镍系不锈钢低成本生产工艺实践
文章来源：310S不锈钢管
作者：外链代发
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2022-06-15 13:09:39
针对不锈钢原料价格高、电极价格不断上涨和不锈钢成本高的现状，分析了不锈钢原料铬镍生铁、高碳铬铁、铁水等原料特性，研究了原料中Si、C元素优化使用，利用中频炉、电炉、AOD等工序进行组合，开发了1601电炉+501中频炉双联法生产不锈钢预熔液工艺，实现了高碳铬铁与铬镍生铁分工序熔化，缩短了电炉冶炼时间，实现了电炉、中频炉与AOD节奏匹配；采用电炉+中频炉双联法工艺，开发了钢包内还原电炉渣中CrO，工艺，提高了铬回收率，降低了电极消耗。与原工艺相比，铬回收率提高2.2%，电极消耗降低0.8kgt，降低了不锈钢冶炼成本。
近年来，中国不锈钢市场需求和产能均呈快速增长趋势，中国已成为不锈钢生产及消费大国，2018年我国不锈钢产量2670万t，其中300系不锈钢生产量1282万t，占比48%，目前我国300系不锈钢主要采用电炉
-AOD二步法工艺生产。由于不锈废钢资源较少，价格高，目前国内不锈钢生产企业普遍采用铬镍生铁+高铬作为电炉主原料，EAF-AOD二步法工艺生产300系铬镍不锈钢，大量使用铬镍生铁替代纯镍或其他高品位镍，可以降低不锈钢冶炼成本。
太钢在炼钢二厂北区开发出以铬镍生铁为主原料的奥氏体不锈钢冶炼技术，该技术摒弃了以镍铁、不锈钢废钢为主原料的传统奥氏体不锈钢冶炼工艺，采用铬镍生铁、高铬为主原料，冶炼形成供AOD使用的含铬镍的不锈钢初始熔液（下文称预熔液），再进行精炼。由于铬镍生铁、高铬为块状合金，密度大，电炉冶炼过程中穿井困难，熔化速度慢，造成电炉电耗高，冶炼时间长，电极消耗高等现象，同时电炉吹氧助熔时加重了铬元素的氧化。为此，太钢于2013年投产3台50t高功率中频炉，用于熔化高铬，电炉熔化铬镍生铁，两个炉子熔化后的预溶液兑入同一钢包内，再兑入AOD进行精炼。
1电炉、中频炉工艺参数
1.1 160t电炉功能及主要参数太钢炼钢二厂2×160t不锈钢电炉投产于2006年10月，主要冶金功能是熔化合金、铬镍生铁、不锈废钢、渣钢等不锈钢原料，为AOD提供不锈钢预溶液，主要用于镍钢生产，电炉主要参数见表1。
1.2 50t中频炉功能与主要参数
太钢炼钢二厂50t中频炉具有熔化速度快、生产效率高、使用灵活、适应性强、金属烧损少、贵重元素收得率高等特点。中频炉主要技术参数见表2。
2冶炼工艺
2.1工艺流程
中频炉+电炉双联熔化预溶液兑AOD炉冶炼不锈钢工艺，主要生产镍铬系不锈钢，工艺路线见图1。
2.2中频炉冶炼特点
中频炉主要熔化高碳铬铁，高碳铬铁装人量为45~50t，根据计算选择合理的高碳铬铁种类，保证预熔液中铬含量、硅含量达到目标值，典型304不锈钢配料结构见表3。在熔化合金过程中，高碳铬铁分批加入，中频炉连续送电熔化，不进行吹氧，高碳铬铁全部熔化后，测温达到1630℃，停电出钢到不锈钢包内，出钢时不进行成分分析。
2.3电炉冶炼特点
160t电炉炉料主要是铬镍生铁、不锈废钢、渣钢等，装入量125t，典型304炉料配料结构见表3。电炉冶炼过程中吹氧脱硅助熔，加快炉料熔化，同时加入石灰、轻烧白云石进行造渣，保证炉渣碱度1.5，当炉料全部熔化，钢液中Si≤0.5%，温度1650℃，停电出钢，电炉钢渣混出到接有高铬熔液的钢包内，出钢过程在钢流充分搅拌下，炉渣与铬铁熔液中的硅发生还原反应，渣中Cr2O，被还原，出钢结束后进行扒渣，兑入AOD进行精炼。
3讨论分析
