节能型不锈钢冶炼工艺设计

王 永

(中冶东方工程技术有限公司秦皇岛研究设计院，河北 秦皇岛 066004)

节能型不锈钢冶炼工艺设计

王 永

(中冶东方工程技术有限公司秦皇岛研究设计院，河北 秦皇岛 066004)

近年不锈钢产能增量已经超过需求增量，并有进一步过剩趋势，倒逼企业追求高效节能化。开发了一种从矿到成品的不锈钢节能冶炼工艺。分别以红土镍矿和铬粉矿为原料采用先进冶炼工艺获得镍、铬铁水，两者直接热送AOD炉进行不锈钢冶炼，可大幅降低生产成本。

红土镍矿；铬粉矿；矿热炉；不锈钢

0 前言

从上世纪90年代末，国家开始促进不锈钢冶炼起，已近二十年，期间我国不锈钢产业得到飞速发展。特别是近十年，年增长速度超过30%，2014年粗钢产量已突破2 000万t，占全球产量的比重超过一半，为52%。生产企业从仅有太钢、上钢及几个老的特殊钢厂到现在国营、民营、合资不锈钢企业百花齐放。伴随着产能和生产企业数量的快速增长，加之市场需求增速有限，不锈钢行业将面临产能过剩，生产企业竞争加剧的局面，那些成本高昂的产能必将首先被淘汰。本文所开发的节能型不锈钢生产工艺是一种区别于传统不锈钢冶炼、追求能耗最低化的新型生产工艺，在生产成本控制方面有较强优势。

1 传统不锈钢冶炼

1.1 冶炼方法

不锈钢的传统冶炼工艺可分为一步法、二步法和三步法。其中一步法通常采用电炉来融化废钢、铬镍等合金，并进一步精炼成不锈钢。这种生产工艺由于冶炼周期长，作业率低，生产成本高，废钢质量及来源受限等原因在目前的工业化生产中已难觅踪迹。

二步法主要是以电炉为初炼炉熔化废钢及合金料以生产不锈钢初炼钢水，然后将初炼钢水转入精炼炉(如AOD、CLU、VOD、K-OBM、GOR等)中精炼成合格的不锈钢水。其中初炼炉既可以是电炉也可以是转炉，以废钢为主要金属料时通常采用电炉，以高炉铁水为主要金属料时一般采用转炉。

三步法通常是在二步法的基础上增加一套真空吹氧精炼炉，即初炼炉-AOD炉-真空吹氧精炼炉(包括VOD、RH-OB、RH-KTB等)的工艺方法。由于增加了真空吹氧精炼炉，可实现超低碳、超低氮的不锈钢生产。

1.2 传统工艺缺点

二步法和三步法作为传统不锈钢冶炼方法，其产量占不锈钢总产量的90%以上，但由于该传统方法使用的铬镍合金为市售或自产的冷态铸锭，需要配备合金熔化设备，一方面增加了设备投资，且熔炼电耗高；另一方面铬镍合金经过冶炼、铸锭、再熔化，能源浪费严重。这种中间原料的高昂成本最终都将转嫁到不锈钢产品上，面对目前颇为严峻的市场环境，传统不锈钢冶炼工艺竞争力不强。

2 节能型不锈钢冶炼工艺

2.1 工艺概况

该工艺通过从矿到成品的全流程冶炼以及中间物料的全热送来实现能耗最低、成本最低。以冶炼300系不锈钢为例，该工艺采用红土镍矿及铬矿为原料，分别冶炼得到镍铁水和铬铁水，二者通过配比直接热装进AOD炉冶炼得到合格不锈钢液，也可配加真空吹氧精炼炉来实现超低碳不锈钢冶炼。

2.2 工艺流程

该工艺主要工艺流程图如图1所示。铬铁水冶炼以铬矿粉为原料，因为粉矿较块矿便宜很多，且储量丰富。由于粉矿无法直接入炉，需先润磨、造球获得生球。生球由皮带送入竖炉，焙烧后获得熟球，熟球与经配料的焦炭、硅石、白云石等一并送入热料罐中，热料罐由料车运输至矿热炉车间，由加料天车加入矿热炉料仓，完成热装。矿热炉连续冶炼，定时出铁，铁水由出铁小车经轨道运输至精炼车间热兑。

镍铁水冶炼采用红土镍矿为原料，红土镍矿属非结晶型矿种，含水较高，含水率在24%～45%范围波动。为适应密闭矿热炉冶炼条件原料需先在干燥窑中脱水，脱水后的干矿与焦炭、生石灰经配料后进入回转窑。混合料经回转窑焙烧、预还原后送入热料罐中，连续冶炼成铁水后热兑。铬、镍铁水运至精炼车间后，由加料天车兑入AOD，进行精炼获得不锈钢液，不锈钢液吊至大包回转台进行连铸，获得铸坯。

