不锈钢冶炼（精选四篇）
不锈钢冶炼 篇1
江苏某不锈钢厂主要产品是不锈钢。2006年对某不锈钢厂生产线进行改造后, 不锈钢生产线以2台30 t EBT (Eccentric Bottom Tapping) 电弧炉配2台30 t AOD (Argon Oxygen De-carbon) 炉和1台VOD (Vacuum Oxygen De-carbon) 炉, 加上LF (Ladle Furnace) 炉保温, 实现连铸机不锈钢多炉连浇。由于EBT电弧炉炉衬寿命低 (一般50炉左右) , 必须停炉修砌, 与AOD炉的100炉炉衬寿命无法匹配, 严重影响不锈钢生产, 为此不锈钢厂对不锈钢电弧炉工艺、造渣缺陷以及炉渣发泡技术进行研究, 使不锈钢电弧炉炉衬寿命从50炉提高到80炉, 满足了不锈钢生产线的基本要求, 同时还取得了缩短冶炼时间和降低电耗的效果。其中不锈钢电弧炉炉渣发泡技术的成功应用, 解决了含Cr2O3 高的粘稠炉渣难以发泡的问题。
1 不锈钢电弧炉操作工艺改进
1.1 30 t EBT电弧炉主要参数
某不锈钢厂有2台30 t EBT 电弧炉, 用于冶炼不锈钢, 主要参数见表1。
1.2 电弧炉冶炼不锈钢工艺
(1) 进料后通电, 开始通电熔化时采用短弧小功率, 电流由小到大, 电极穿井后, 采用长弧最大功率送电, 整个熔化期在允许的条件下, 尽可能采用最大功率。
(2) 第一次进料通电至基本熔清 (90%) 后, 停电进第二次料。此过程禁止吹氧助熔, 进料后以长弧大功率继续通电。
(3) 通电至炉料基本熔清, 允许吹氧助熔切割四周冷钢。氧气压力≤1.0 MPa, 氧气用量≤5 Nm3/t, 若此时渣稠, 可加入用量小于5 kg/t碎硅铁 (FeSi75) 。
(4) 待炉料全熔清后加5～8 kg/t碎硅铁 (FeSi75) , 充分搅拌、测温取样分析。
(5) 当T=1 660°C, 如果炉渣流动性好, 成分合适, 流出部分炉渣, 当钢包就位, 即可出钢, 出钢后炉内留钢约5 t。
(6) 当钢水流出7 t左右时, 补加合金, 出钢时应尽量避免炉渣带出。
1.3 操作工艺改进
改造前, 冶炼不锈钢电弧炉炉衬寿命仅为50炉左右, 造成电弧炉炉龄低的主要原因除炉壳直径为偏小、电弧辐射大、热点区易于损坏外, 电弧炉的操作工艺、造渣制度不合理也是一个重要原因。通过对操作工艺及造渣制度的不断改善, 不锈钢电弧炉炉衬寿命提高到70炉左右, 其主要改进措施是:
(1) 通电方式以小电压、大电流操作, 减少电弧辐射, 电压要求用最小档, 电流为28 kA。第一罐炉料熔清后, 进第二罐料。
(2) 进第二罐料时, 每炉加300～500 kg石灰。
(3) 根据AOD炉生产节奏控制电弧炉出钢时间, 如果由于AOD炉原因使电弧炉出钢时间需要延迟时, 应在进第二罐料后停电等待。
(4) 减少硅铁总加入量。如果熔化时炉渣稠, 则加入≤2 kg/t碎硅铁, 如果熔化后炉渣粘, 则加入≤3 kg/t的碎硅铁。
(5) 降低出钢温度, 当T≥1 640°C时, 即可出钢, 同时要求在升温操作时流出渣量≥50%, 以便加快升温。
实施改进措施后, 满足了2台EBT电弧炉配1台AOD炉进行不锈钢生产的需要, 但如果要进一步满足2台EBT电弧炉配2台AOD炉生产不锈钢, 就需要进一步采取措施, 因此开发冶炼不锈钢电弧炉炉渣发泡工艺, 使电弧埋入渣中, 是进一步提高电弧炉炉龄的重要措施。
2 冶炼不锈钢电弧炉炉渣发泡试验
2.1 模拟实验
在1 600°C高温炉中进行了炉渣发泡模拟实验, 结果确认:
