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摘要:本文首先基于电弧炉冶炼不锈钢法阐述了降低碳含量而保铬的方法。
关键词:电弧炉冶炼;不锈钢;Cr
引言
不锈钢是铬含量为10%~30%的合金钢,铬是主要的耐蚀成分。在不锈钢冶炼过程中,镍不被氧化,而铬与碳均能被氧化。传统的碱性电弧炉冶炼不锈钢时如何去碳保铬、减少铬的烧损,提高铬的收得率、降低冶炼成本是冶炼不锈钢的关键之一。
1、电弧炉冶炼不锈钢
1.1冶全工艺
在各种不锈钢的成分中,均含有相当大比例的Cr元素,有些不锈钢还含有Ni.Mo等元素,这些金属的价格是贵的,有人对300系列不锈钢成本组成和原料所占的成本作了图解说明,见图一。
从图1看出,其中原料费占81%,而操作费仅占16%,这与冶炼碳素钢截然不同,说明冶炼不锈钢的各步工序都要注意提高CrNi等贵价金属的收得率,降低产品成本。
电弧炉通常作为母液(预熔体)的冶炼装置,在有充分的不锈废钢的条件下,可全部使用不锈度钢作炉料,但是,现随着不锈钢产量的高速发展,不锈废钢资源十分紧张,国内外有些厂“家用部分或全部优质碳素废钢(低磷度钢)来冶炼,再补充颗粒不大的高碳格铁合金,使母液成分基本接近所炼不锈钢钢种的要求。有利于降低原料成本。所以,冶炼不锈钢要综合考虑原料资源和成本因素。
1.2降碳保格
1.2.1脱碳
在电弧炉中熔炼需要吹氧脱碳,为了使Cr尽量少损失,需要一些工艺措施。一是吹氧量适中,应少于10Nm'/t钢水,二是出钢时不能留渣操作。当采用EAF+VOD两步法冶炼时,要比较各设备的脱破成本,电弧炉脱破越低,成本越高。见图2比较。在低碳范围內,VOD脱碳成本低于电弧炉脱碳,通常把母液降碳到0.5%移交VOD脱碳。
当两类设备的容量较小时,电弧炉脱碳量可稍少一些,反之,电弧炉要多脱碳。例如,150t的VOD要求电弧炉脱碳到0.3%。当采用EAF+AOD两步法冶炼时,母液中的[C]最大可保留到3.85~4.2%,由AOD脱碳到目标值。
1.2.2保铬
铬的收得率是不锈钢冶炼生产中的一项重要考核指标。母液中金属铬的损失,主要是被氧化生成氧化铬而留在渣中被带走,用渣中Cr2O3的含量和炉渣的排出量来衡量。母液含铬浓度高,渣中Cr2O3的含量依度也高,粘度大,还原反应困难。所以适当降低母液的含铬浓度,对减少金属铬的损失是有利的。还原铬大致分为三个阶段:
初始阶段是吹氧脱碳,吹入量约5~8Nm3/t钢水,比冶炼碳钢的吹氧量少得多。当大量脱碳结束时,电弧炉渣中含有约为25%的Cr2O3和少量的Cr2Oso这种渣很“硬”,几乎呈固体状态。
接着开始第二阶段,需要加入FeSi合金块和用氮气作载体向炉内喷入粒度为1~2mm的FeSi合金粉,置换出氧化铬中的氧,生成大量SiOr而还原铬,在还原反应过程中氮气继续起搅拌作用,这时一方面还需要加石灰保持渣的碱度,另一方面不停止通电化渣,最后,使炉渣中的Cr2O3含量降到3~5%,钢水中含Si约0.15%。
还原Cr的第三阶段在出钢过程中,由于钢、渣齐出使之在钢包中激烈搅拌。有外商提出,在出钢侧设置还原站,再向母液包中加入适量的FeSi合金粉,更有利于回收Cr元素。若最终实现渣中Cr2O3含量降到了0.5%,电弧炉冶炼不锈钢Cr的收得率可达98.5%。
减少渣中Cr含量的另一着手点就是提高母液的出炉温度,所以,外方推荐当母液Cr含量达18%时,出炉母液温度需要大于1620C,经过炉外扒渣以后,母液温度大于1550C。加上前述的操作,有可能使渣中的Cr含量降到很低值。炉渣性质影响合金元素氧化物的活度[aMeO],从而影响元素的烧损率。在良好的白渣下加入Cr-Fe合金,可以达到90-95%的Cr的收得率。因此,必须采取白渣操作还原渣中的铬,进一步提高Cr的总收得率。
2、提高Cr的收得率的措施
2.1熔化期
用允许的最大功率供电来推料助熔,融化后期加入适量的石灰造渣,并换较低的电压供电,炉料熔化90%以上可以吹氧助熔(如吹氧过早,会加大Cr元素的烧损),吹氧压力5-8kg/M2,助熔后加3K/T的硅钙粉还原初期渣。炉料熔清后,充分搅拌钢水,取钢样分析C、P、Cr、Ni、Mn、Cu等,吹氧前要求渣料量2%左右。
2.2氧化期
吹氧脱碳条件:配碳配硅量合格,温度(热电偶)≥1580℃;Cr≤10%,温度≥1600℃(热电偶);Si≥0.70%,较高碱度(CaO:SiO2=2-3),尽量低的[FeO],[FeO]≤1.0%;吹氧前按0.70%补加硅铁以利升温,达到去碳保铬的目的,且提高炉渣的流动性。
开始吹氧不必停电,吹氧管插在三电极中间,深度100-150mm,吹氧压力20-25kgf/cm,吹氧过程中分批加入适量Si-Ca粉,当碳焰经炉门及电极孔大量喷出时,立即停电吹氧,抬起电极。吹氧要连续进行不得中断。待碳焰收缩,根据吹氧时间、氧气消耗量及碳焰的收缩情况,判定终点碳定在0.05-0.08%时应立即停止吹氧。
2.3还原期
在停止吹氧后,熔池温度急剧升高,立即插铝1.5kg/t,添加硅钙3-4kg/t,使钢液脱氧,并按所冶炼材质规格的中下限加入金属锰和烤红的铬铁,以利于降低炉膛温度和加速合金熔化。合金加入后,立即用耙子推动熔池内合金,随之一次加入炉料量1.0%的Si-Ca粉和Si-Fe粉混合还原剂进行还原。
结束语
综上所述,电弧炉返回法冶炼不锈钢时,通过冶炼配料、装料操作、选择合理的脱碳量和脱碳温度,可以在一定程度上提高铬的回收率,降低冶炼成本。
参考文献
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[2]杨斌虎,周保仓.电弧炉不锈钢冶炼过程中的成本资源高效率[J].太钢译文,2013
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