传统的镍不锈钢生产工艺为两步法，在电炉内进行废钢、铬镍生铁、高铬等合金的熔化，熔化过程中吹氧助熔，冶炼时间长，铬镍元素烧损多。开发的电炉+中频炉双联熔化不锈钢预熔液工艺，实现了铬元素与镍元素分工序熔化，与传统的电炉熔化不锈钢预熔液的冶炼工艺相比，具有以下特点：
（1）缩短了冶炼时间
传统工艺中电炉中加入铬镍生铁、高铬、渣钢等难熔固体原料，通电时间长，且在电炉出钢时炉内加硅铁进行还原炉渣中NiO、CrO3，这样使得电炉冶炼的过程相对延长，一般要90min冶炼一炉，而AOD冶炼时间在75min左右，造成电炉与AOD生产节奏不匹配。在新的双联工艺中，电炉与中频炉分别熔化不同种类炉料，中频炉熔化高碳铬铁，当温度合适时即可出钢，一般冶炼时间70min。
160t电炉主要熔化铬镍生铁、不锈钢废钢，由于装入量减少45~50t，电炉装料由两次变为一次，生产效率提高，冶时缩短为60min，电炉冶炼过程可适当减少吹氧量，降低金属和铬元素吹损。电炉+中频炉双联工艺的实施，实现了电炉与AOD炉冶炼节奏匹配。
（2）提高了铬的回收率
原工艺电炉原料主要为铬镍生铁、高碳铬铁、不锈废钢等高铬原料，电炉冶炼过程吹氧助熔，铬元素烧损严重，回收率偏低，一般在93%左右，电炉前期渣中Cr2O，含量较高（实测6%~10%，与炉料结构直接相关）。一直以来，电炉冶炼不锈钢都是将前期渣通过出渣门排入渣罐，然后将炉渣送往渣场处理，在排渣过程中，渣中不可避免的会带入一定量的钢水，致使铬收得率较低。
使用中频炉熔化高碳铬铁工艺后，电炉不再加入高碳铬铁，减少了电炉吹氧铬损失。电炉前期渣不再排入渣罐，而是在出钢时排入中频炉铬铁熔液的预熔包内，利用出钢钢流冲击进行充分搅拌，使高铬溶液中的2.5%
硅与电炉渣中Cr2O，发生还原反应，提高了铬收得率，铬的收得率达到95%以上。中频炉+电炉双联工艺钢包内还原渣中Cr2O，工艺与未使用中频炉工艺成分及铬收得率对比见表4。
（3）降低了电炉电极消耗
原工艺电炉装入量175t，且炉料中有50t高碳铬铁，电炉冶炼难度大，冶炼时间长，电极消耗较高。新工艺电炉装入量125t，中频炉熔化高铬没有电极消耗，电炉+中频炉预熔液电极消耗较原工艺降低0.8kgt。
近年来，中国不锈钢市场需求和产能均呈快速增长趋势，中国已成为不锈钢生产及消费大国，2018年我国不锈钢产量2670万t，其中300系不锈钢生产量1282万t，占比48%，目前我国300系不锈钢主要采用电炉
-AOD二步法工艺生产。由于不锈废钢资源较少，价格高，目前国内不锈钢生产企业普遍采用铬镍生铁+高铬作为电炉主原料，EAF-AOD二步法工艺生产300系铬镍不锈钢，大量使用铬镍生铁替代纯镍或其他高品位镍，可以降低不锈钢冶炼成本。
太钢在炼钢二厂北区开发出以铬镍生铁为主原料的奥氏体不锈钢冶炼技术，该技术摒弃了以镍铁、不锈钢废钢为主原料的传统奥氏体不锈钢冶炼工艺，采用铬镍生铁、高铬为主原料，冶炼形成供AOD使用的含铬镍的不锈钢初始熔液（下文称预熔液），再进行精炼。由于铬镍生铁、高铬为块状合金，密度大，电炉冶炼过程中穿井困难，熔化速度慢，造成电炉电耗高，冶炼时间长，电极消耗高等现象，同时电炉吹氧助熔时加重了铬元素的氧化。为此，太钢于2013年投产3台50t高功率中频炉，用于熔化高铬，电炉熔化铬镍生铁，两个炉子熔化后的预溶液兑入同一钢包内，再兑入AOD进行精炼。
1电炉、中频炉工艺参数
1.1 160t电炉功能及主要参数太钢炼钢二厂2×160t不锈钢电炉投产于2006年10月，主要冶金功能是熔化合金、铬镍生铁、不锈废钢、渣钢等不锈钢原料，为AOD提供不锈钢预溶液，主要用于镍钢生产，电炉主要参数见表1。