(1) 不含Cr2O3 的炉渣, 采用外引气源 (Ar) , 在1 600°C时, 熔融炉渣相对发泡高度可以达到3%～5.5 %, 发泡性能较好的炉渣成分见表2。
(2) 含5%～14.29% Cr2O3的炉渣, 采用外引气源 (Ar) , 在1 600°C时, 熔融炉渣相对发泡高度为2.5。所以对于不锈钢电弧炉炉渣, 只要调整成分合适, 并且提供气源, 是可以较好地发泡, 不必顾忌渣中Cr2O3高、炉渣稠难以发泡的问题。发泡性能好的炉渣成分见表3。
2.2 生产试验
2.2.1 泡沫剂配制原则
(1) 发泡效果要明显。为此从两方面着手:首先调整原溶炼不锈钢电弧炉炉渣成分, 使之与模拟实验中含Cr2O3 的发泡性能好的炉渣成分相近;然后采用碳酸盐作为内生气源。
(2) 有一定的经济效益, 使用泡沫剂后产生的效益要大于泡沫剂本身的价格。
(3) 操作方便, 不增加炉前工人劳动强度。
该钢厂使用的泡沫剂成分见表4。
2.2.2 试验工艺
使用泡沫剂时, 电弧炉配料与原工艺要求相同, 只是500 kg石灰不加;进第二罐废钢前, 加入1.4 t泡沫剂;开始吹氧升温后, 要求持续发泡时间为25 min, 所以碳酸盐粒度是否合适是至关重要的;只要炉渣流动性能好, 在熔化和吹氧升温时, 可以不加入碎硅铁。
2.2.3 试验结果及其分析
(1) 炉龄提高。
试验在不锈钢厂2号炉上进行, 试验时该炉已冶炼152炉碳钢, 接着转炼不锈钢计56炉, 综合炉龄达到208炉, 是不锈钢厂改造后最好的炉龄指标。观察2号炉残砖最薄处为220 mm (原始砖厚为450 mm) , 并且炉衬侵蚀均匀, 仍可继续使用。而不使用泡沫剂的残砖厚度仅为50 mm。使用泡沫剂前后, 渣中MgO从23.63%～32.32%降低到10%, 说明炉衬中MgO侵蚀量减少。其原因是:加入泡沫剂后, 使炉渣成分和性能满足发泡的要求, 同时泡沫剂中碳酸盐分解放出气体, 使炉渣呈泡沫状, 从而把裸露的电弧埋入渣中, 减少了弧光对炉衬的热辐射, 提高了炉衬寿命。
(2) 硅铁用量减少。
加入泡沫剂后, 在熔化和升温过程中, 炉渣流动性较好, 使原来每炉250 kg的硅铁不需要再加入。显然, 加入硅铁的目的是使渣中Cr2O3还原, 从而降低炉渣熔点、增加流动性, 而泡沫剂中各个组份都有助于降低炉渣溶点、增加流动性, 所以硅铁用量减少是必然的。
(3) 电耗和冶炼时间减少。
使用泡沫剂后, 冶炼不锈钢的电耗和冶炼时间比较见表5。
注:*不使用泡沫剂;**使用泡沫剂
从表5中可知:4月份生产不锈钢的平均冶炼时间和电耗均低于2月份, 并且2号炉指标优于1号炉, 炉渣发泡后使电弧较好地埋入渣中, 从而减少对炉衬的辐射热以及有利提高热效率。因为装料条件、工艺要求、出钢炉数等基本相同, 2号炉熔清Cr高于1号炉, 说明熔损减少。
3 结 论
(1) 改进冶炼不锈钢电弧炉工艺、造渣制度和采用炉渣发泡技术后, 使电弧炉炉龄从50炉提高到80炉以上, 有望达到120炉, 这样1台30 t EBT电弧炉, 就能与1台30 t AOD炉相匹配。
(2) 实验室和现场试验确认, 含14 % Cr2O3的不锈钢电弧炉炉渣能够发泡, 解决了不锈钢电弧炉炉渣难于发泡的问题。关键是所使用的泡沫剂要能调整电弧炉炉渣的发泡性能及提供发泡气源。
(3) 不锈钢电弧炉使用炉渣发泡技术后, 使炉衬寿命提高, 同时电耗、冶炼时间和Cr熔损均不同程度地减少, 取得较好的经济效果。
参考文献
[1]徐恩义, 等.80 t钢包精炼炉 (LF) 埋弧渣工艺分析[J].特殊钢, 2001, (6) :42—44.
