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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Cr Ni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 -8 kg /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
[1]朱怀文.电弧炉冶炼不锈钢如何提高Cr的收得率[J].科学时代，2010
[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
[3]蒋波.电弧炉不锈钢的熔炼工艺[J].科学与财富，2016
论文作者:卢泽坚
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/30
标签：脱碳论文; 母液论文; 不锈钢论文; 电弧炉论文; 成本论文; 炉渣论文; 含量论文; 《建筑学研究前沿》2018年第13期论文;