图1 节能型不锈钢冶炼工艺流程图

3 主要设备选型

以年产70万t300系不锈钢为例，可配备一条年产24万t高碳铬铁(FeCr55C600)生产线和一条年产45万t镍铁(FeNi14)生产线，精炼车间配备2台70 t AOD和一台板坯连铸机。

3.1 铬铁水冶炼

铬铁水冶炼包括铬矿粉造球及矿热炉冶炼两大系统，主要工序有：铬矿粉配料、润磨、造球、筛分、竖炉焙烧、矿热炉冶炼。为了满足造球及冶炼高碳铬铁的要求，铬矿粉要求粒度1 mm以下>80%，最大粒度2 mm，水分不超过8%，其它要求见表1。

表1 铬粉矿技术要求

(1) 润磨机。为获得好的成球效果，减少膨润土的加入量，需配备润磨机。选用2台MR3562润磨机。单台产量约60 t/h，规格φ3.5×6.2 m，出料粒度：-200目>85%。

(2)造球机。选用4台φ6m圆盘造球机，单台产量约40 t/h，成球粒度φ8～φ12 mm，成品球含水量约12%。

(3)竖炉。矿热炉对球团的强度要求没有高炉高，可选用4台圆形竖炉，单台产量约25 t/h，主要技术参数见表2。

表2 竖炉主要技术参数

(3)矿热炉。选用4台36MVA全密闭矿热炉， 4台矿热炉呈一字型布置在同一车间。矿热炉连续冶炼，约每3小时出炉一次，渣铁同出，每次出铁量约24 t。铁水用轨道车运输至精炼车间热兑，渣用渣罐车运输至渣场处理。矿热炉主要技术参数见表3。

表3 36MVA矿热炉主要技术参数

3.2 镍铁水冶炼

主要工艺包括红土镍矿的干燥、焙烧预还原及矿热炉冶炼。红土镍矿主要化学成分见表4。

表4 红土镍矿主要化学成分 %

(1) 干燥窑。红土镍矿到厂自然晾晒后进入干燥系统，按红土镍矿含水35%和干燥产物物理含水10%计算，选用8台φ5×40m圆筒干燥机。

(2) 回转窑。干燥后的红土镍矿以及焦炭、生石灰等通过皮带进入回转窑进行焙烧、预还原。选用8台φ4.6×110 m回转窑，可满足要求。回转窑主要技术参数见表5。

表5 回转窑主要技术参数

(3)矿热炉。选用8台45MVA全密闭矿热炉，8台矿热炉分两个车间布置，每个车间4台，呈一字型布置。每台矿热炉对应1台干燥窑、1台回转窑。矿热炉连续冶炼，约每6小时出铁一次，2小时出渣一次，每次出铁约45 t，每个车间有1台矿热炉同时出铁，以满足精炼节奏要求。铁水用轨道车运输至精炼车间热兑，渣用渣罐车运输至渣场处理。矿热炉主要技术参数见表6。

表6 45MVA矿热炉主要技术参数

3.3 精炼及连铸

选用2台70 t AOD炉，1台70 t LF精炼炉，1台单流板坯连铸机完成精炼和铸坯，若生产超低碳钢种可增配1台70 t VOD炉。AOD炉平均出钢量70 t，冶炼周期约90 min。

4 结束语

节能型不锈钢冶炼工艺与传统不锈钢冶炼工艺相比有以下优点：

(1)采用了从矿到成品的联合冶炼，减少了中间环节，便于总成本控制，可实现成本最低化、利润最大化。

(2)采用了先进的铬、镍铁水冶炼工艺，中间物料全部采用热装进矿热炉冶炼，降低了冶炼能耗，较普通铬、镍合金生产工艺有较大成本优势。

(3)铬、镍铁水全部采用热兑AOD炉直接冶炼，省去了传统不锈钢冶炼所需的合金熔化设备以及高的熔化能耗，同时充分利用了铬、镍铁水的显热，大大降低了冶炼成本。

正是由于此种工艺在冶炼成本上的巨大优势，可为竞争日益激烈的不锈钢产业提供一种全新的具有竞争力的生产模式。 参考文献：

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Design for energy saving stainless steel refining process

WANG Yong

(BERIS Engineering and Research (Qin Huang Dao) Corporation, Qinhuangdao 066004, China)

In recent years, the increment of stainless steel production capacity has exceeded incremental demand, and overcapacity will become more serious. Steelmaking plants have to run in a high effective and energy saving way. An energy saving stainless steel refining process from ore to billet has been developed. The process use nickel laterite ore and fine chrome ore as raw materials to produce molten nickel iron and chrome iron, these two molten iron hot charges to AOD furnace to produce stainless steel can substantially reduce the production cost.

nickel laterite ore; fine chrome ore; submerged arc furnace; stainless steel

2016-11-15；

2016-12-09

王永(1987-)，男，中冶东方工程技术有限公司秦皇岛研究设计院工程师。

TF742.2

A

1001-196X(2017)02-0084-04