[2]俞海明, 等.70 t DC电弧炉泡沫渣操作技术的改进[J].炼钢, 2001, (5) :5—7.
不锈钢冶炼工艺流程的分析比较 篇2
当前，我国作为不锈钢生产和消费大国，不锈钢种类繁多，根据钢种用途及原材料的不同形成了不同的冶炼工艺路线。近几年来，我国不锈钢冶炼技术沿着提高生产率、简化工艺、降低生产成本和提高钢水质量的方向发展，在原材料和工艺装备方面得以不断优化。
三种冶炼工艺各有优缺
目前世界上生产不锈钢的冶炼工艺主要分为一步法、二步法和三步法，其中EAF+AOD（电弧炉+氩氧精炼炉）的两步法工艺约占70%，三步法工艺约占20%。随着低磷铁水被广泛应用于不锈钢生产，新型一步法不锈钢冶炼工艺也被越来越多的不锈钢生产企业采用。为适应不锈钢市场的激烈竞争，提高产品质量同时也降低生产成本，我国各企业应根据自身的实际情况选择合适的不锈钢冶炼工艺。
一步法不锈钢冶炼工艺。早期的一步法不锈钢冶炼工艺，是指在一座电炉内完成废铁熔化、脱碳、还原和精炼等工序，将炉料一步冶炼成不锈钢。随着炉外精炼工艺的不断发展以及AOD炉在不锈钢生产领域的广泛应用，这种仅用电炉冶炼不锈钢的一步法冶炼生产工艺由于冶炼周期长、作业率低、生产成本高，被逐步淘汰。
目前很多不锈钢生产企业采用部分低磷或脱磷铁水代替废钢，将铁水和合金作为原料进入AOD炉进行不锈钢的冶炼，由此形成了新型一步法冶炼工艺。新型一步法冶炼工艺与早期一步法相比在生产流程上取消了电炉这一冶炼环节，其优点包括：一是降低投资；二是降低生产成本；三是高炉铁水冶炼降低了配料成本，降低了能耗，提高了钢水纯净度；四是废钢比低，适应现有的废钢市场；五是对于冶炼400系列不锈钢尤为经济。
但新型一步法对原料条件和产品方案具有一定要求：一是要求AOD入炉铁水磷含量低于0.03%以下，因此冶炼流程中须增加铁水脱磷处理环节；二是不适用于成分复杂、合金含量高的不锈钢品种。
新型一步法不锈钢生产工艺目前被广泛应用于生产400系列不锈钢。作为发展中国家，我国废钢资源缺乏，又是极度贫镍的国家，加之400系列不锈钢在日常生活和工业生产领域的应用范围越来越广，这些客观条件都使得新型一步法不锈钢冶炼被越来越多的生产企业采用。
二步法不锈钢冶炼工艺。二步法不锈钢代表工艺路线为EAF→AOD、EAF→VOD（电弧炉→VOD真空精炼炉）。EAF→AOD工艺的产能目前占世界不锈钢产能的70%左右，其中EAF炉主要用于熔化废钢和合金原料，生产不锈钢预熔体，不锈钢预熔体再进入到AOD炉中冶炼成合格的不锈钢钢水。
二步法不锈钢冶炼工艺被广泛应用于生产各系列不锈钢，其优点包括：电炉对原材料要求不高，生产周期相对于一步法工艺稍短，灵活性好，可生产除了超低碳、氮不锈钢外95%的不锈钢品种。
但二步法在介质消耗、品种方案等方面仍须注意以下三点：一是近年来随着冶炼工艺的进步和操作水平的提高，两步法冶炼工艺的氩气等介质消耗量明显减少，但相比一步法和三步法其氩气等介质消耗仍稍大；二是AOD炉脱碳到终点时，钢水中氧含量较高，须加入硅铁还原钢水中的氧，因此硅铁耗量高；三是目前还不能用于生产超低碳、氮不锈钢，且钢中含气量较高。
