加铁粉

装置等属不锈钢连铸机的专用设备。

1）钢包回转台为蝶形、整体回转、两承载臂可单独升降，两个承载臂上

配有压力传感器。回转台上设有钢包加盖装置。

2）钢包下渣检测装置电磁式，安装在钢包滑动水口周围的耐火材料内。

3）中间包为直槽型，内有挡渣墙和堰。

4）中间包钢流操纵装置

不锈钢钢流操纵装置采纳塞棒和事故快速切断闸阀系统。浸入式水口为内

装整体式。结晶器液面检测装置为涡流感应式，结晶器液面操纵精度±3mm。

5）中间包车为半龙门自走式，具有走行、升降、横向微调对中以及称量

等功能，在中间包车内还设有中间包连续测温装置。中间包车行走由电动（VV

VF）驱动，升降和横向微调由液压驱动。

6）每台连铸机各有两个中间包和浸入式水口预热站，每个预热站各设两

支主烧嘴，燃料为天然气。

7）钢包长水口夹持装置的夹持动力为液压，安装在靠近回转台一侧的浇

注平台上。

8）直结晶器可在线自动热调宽，长度900mm,宽面1对足辐，窄面2对

足辐。

9）结晶器液压板弹簧振动装置的驱动液压缸为比例阀闭环系统操纵，可

实现结晶器的正弦曲线与非正弦曲线运动，同时可灵活地选择振幅及振频。

10）结晶器漏钢预报装置热电偶式，估量检出率90%,估量成功率98%。

11）铸坯导向系统采纳小辑径、分节密排辑、液压夹紧扇形段，由直线段、

弯曲度、弧形段、矫直段和水平段组成。为了快速更换扇形段，设有扇形段更

换导轨，除了直线段和弯曲度外，其余扇形段可用起重机通过吊具沿轨道从浇

注平台开孔吊出或吊进。

12）辐缝测量仪能够测量内外弧辐缝、外瓠辐面弧度、辐子转动情形、喷

嘴堵塞情形等。

13）不锈钢连铸机的铸坯导向段设置铸流电磁搅拌装置（S-EMS）,直截

了当安装在不锈钢连铸机铸坯导向段第3段内弧上部框架上。

14）引锭杆从结晶器上口插入，引锭杆车走行速度0.6〜30m/min,引锭杆

车轨距3m。

15）火焰切割机切割气源为天然气和氧气，不锈钢板坯切割还需加铁粉助

熔。

16）不锈钢去毛刺机为BWG振动摆动型，去毛刺时刻90sec,去毛刺温

度900。Co

17）选