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怎样提高不锈钢电炉冶炼中铬元素收得率


时间:2020-08-10 09:55  来源:未知   作者:admin  点击:
201不锈钢板202不锈钢板304不锈钢板无锡不锈钢板厂家无锡鑫晟荣不锈钢2020年8月10日讯 21世纪以来,我国不锈钢工业进入高速发展时期,不锈钢产量快速增长。然而,我国的铬矿储量较为贫乏,国内钢铁企业的铬原料大部分依赖于进口,对外依存度超过80%以上。目前,不锈钢冶炼多采用电炉—AOD 工艺进行冶炼,电炉的作用是为AOD工序提供初炼预溶液,即将含有Cr、Ni 的废钢、生铁或其他物料熔化后提供给AOD 炉进一步脱C 冶炼。作为熔化不锈钢废钢的电炉工序,为了提高生产效率并节约电能,往往在电极熔化废钢的同时吹入氧气,达到升温助熔的目的。但是,吹氧过程不可避免地使得钢中铬元素严重氧化,使得电炉出钢后铬元素的收得率显著降低[2],增加不锈钢的生产成本。所以,提高电炉冶炼不锈钢过程中铬元素的收得率,是节约铬资源的需要,也是钢铁企业降本增效的主要途径,已成为冶金工作者在生产实践中关注的重要课题。
1 电炉中铬损失的因素与控制方法
不锈钢中的铬元素在冶炼过程中与钢水中的溶解氧、气氛中的氧气和钢渣中的氧化物会发生氧化反应。当电炉中炉料开始熔化时,铬元素的氧化随之开始,尤其在吹氧助熔过程中氧化反应更加强烈,这是电炉中钢水铬损失最主要的途径,且一直持续到出钢。不锈钢的配料通常有废钢(碳钢、合金钢和不锈钢) 和铁合金(Fe- Cr、Fe- Cr、Fe-Mn 和Ni 等)组成。同时,原料中也不可避免地存在不同数量和类型的氧化物,特别是修磨产生的金属屑末。这些氧化物在熔化后均会与钢水中的Cr 发生反应。炉料熔化过程中,还原剂会加入到电炉中回收以氧化铬形式存在于渣中的Cr,还原剂熔池由Fe- Si、Al 和造渣剂比如石灰等组成。炉料完全熔化后,把钢水倒入AOD中。在电炉出钢的过程中,钢水吸氧,还会有0.27%~0.33%的铬损失[3-6]。
因此,如果要减少Cr 的损失,主要应关注如何减少铬的氧化与如何做好铬的氧化物还原工作。关于炉料,虽然知道应减少氧化物原料的加入量,但由于废钢市场价格的影响,炉料设计最终是由成本决定的,故无法避免金属屑末等氧化物的使用。关于吹氧温度,高温吹氧有利于脱碳保铬,但由于电炉吹氧主要是为了利用钢水氧化放热而助熔,所以需在钢水局部熔化即开始吹氧,钢水中铬的氧化无法避免。综上所述,电炉中的铬损失只能通过钢水、钢渣的成分以及钢渣碱度的调整来控制。
2 试验方法与设备
本文试验均以电炉冶炼304 不锈钢预熔液为例,研究上一年度实际生产的100 余炉钢水中Si 含量和钢渣碱度对钢水出钢后铬收得率的影响,从而可优化参数,指导生产实践。电炉关键设备参数见下页表1,出钢化学成分见下页表2。
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3 试验结果与讨论
3.1 Si 含量对钢水铬回收率的影响
在炼钢过程中,脱氧剂通常使用锰、硅和铝。由于锰的氧化、还原反应的热力学性质与铬很相近,二者与氧结合的能力相当,所以在富铬钢渣中,锰难以起到还原剂的作用,主要是用硅和铝作为还原剂。从经济上考虑,由于硅和铝的成本相差很大,且1 kg的75%硅铁和1 kg 铝还原出的铬相当,因此还原剂选用硅铁更为经济。还原反应如式1 所示,可见提高钢液中的Si 含量,可以促进还原反应的进行。
2/3(Cr2O3)+[Si]=[SiO2]+ 4 3 [Cr] . (1)
在上一年度实际生产的100 余炉中选取钢渣碱度在1.3~1.4 范围内的数据,共22 炉,以钢水Si 含量为横坐标,以钢水Cr 收得率为纵坐标,绘于图1,图中直线为22 炉数据以最小二乘法拟合得到。由图1 可见,随着钢水中Si 含量的提高,Cr 的收得率有逐渐升高的趋势。当钢水中w(Si)<2.1%时,数据中出现了很多Cr 收得率低于90%的情况,而当钢水中w(Si)>2.1%时,钢水Cr 收得率基本均在95%以上,得到了很好的还原效果。
3.2 钢渣碱度对钢水铬回收率的影响
关于电炉中钢渣碱度的选择,有文献[7]认为电炉钢渣碱度升高会使渣中氧化铬含量降低,即对铬的回收有利。当电炉钢渣碱度在1.1~1.6 之间时,对应的钢渣中氧化铬含量最低。当电炉钢渣的碱度大于1.8 时,钢渣黏度显著增加,阻碍了钢渣中氧化铬的还原反应,导致铬的收得率回落。从本厂上一年度实际生产的100 余炉中选取钢水Si 的质量分数在1.9%~2.1%范围内的数据,共25 炉,以钢渣碱度为横坐标,以钢水Cr 收得率为纵坐标,绘于图2,图中直线为25 炉数据以最小二乘法拟合得到。由图2 可见,在本厂实际生产过程中,在碱度高于1.4 后,Cr收得率出现明显增加,普遍达到95%以上,已达到较为满意的还原效果。
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3.3 生产实践
前两节分别考虑了电炉钢水中Si 含量和电炉钢渣碱度对于铬收得率的影响,得到的较优参数为钢水w(Si)>2.1%,钢渣碱度高于1.4。但在实际生产中,钢水中Si 含量和钢渣的碱度并不能一味地提高。这是由于随着钢渣碱度的升高,钢渣黏度增加,液渣界面减少,铬的还原反应条件被限制,表现为随着钢渣碱度的继续升高,铬的还原反应趋于某一极限值。而对于钢水中的Si 含量,也不能一味地提高。钢渣的碱度是w(CaO)和w(SiO2)的比值,当Si 含量升高时,为保证合适的钢渣碱度,CaO 的加入量也相应增加,这便导致了电炉中渣量的增加,以及冶炼辅料、电耗成本的增加。基于此,本年度生产实践选用了电炉钢水w(Si)范围2.1%~2.3%,电炉钢渣碱度范围1.4~1.6 的生产工艺。生产工艺改进前、后的Cr 收得率统计数据如图3 所示。由图3 中可见,生产工艺改进后,Cr 收得率平均值由之前的94.1%上升至95.4%。
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4 结论
本文分析了电炉中铬损失的因素和控制方法,研究了钢水中Si 含量和钢渣碱度对铬收得率的影响规律,结论如下:
1)随着钢水中Si 含量的提高,电炉中Cr 收得率随之升高。当钢水中w(Si)>2.1%时,钢水Cr 收得率基本均在95%以上,得到了很好的还原效果。
2)随着电炉钢渣碱度的升高,电炉中Cr 收得率随之升高。当钢渣碱度大于1.4 时,Cr 收得率普遍达到95%以上。
3)将电炉钢水Si 的质量分数控制在2.1%~2.3%,电炉钢渣碱度控制在1.4~1.6 范围内时,Cr 收得率平均值由改进前的94.1%上升至95.4%。
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