三步法不锈钢冶炼工艺。三步法的基本工艺流程为：初炼炉→复吹转炉/AOD炉→真空精炼装置。三步法是冶炼不锈钢的先进方法，产品质量好，适用于专业化的生产厂家，也适用于联合钢铁企业的不锈钢生产。
不锈钢三步法是在二步法的基础上增加了深脱碳的环节，其冶炼工艺优点为：一是各环节分工明确，生产节奏快，操作优化；二是产品质量高，氮、氢、氧和夹杂物含量低，可生产的品种范围广；三是可采用铁水冶炼，对原料的要求也不高，原料选择灵活。
不过，三步法不锈钢冶炼工艺将冶金功能分步实现，对生产投资会产生以下影响：一是增加了工艺环节，投资和生产成本较高；二是真空装备系统复杂，维护量大。
联合型钢企工艺选择较灵活
不锈钢生产企业的原材料条件、生产规模、产品方案、操作成本和工人的操作**惯等因素都会影响不锈钢冶炼生产工艺的选择。由于原材料、操作成本和产品方案等因素受市场波动影响较大，现代化的不锈钢冶炼车间生产工艺的选择应具有一定的灵活性，能根据市场条件调整生产工艺和产品方案。
我国大型不锈钢生产企业大部分都是联合型钢铁企业，例如太钢、酒钢和宝钢等企业，均是既生产不锈钢同时也生产碳钢。对于这些联合型钢铁企业，原材料范围比较广，既有充足的铁水供应，也有能满足需要的废钢，这些企业在不锈钢冶炼工艺路线的选择上具有较大的灵活性。
太钢不锈钢冶炼工艺。太钢设有3个不锈钢冶炼车间，即第三炼钢厂、第二炼钢厂南区和第二炼钢厂北区。
第三炼钢厂采用的冶炼工艺流程为：EAF→AOD，主要生产双相不锈钢、耐热钢、高合金不锈钢和高附加值不锈钢种。第二炼钢厂南区采用的冶炼工艺流程为：铁水预处理→K-OBM-S炉→VOD→LF炉，主要用于生产铁素体和马氏体不锈钢。第二炼钢厂北区采用的冶炼工艺流程为：脱磷转炉→AOD→LF炉/VOD和电炉→AOD→LF/VOD。第二炼钢厂北区工艺路径灵活，既可以采用新型一步法，也可以采用两步法和三步法生产不锈钢。
酒钢不锈钢冶炼工艺。酒钢不锈钢炼钢车间冶炼生产工艺配置为：1座铁水罐顶喷脱磷站、1座脱磷转炉、1座EAF、2座AOD、2座LF精炼炉。其产品覆盖范围广，包括200系、300系和400系不锈钢。
酒钢不锈钢炼钢车间主要采用以下两种流程进行不锈钢冶炼：流程一是铁水罐顶喷脱磷→EAF→AOD→LF，为两步法生产工艺，主要用于生产200系和300系不锈钢；流程二是脱磷转炉→AOD→LF，为新型一步法生产工艺，主要用于生产400系列的部分钢种。
宝钢股份不锈钢分公司冶炼工艺。宝钢股份不锈钢分公司不锈钢生产工艺配置为：2座铁水罐顶喷脱磷站、2座120tEAF、2座135tAOD、1座LTS处理站和1座120tVOD。宝钢股份不锈钢分公司采用的工艺流程比较多样化。流程一：铁水罐顶喷脱磷→EAF→AOD→LTS处理站/VOD，生产200系、300系和400系不锈钢；流程二：铁水罐顶喷脱磷→AOD→VOD，生产200系和400系的部分钢种；流程三：电炉→AOD→LTS处理站/VOD，生产200系、300系和400系不锈钢。
