300系列不锈钢的全冷料冶炼工艺分析

严峰

（江苏德龙镍业有限公司，江苏盐城 224600）

300系列不锈钢是不锈钢产品中应用范围最广、市场用量最大的不锈钢品种，每年约占我国不锈钢产量的60%左右。当前，300 系列不锈钢生产中，主要使用废钢与镍、铬铁合金等材料，此类材料占据了整个不锈钢冶炼成本的70%。而全冷料冶炼主要遵循着中频炉熔化至转炉型精炼炉再至炉外精炼LF的工艺流程，该冶炼工艺是目前行业中常用的冶炼技术方案之一。但是，从300系列不锈钢的全冷料冶炼现状来看，其工艺技术仍然有待提高，尤其是我国作为镍资源缺乏的国家，在300系列不锈钢全冷料冶炼中一直面临着诸多问题亟待解决，如原料需求量大、冶炼成本高、冶炼所得元素率低等等。因此，本文以300系列不锈钢的全冷料冶炼工艺特点为抓手，逐一提出其发展方法，以期为我国冶炼行业提高价值性参考。

1 300系列不锈钢的全冷料冶炼工艺现状

300 系列不锈钢是一种含有铁、碳、镍和铬的合金材料，一种无磁性不锈钢材料，它与400 系列不锈钢相比，具有更好的可锻特性。由于300系列不锈钢属于奥氏体结构，因此它在很多环境中具有很强的抗腐蚀性能、抗断裂性能、耐热性能等。300 系列下的不锈钢品种，有着各自的优势性能，如304 不锈钢的通用性强、302 不锈钢的成型性好、304N 不锈钢的刚度强等等[1]。目前，300 系列不锈钢的全冷料冶炼中，通常采用一步法、两步法、三步法的冶炼工艺，即单独使用电弧炉完成所有的冶炼作业；采用初炼炉与转炉型精炼炉结合的方法进行不锈钢冶炼；采用深脱碳装备与初炼炉、转炉型精炼炉结合的方法进行冶炼。虽然冶炼方案较多，但是仍然存在着诸多问题亟待解决，如：含镍铁水脱磷效果有限、电炉冶炼周期延长引起的电炉炉况质量差、电耗与耐火材料消耗大等问题。因此，针对目前300系列不锈钢的全冷料冶炼工艺现状，需要对其进一步优化与改观，从而创新冶炼工艺方案[2]。

2 300系列不锈钢的全冷料冶炼工艺方法

2.1 采用全冷料中频炉熔化技术，高碳铬铁与镍生铁分开融化

目前，纵观我国300系列不锈钢的全冷料冶炼工艺，大多是采用一步法、两步法、三步法，其中，一步法主要是通过使用电弧炉完成所有不锈钢冶炼任务，包括废钢、合金的熔化与脱碳精炼、钢渣还原等等工作。由于该工艺方式结构单一，有着冶炼时间长、冶炼成本高、耐火材料烧损严重等特点，目前已经被我国冶炼市场所淘汰。与一步法相对应的就是两步法冶炼工艺，即全冷料中频炉熔化技术，该工艺方法与传统的冶炼工艺相比，不仅对耐火材料的消耗性减少，更大幅度的缩短了冶炼周期，提高了各类元素的金属收得率。该工艺方法的运营主要遵循着两步法原则，即：准备好镍生铁、不锈废钢、炉料铬铁、高碳铬铁、返回料等原料，将其投送至中频炉熔化，再将所得的高碳铬铁、镍板等转至转炉型精炼炉中，通过炉外精炼LF，最后进入连铸环节。该技术方法与传统的冶炼工艺相比，所生产的不锈钢母液冷料均在中频炉中熔化，中频炉在整个工艺流程中发挥着熔化功能，根据合金的熔化难易程度，先熔炼易熔化合金，然后再对难熔炼合金处理，整个熔炼过程中不吹氧，因此，有效的提高了各类元素的所得率，增强了300 系列不锈钢的冶炼效果[3]。其中，关于300 系列不锈钢的全冷料中频炉熔化工艺流程机制如图1所示。

图1 300系列不锈钢的全冷料中频炉熔化工艺流程图

2.2 全冷料电炉+中频炉熔化工艺，提高不锈钢原材料适应性

目前，300 系列不锈钢的全冷料冶炼工艺，主要采用全冷料电炉+中频炉熔化工艺，该工艺技术的特点是将铬、镍原料进行了分开熔化，转变了传统的熔化流程与机制。与传统的全冷料熔化工艺相比，该工艺方法有效避免了铬的大量氧化，从而提高了铬元素的收得率，从工艺流程上提高了冶炼效益。该冶炼工艺关键点在于全冷料电炉与中频炉的配合，一方面，在不锈钢材料冶炼前，准备好所冶炼的原料，如镍生铁、不锈废钢、返回料等等，然后，将原料投放至电炉中熔化，在符合电炉熔化的标准下，将高碳铬铁或炉料、铬铁材料转送至中频炉中，经过中频炉的精细化处理，再将高碳铬铁、镍板等材料投送至转炉型精炼炉中，经过炉外精炼LF，最后实施连铸，实现300 系列不锈钢成品的验收[4]。另一方面，全冷料中频炉熔化技术的特点在于它将铬镍原料分开融化，电炉只对镍原料进行处理，中频炉负责熔化含铬原料。由于该工艺体系中将铬、镍原料进行了分开融化，因此，与传统的300 系列不锈钢冶炼技术相比，其增加了电炉内的氧气量，实地炉料燃烧更旺，有利于炉料的快速熔化[5]。其中，关于300 系列不锈钢的全冷料电炉+中频炉熔化工艺流程机制如下图2 所示。

图2 300系列不锈钢的全冷料电炉+中频炉熔化工艺流程图

3 结束语

综上所述，300系列不锈钢作为目前不锈钢产品中应用范围最广的材料，一直有着工艺要求高、镍资源需求量大等特点。目前我国使用全冷料冶炼工艺对300系列不锈钢进行冶炼的过程中，虽然在冶炼流程与技术方案上进行了完善，但是仍然存在着诸多技术难点。因此，针对300系列不锈钢的全冷料冶炼工艺现状，提出了全冷料中频炉熔化技术、高碳铬铁与镍生铁分开融化、全冷料电炉+中频炉熔化工艺的方法，更好的促进300系列不锈钢全冷料冶炼工艺的运用与发展。