電爐還原法冶煉Cr13 不銹鋼提高Cr 的回收率工藝探討

張如剛，田 剛，盧春光

（1.新疆佳域工業材料有限公司，新疆 烏魯木齊 830022；2.中鋼集團西安重機有限公司，陜西 西安 710201；3.陜鋼集團產業創新研究院有限公司，陜西 漢中 723000）

0 引言

Cr13 不銹鋼是一種常見的馬氏體不銹鋼，大量用于制作緊固件、閥體、軸泵套、耐蝕刃具和小軸承等零件[1]。生產Cr13 系列不銹鋼過程中，經電爐氧化、還原后，渣中的Cr2O3含量普遍高于20%。由于渣中SiO2、MgO 含量較高、堿度低以及Cr2O3活度低，形成的鎂鉻尖晶石和Cr2O3穩定[2]，難以還原。電爐出鋼后，這部分富鉻渣在入精煉爐前扒除，從而造成鉻元素的浪費，鉻的綜合回收率在84%左右，遠低于同行水平。通過工藝優化攻關，分期將渣中Cr2O3含量降低至5%以下，鉻收得率提高了12%，每年可節約鉻鐵240 t，大幅度降低生產成本。

1 生產工藝

本試驗實際工藝流程以30 t EAF—VOD—LF—模鑄冶煉Cr13 不銹鋼為背景，某鋼廠電弧爐采用返回法全廢鋼冶煉Cr13 系列不銹鋼，通過三個階段不同工藝試驗，最終固化最優方案，達到提質降本的效果。

1.1 第一階段工藝

1.1.1 電爐熔化期

爐底墊300～400 kg 石灰，給電時間60～90 min后，開始吹氧助熔，吹氧時，氧槍以切割料塊為主。熔化后期，氧槍以在渣鋼界面處吹為主，吹氧壓力為0.45～0.55 MPa。在助熔期間視爐渣流動性加入硅鐵，全熔后測溫取樣。

1.1.2 電爐氧化期

吹氧壓力為0.7～0.8 MPa，氧槍以深吹脫碳為主。期間視爐渣流動性加入硅鐵，以全熔試樣為依據加入高碳鉻鐵。再次測溫取樣，判斷粗調成分。

1.1.3 電爐還原期

主要成分合格后，加入脫氧劑：100 kg 硅鈣鋁粉、150 kg 硅鋁鋇球和140 kg 復合脫氧劑。5～10 min 后，溫度為1 630～1 650 ℃時出鋼。

1.2 第二階段工藝

1.2.1 電爐熔化期

爐底墊300～400 kg 石灰，給電時間≥90 min 后，開始吹氧助熔，吹氧時，氧槍以切割料塊為主，熔化后期氧槍以在渣鋼界面處吹為主，吹氧壓力為0.4～0.5 MPa，不允許加入硅鐵，全熔后測溫取樣。

1.2.2 電爐氧化期

吹氧壓力為0.7～0.8 MPa，氧槍以深吹脫碳為主。期間不允許加入硅鐵，以全熔試樣為依據加入高碳鉻鐵。再次測溫取樣，判斷粗調成分。

1.2.3 電爐還原期

主要成分合格后，加入60～80 kg 碳化硅，200～300 kg 石灰，加入脫氧劑：100 kg 硅鈣鋁粉、150 kg 硅鋁鋇球和140 kg 復合脫氧劑。加完脫氧劑10～15 min后，溫度為1 640～1 660 ℃時出鋼。

1.3 第三階段工藝

1.3.1 電爐熔化期

爐底墊500 kg 石灰，給電時間≥90 min 后，開始吹氧助熔，吹氧時氧槍以切割料塊為主，熔化后期氧槍以在渣鋼界面處吹為主，吹氧壓力為0.4～0.5 MPa，不允許加入硅鐵，全熔后測溫取樣分析。