从上述对比分析来看，我国大型不锈钢生产企业均以新型一步法和二步法作为不锈钢生产的主要工艺流程，只有在生产超低碳、氮等高品质不锈钢时才使用三步法工艺流程。
因地制宜选择工艺路线
不锈钢冶炼工艺路线的确定，首先应以产品大纲为出发点，以不锈钢冶炼的原料组成和不锈钢精炼机理为依据，选择合适的不锈钢冶炼工艺路线。对于大型不锈钢生产企业，车间工艺设备的配置应能满足多样化工艺路线的选择要求，从而满足原料价格大幅波动的需要，适时更新和选择最佳的原料配比方案，同时冶炼设备应能满足不同原料配比的冶炼工艺。
不锈钢冶炼 篇3
关键词：奥氏体不锈钢；真空冶炼炉；焊接缺陷；产生原因 ；防治措施
引言
不锈钢是不锈耐酸钢的简称，按合金元素和显微组织不锈钢可分成五种类型：马氏体钢；铁素体钢、奥氏体钢、沉淀硬化钢；双相钢。其中奥氏体不锈钢是在铬含量为18%的铁素体型不锈钢中加入Ni、Mn、N等奥氏体形成元素而获得的钢种系列，它是目前工业上应用最广的不锈钢，被广泛应用于化工容器、食品工业和机械设备中，真空冶炼炉普遍采用奥氏体不锈钢作为炉体材料。
1.奥氏体不锈钢的焊接缺陷
1.1.晶间腐蚀
产生在晶粒之间的腐蚀，其导致晶粒间的结合力丧失，强度几乎完全消失，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂。
1.1.1.产生原因
根据贫铬理论，焊缝和热影响区在加热到450～850℃敏化温度（危险温度区）时，由于 Cr原子半径较大，扩散速度较小，过饱和的碳向奥氏体晶粒边界扩散，并与晶界的铬化合物在晶界形成Cr23C6，造成贫铬的晶界，不足以抵抗腐蚀的程度。
1.1.2. 防止措施
1.1.2.1.控制含碳量 采用低碳或超低碳（W（C）≤0.03%）不锈钢焊接焊材。。
1.1.2.2.添加稳定剂 在钢材和焊接材料中加入Ti、Nb等与C亲和力比Cr强的元素，能够与C结合成稳定碳化物，从而避免在奥氏体晶界造成贫铬。常用的不锈钢材和焊接材料都含有Ti、Nb，如1Cr18Ni9Ti、E347-15焊条、H0Cr19Ni9Ti焊丝等。
1.1.2.3. 采用双向组织 由焊丝或焊条向焊缝中熔入一定量的铁素体形成元素，如 Cr、Si、AL、 MO等，以使焊缝形成为奥氏体+铁素体的双相组织，因为Cr在铁素体内扩散速度比在奥氏体中快，因此Cr在铁素体内较快的向晶界扩散，减轻了奥氏体晶界的贫铬现象。一般控制焊缝金属中铁素体含量为5%～10%，如铁素体过多，会使焊缝变脆。
1.1.2.4.快速冷却 因为奥氏体不锈钢不会产生淬硬现象，所以在焊接过程中，可以设法增加焊接接头的冷却速度，如焊件下面用铜垫板或直接浇水冷却。在焊接工艺上，可以采用小电流、大焊速、短弧、多道焊等措施，缩短焊接接头在危险温度区停留的时间，以免形成贫铬区。
1.1.2.5.进行固溶处理或均匀化热处理 焊后把焊接接头加热到1050～1100℃，使碳化物又重新溶解到奥氏体中，然后迅速冷却，形成稳定的单相奥氏体组织。另外，也可以进行850～900℃保温2h的均匀化热处理，此时奥氏体晶粒内部的Cr扩散到晶界，晶界处Cr量又重新达到了大于12%，这样就不会产生晶间腐蚀了。