1.2 50t中频炉功能与主要参数
太钢炼钢二厂50t中频炉具有熔化速度快、生产效率高、使用灵活、适应性强、金属烧损少、贵重元素收得率高等特点。中频炉主要技术参数见表2。
2冶炼工艺
2.1工艺流程
中频炉+电炉双联熔化预溶液兑AOD炉冶炼不锈钢工艺，主要生产镍铬系不锈钢，工艺路线见图1。
2.2中频炉冶炼特点
中频炉主要熔化高碳铬铁，高碳铬铁装人量为45~50t，根据计算选择合理的高碳铬铁种类，保证预熔液中铬含量、硅含量达到目标值，典型304不锈钢配料结构见表3。在熔化合金过程中，高碳铬铁分批加入，中频炉连续送电熔化，不进行吹氧，高碳铬铁全部熔化后，测温达到1630℃，停电出钢到不锈钢包内，出钢时不进行成分分析。
2.3电炉冶炼特点
160t电炉炉料主要是铬镍生铁、不锈废钢、渣钢等，装入量125t，典型304炉料配料结构见表3。电炉冶炼过程中吹氧脱硅助熔，加快炉料熔化，同时加入石灰、轻烧白云石进行造渣，保证炉渣碱度1.5，当炉料全部熔化，钢液中Si≤0.5%，温度1650℃，停电出钢，电炉钢渣混出到接有高铬熔液的钢包内，出钢过程在钢流充分搅拌下，炉渣与铬铁熔液中的硅发生还原反应，渣中Cr2O，被还原，出钢结束后进行扒渣，兑入AOD进行精炼。
3讨论分析
传统的镍不锈钢生产工艺为两步法，在电炉内进行废钢、铬镍生铁、高铬等合金的熔化，熔化过程中吹氧助熔，冶炼时间长，铬镍元素烧损多。开发的电炉+中频炉双联熔化不锈钢预熔液工艺，实现了铬元素与镍元素分工序熔化，与传统的电炉熔化不锈钢预熔液的冶炼工艺相比，具有以下特点：
（1）缩短了冶炼时间
传统工艺中电炉中加入铬镍生铁、高铬、渣钢等难熔固体原料，通电时间长，且在电炉出钢时炉内加硅铁进行还原炉渣中NiO、CrO3，这样使得电炉冶炼的过程相对延长，一般要90min冶炼一炉，而AOD冶炼时间在75min左右，造成电炉与AOD生产节奏不匹配。在新的双联工艺中，电炉与中频炉分别熔化不同种类炉料，中频炉熔化高碳铬铁，当温度合适时即可出钢，一般冶炼时间70min。
160t电炉主要熔化铬镍生铁、不锈钢废钢，由于装入量减少45~50t，电炉装料由两次变为一次，生产效率提高，冶时缩短为60min，电炉冶炼过程可适当减少吹氧量，降低金属和铬元素吹损。电炉+中频炉双联工艺的实施，实现了电炉与AOD炉冶炼节奏匹配。
（2）提高了铬的回收率
原工艺电炉原料主要为铬镍生铁、高碳铬铁、不锈废钢等高铬原料，电炉冶炼过程吹氧助熔，铬元素烧损严重，回收率偏低，一般在93%左右，电炉前期渣中Cr2O，含量较高（实测6%~10%，与炉料结构直接相关）。一直以来，电炉冶炼不锈钢都是将前期渣通过出渣门排入渣罐，然后将炉渣送往渣场处理，在排渣过程中，渣中不可避免的会带入一定量的钢水，致使铬收得率较低。
使用中频炉熔化高碳铬铁工艺后，电炉不再加入高碳铬铁，减少了电炉吹氧铬损失。电炉前期渣不再排入渣罐，而是在出钢时排入中频炉铬铁熔液的预熔包内，利用出钢钢流冲击进行充分搅拌，使高铬溶液中的2.5%
硅与电炉渣中Cr2O，发生还原反应，提高了铬收得率，铬的收得率达到95%以上。中频炉+电炉双联工艺钢包内还原渣中Cr2O，工艺与未使用中频炉工艺成分及铬收得率对比见表4。
（3）降低了电炉电极消耗
原工艺电炉装入量175t，且炉料中有50t高碳铬铁，电炉冶炼难度大，冶炼时间长，电极消耗较高。新工艺电炉装入量125t，中频炉熔化高铬没有电极消耗，电炉+中频炉预熔液电极消耗较原工艺降低0.8kgt。
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