1.3.2 電爐氧化期

溫度＞1 610 ℃時吹氧脫碳，吹氧壓力為0.7～0.8 MPa，氧槍以深吹脫碳為主。期間不允許加入硅鐵，以全熔試樣為依據補加高碳鉻鐵。再次測溫取樣，判斷粗調成分。

1.3.3 電爐還原期

主要成分合格后，先加100 kg 石灰，再加150～200 kg 硅鐵，加完硅鐵后不允許吹氧去碳，充分還原渣中FeO（當w（FeO）≤2%以下才有利于Cr2O3還原分解）。然后，加入200～300 kg 石灰，提高爐渣堿度，為Cr2O3還原分解創造條件，使堿度R 控制在1.0～1.5。然后加150 kg 硅鈣鋁粉、80 kg 碳化硅和200～300 kg 石灰，加完10～15 min 后，溫度為1 650～1 670 ℃時出鋼。

2 試驗結果

取以上三個階段的爐渣進行分析，逐步優化工藝，最終實現分期將渣中Cr2O3含量降低至5%以下，鉻收得率提高了12%，超額完成目標。各階段爐渣分析結果如表1、表2 和表3 所示，各階段試驗鋼及渣成分對比如圖1 所示。

圖1 各階段試驗鋼及渣成分對比

表1 第一階段試驗爐渣試樣分析結果

表2 第二階段試驗爐渣試樣分析結果

表3 第三階段試驗爐渣試樣分析結果

通過三個階段不同工藝試驗，不斷優化工藝。為減少高鉻合金電離損失，裝料時爐底墊500 kg 石灰，然后裝入高鉻。為減少高鉻氧化損失，有效給電時間≥90 min，爐料70%熔化吹氧助熔，助熔吹氧壓力控制在0.45～0.55 MPa，助熔時不許加入硅鐵合金，防止前期產生大量SiO2導致低堿度渣鉻鐵損失量增加，爐殼侵蝕。溫度≥1 610 ℃后吹氧去碳，在此期間可加入80 kg 碳化硅，提高爐渣堿度，降低吹氧時鉻鐵損失。終點碳質量分數被控制在0.50%～0.60%。

還原過程，先加入100 kg石灰，再加入150～200 kg硅鐵，加完硅鐵后不允許吹氧去碳，充分還原渣中FeO（當w（FeO）≤2%以下才有利于Cr2O3還原分解[3]）。然后，加入200～300 kg 石灰，提高爐渣堿度，為Cr2O3還原分解創造條件，使堿度R 控制在1.0～1.5。然后，加150 kg 硅鈣鋁粉、80 kg 碳化硅和200～300 kg 石灰，加完10～15 min 后，要求渣墨綠、流動性好。為防治精煉爐補加低鉻合金或鉻鐵合金量大，減少鉻鐵吹氧損失，溫度為1 650～1 670 ℃時出鋼。穩定工藝后，電弧爐終渣中w（Cr2O3）由前期平均14.46%降低至4.03%。

由圖2、圖3 可以看出，還原期將爐渣堿度R 控制在1.0～1.5，鋼液中w（Si）控制在0.3%左右，為Cr2O3還原分解創造了條件[4]，使電弧爐還原渣中w（Cr2O3）控制在5%以內。

圖2 電爐還原期不銹鋼渣堿度R 對Cr2O3 的影響

圖3 電爐還原期Si 含量對Cr2O3 的影響

3 結論

1）電弧爐全廢鋼還原法冶煉，為減少高鉻氧化損失，有效給電時間≥90 min，爐料70%熔化吹氧助熔，助熔吹氧壓力控制在0.45～0.55 MPa，助熔時不許加入硅鐵合金，可防止前期大量產生SiO2導致低堿度渣鉻鐵損失量增加，爐殼侵蝕。

2）還原期將爐渣堿度R 控制在1.0～1.5，鋼液中w（Si）控制在0.3%左右，可為Cr2O3還原分解創造條件，使電弧爐還原渣中w（Cr2O3）控制在5%以內。