1.2.热裂纹
奥氏体不锈钢在焊接时热裂纹是比较容易产生的缺陷，包括焊缝的纵向和横向裂纹、火口裂纹、打底焊的根部裂纹和多层焊的层间裂纹等，特别是含镍量较高的奥氏体不锈钢更容易产生。
1.2.1.产生原因
1.2.1.1.奥氏体不锈钢的液、固相线的区间较大，结晶时间较长，且单相奥氏体结晶方向性强，所以杂质偏析比较严重。
1.2.1.2.导热系数小，线膨胀系数大，焊接时会产生较大的焊接内应力（一般是焊缝和热影响区受拉应力）。
1.2.1.3.奥氏体不锈钢中的成分如C、S、P、Ni等，会在熔池中形成低熔点共晶。例如， S与Ni形成的Ni3S2熔点为645℃，而Ni- Ni3S2共晶体的熔点只有625℃。
1.2.2.防止措施
1.2.2.1.采用双相组织的焊缝 尽量使焊缝金属呈奥氏体和铁素体双相组织，铁素体的含量控制在3～5%以下，可扰乱奥氏体柱状晶的方向，细化晶粒。并且铁素体可以比奥氏体溶解更多的杂质，从而减少了低熔点共晶物在奥氏体晶界的偏析。
1.2.2.2.焊接工艺措施 在焊接工艺上尽量选用碱性药皮的优质焊条、采用小线能量，小电流、快速不摆动焊，收尾时尽量填满弧坑及采用氩弧焊打底等，可减小焊接应力和弧坑裂。
1.2.2.3.控制化学成分 严格限制焊缝中 S、P等杂质含量，以减少低熔点共晶。
1.3.应力腐蚀开裂
金属在应力和腐蚀性介质共同作用下，发生的腐蚀破坏。应力腐蚀最大特点之一是腐蚀介质与材料的组合上有选择性。容易引起奥氏体不锈钢应力腐蚀主要是盐酸和氯化物含有氯离子的介质，还有硫酸、硝酸、氢氧化物（碱）、海水、水蒸气、H2S水溶液、浓NaHCO3+NH3+NaCl水溶液等介质等。
1.3.1.产生原因
应力腐蚀开裂是焊接接头在特定腐蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开裂现象。奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式，表现为无塑性变形的脆性破坏。
1.3.2.防止措施
1.3.2.1.合理制定成形加工和组装工艺 尽可能减小冷作变形度，避免强制组装，防止组装过程中造成各种伤痕。
1.3.2.2.合理选择焊材 焊缝与母材应有良好的匹配，不产生任何不良组织，如晶粒粗化及硬脆马氏体。
1.3.2.3.采取合适的焊接工艺 保证焊缝成形良好，不产生任何应力集中或点蚀的缺陷，例如，避免十字交叉焊缝，Y形坡口改为X形坡口、适当减小坡口角度、采用短焊焊道、采用小线能量。
1.3.2.4.消除应力处理 焊后热处理，如焊后完全退火或退火；在难以实施热处理时采用焊后锤击或喷丸等。
2.结 语
为了保障真空冶炼炉用奥氏体不锈钢的焊接质量，需要综合分析奥氏体不锈钢的焊接性能，根据具体产生的缺陷，分析其产生的原因，采取针对性的措施，以保证获得高质量的焊接接头。
参 考 文 献：
[1]张其枢，堵耀庭.不锈钢焊接[ M ] .北京：机械工业出版社.2004.
[2]张兰. 我国不锈钢焊接工艺研究现状及进展.山西冶金，2007（2）：1～5
[3]陈剑虹主编 焊接手册（第2卷）材料的焊接[M] 北京：机械工业出版社，2001.8.
[4]英若采主编 熔焊原理及金属材料焊接[M] 北京：机械工业出版社，2005.
电弧炉冶炼不锈钢技术应用与创新 篇4
兰石铸造公司电弧炉生产镍铬系不锈钢常用的是返回吹氧法冶炼不锈钢工艺方法, 经过长期的生产实践, 返回吹氧法冶炼存在如下问题:
1) 化学成分无法保证, 尤其是C和Cr;
2) 每次冶炼完炉子损坏严重;
3) 温度难以控制;
4) 回炉料使用限制在60%左右;
5) 合金化的回收率低, 冶炼成本高;
6) 电压、电流使用不合理。
特别是温度和成分控制是铸造公司冶炼镍铬系不锈钢需解决的突出问题。
2 高铬熔池中脱碳保铬的实践与分析
利用返回吹氧法冶炼时, 不锈钢返回料和部分合金是在装料时加入的, 炉料熔化以后, 钢液中的铬一般在10%～13%。为了清除钢液中的气体和非金属夹杂物, 需要进行吹氧脱碳手段, 但是在吹氧脱碳的过程中, 钢液中的铬也会被氧化, 钢液中含铬量愈高时, 铬的氧化烧损愈多[1]。因此, 如何能做到既脱掉钢液中的碳, 而又尽量保留其中的铬, 即所谓的“脱碳保铬”就成为冶炼过程控制的关键。“脱碳和保铬”是互相矛盾的两个方面, 经过长期实践, 总结出可从以下几个方面来更有效的解决这两个相互矛盾的方面。
2.1 高温
温度是指熔池中钢液的温度, 高铬熔池中进行冶炼时, 在一般的冶炼温度下 (1550～1600℃) 吹氧时, 铬较先于碳氧化。因为在此温度下, 铬和氧的亲和力比碳和氧的亲和力大, 即使铬含量很低时, 也是一样先被氧化[2]。所以一般的冶炼温度下不可能冶炼出高铬低碳钢。而当温度升高时, 情况则不同, 此时, 碳和氧的亲和力增强, 从而创造了高铬熔池钢液中脱碳 (即碳氧化) 保铬 (减少铬氧化) 的条件。
根据表1, 可以在冶炼过程中, 控制熔炼温度, 达到脱碳保铬的良好效果。
2.2 高压
供氧压力的高低影响熔池中供氧速度的大小, 也影响元素的氧化速度。供氧压力大, 对熔池搅拌作用强烈, 氧气、炉渣、金属液接触密切, 化学反应速度快, 冶炼时间短、热损失部分减少, 则熔池升温速度加快, 促使钢液温度升高, 利于冶炼反应正向进行。供氧压力愈大, 吹氧后铬损失愈小, 见表2。吹氧管由于气体的流量增大冷却效果增加并能被渣子保护, 消耗量由原来50根左右降低到现在8根左右;冶炼时间由原来吹氧时间1h左右降低到现在20min左右, 缩短了约30min, 炉衬的寿命明显提高。
2.3 高硅
在实际操作中, 为了解决熔化过程中熔化时间长、镍铬烧损严重难题, 提前在装料时加入10～15kg/t的FeSi, 由于硅和氧的亲和力大于铬和氧的亲和力, 硅先于铬被氧化, 每氧化1%的硅比每氧化1%的铬放出的热量多, 这样在熔化过程中用硅来保护铬, 降低铬的烧损, 与此同时, 硅氧化放出较大热量, 迅速提高了钢液温度, 为碳的提前氧化创造了条件, 通过实验证明, 熔化铬比原先提高了1.5%～2.0%, 熔化时间缩短了30min左右。
2.4 镍的影响
由于镍与氧亲和力较小, 在返回吹氧法冶炼时, 一般将镍按中上线配入炉料中。镍能提高碳的活度, 将镍全部配入炉料中对吹氧脱碳有利, 可以降低脱碳温度。如有10%左右镍存在时, 可使氧化末期在温度降低40～50℃情况下, 仍能达到同样的脱碳效果。
3 改进方法
在遵循电弧炉返回吹氧法冶炼不锈钢的原理基础上, 经过长时间、多炉次冶炼实践, 提出并实践了以下工艺改进方法。
3.1 配料
由原来使用60%返回料, 提高到现在的90%。由原来的加低磷钢锭, 改为现在加优质废钢。根据多炉次的冶炼和铁合金的加入情况及炉料损耗情况, 可减少配料总量, 在装料前炉底加入10～15kg/tFeSi、配入Ni到中上线。
3.2 熔化期
当炉料熔清后, 用FeSi粉还原, 如有大块炉料可用氧气切割, 不得将氧气吹入钢液, 以防止铬的氧化。当温度达到1600℃以上时, 根据炉渣情况, 决定是否放渣, 保证吹氧脱碳在薄渣下进行, 并为氧化做好准备。
3.3 氧化期
1) 把硅调整到1.0%～1.5%, 使在吹氧初期可起到保铬的作用同时活跃渣子, 也利于钢液升温;
2) 把熔清Ni控制10%左右, 因为镍能提高碳的活度, 也可使钢水活跃, 对吹氧脱碳有利而且可以降低脱碳温度40～50℃, 达到同样的脱碳效果;
3) 根据Cr/C和硅、镍的含量决定吹氧温度;
4) 吹氧压力提高到10～15kg/cm2, 双管连续吹氧;
5) 终点C的控制。经过长期冶炼实践, 证明脱C过低, 吹氧时间增长, 炉衬过热时间长, 特别是钢液中铬的烧损将显著增加, 炉衬明显被损坏。所以, 0Cr18Ni9碳应控制0.04%～0.06%;
6) 脱C速度要快 (连续快速吹氧, 不可间断) 。采用高温、高硅、高镍, 高压吹氧, 冶炼时间可缩短30min左右, 炉衬的寿命明显提高。
虽然吹氧温度达到1800℃, 通过采用高温、高压快速连续吹氧, 短时间内可将碳脱至工艺要求范围内, 然后采取加合金快速冷炉的方法, 使还原时间较以往缩短了40min左右, 可有效保护炉衬。经过多炉次试验, 冶炼完毕炉衬保护均良好。
3.4 还原期
要合理使用电压、电流, 避免电极增碳, 同时, 要控制好钢水温度。合金加入后应及时推拉搅拌, 把露于渣面上固体铬铁推入钢液中并分批加入还原剂进行还原。当加入的铁合金露于渣面上时, 应采用电压210V、电流10000A的供电制度;若铁合金埋入渣面下时, 则采用电压180V、电流8000～10000A的供电制度。还原期严禁短弧操作, 电极下降要同步。
4 结论
通过在10t电弧炉冶炼不锈钢中进行一系列的工艺技术改进和操作实践, 可使返回吹氧法冶炼不锈钢时返回料的使用量从60%提高到90%;通过高温、高压、高硅、双管连续吹氧、及时冷炉和合理供电等工艺技术和操作手段, 可大幅度提高不锈钢冶炼中铬的回收率, 并使冶炼时间缩短、吹氧管耗量降低, 同时, 可显著提高炉衬使用寿命、有效地降低工人的劳动强度和生产成本。
参考文献
[1]刘根来.炼钢原理与工艺[M].北京:冶金工业出版社, 2008.