电炉还原法冶炼Cr13 不锈钢提高Cr 的回收率工艺探讨

张如刚，田 刚，卢春光

（1.新疆佳域工业材料有限公司，新疆 乌鲁木齐 830022；2.中钢集团西安重机有限公司，陕西 西安 710201；3.陕钢集团产业创新研究院有限公司，陕西 汉中 723000）

0 引言

Cr13 不锈钢是一种常见的马氏体不锈钢，大量用于制作紧固件、阀体、轴泵套、耐蚀刃具和小轴承等零件[1]。生产Cr13 系列不锈钢过程中，经电炉氧化、还原后，渣中的Cr2O3含量普遍高于20%。由于渣中SiO2、MgO 含量较高、碱度低以及Cr2O3活度低，形成的镁铬尖晶石和Cr2O3稳定[2]，难以还原。电炉出钢后，这部分富铬渣在入精炼炉前扒除，从而造成铬元素的浪费，铬的综合回收率在84%左右，远低于同行水平。通过工艺优化攻关，分期将渣中Cr2O3含量降低至5%以下，铬收得率提高了12%，每年可节约铬铁240 t，大幅度降低生产成本。

1 生产工艺

本试验实际工艺流程以30 t EAF—VOD—LF—模铸冶炼Cr13 不锈钢为背景，某钢厂电弧炉采用返回法全废钢冶炼Cr13 系列不锈钢，通过三个阶段不同工艺试验，最终固化最优方案，达到提质降本的效果。

1.1 第一阶段工艺

1.1.1 电炉熔化期

炉底垫300～400 kg 石灰，给电时间60～90 min后，开始吹氧助熔，吹氧时，氧枪以切割料块为主。熔化后期，氧枪以在渣钢界面处吹为主，吹氧压力为0.45～0.55 MPa。在助熔期间视炉渣流动性加入硅铁，全熔后测温取样。

1.1.2 电炉氧化期

吹氧压力为0.7～0.8 MPa，氧枪以深吹脱碳为主。期间视炉渣流动性加入硅铁，以全熔试样为依据加入高碳铬铁。再次测温取样，判断粗调成分。

1.1.3 电炉还原期

主要成分合格后，加入脱氧剂：100 kg 硅钙铝粉、150 kg 硅铝钡球和140 kg 复合脱氧剂。5～10 min 后，温度为1 630～1 650 ℃时出钢。

1.2 第二阶段工艺

1.2.1 电炉熔化期

炉底垫300～400 kg 石灰，给电时间≥90 min 后，开始吹氧助熔，吹氧时，氧枪以切割料块为主，熔化后期氧枪以在渣钢界面处吹为主，吹氧压力为0.4～0.5 MPa，不允许加入硅铁，全熔后测温取样。

1.2.2 电炉氧化期

吹氧压力为0.7～0.8 MPa，氧枪以深吹脱碳为主。期间不允许加入硅铁，以全熔试样为依据加入高碳铬铁。再次测温取样，判断粗调成分。

1.2.3 电炉还原期

主要成分合格后，加入60～80 kg 碳化硅，200～300 kg 石灰，加入脱氧剂：100 kg 硅钙铝粉、150 kg 硅铝钡球和140 kg 复合脱氧剂。加完脱氧剂10～15 min后，温度为1 640～1 660 ℃时出钢。

1.3 第三阶段工艺

1.3.1 电炉熔化期

炉底垫500 kg 石灰，给电时间≥90 min 后，开始吹氧助熔，吹氧时氧枪以切割料块为主，熔化后期氧枪以在渣钢界面处吹为主，吹氧压力为0.4～0.5 MPa，不允许加入硅铁，全熔后测温取样分析。

1.3.2 电炉氧化期

温度＞1 610 ℃时吹氧脱碳，吹氧压力为0.7～0.8 MPa，氧枪以深吹脱碳为主。期间不允许加入硅铁，以全熔试样为依据补加高碳铬铁。再次测温取样，判断粗调成分。

1.3.3 电炉还原期

主要成分合格后，先加100 kg 石灰，再加150～200 kg 硅铁，加完硅铁后不允许吹氧去碳，充分还原渣中FeO（当w（FeO）≤2%以下才有利于Cr2O3还原分解）。然后，加入200～300 kg 石灰，提高炉渣碱度，为Cr2O3还原分解创造条件，使碱度R 控制在1.0～1.5。然后加150 kg 硅钙铝粉、80 kg 碳化硅和200～300 kg 石灰，加完10～15 min 后，温度为1 650～1 670 ℃时出钢。

2 试验结果

取以上三个阶段的炉渣进行分析，逐步优化工艺，最终实现分期将渣中Cr2O3含量降低至5%以下，铬收得率提高了12%，超额完成目标。各阶段炉渣分析结果如表1、表2 和表3 所示，各阶段试验钢及渣成分对比如图1 所示。

图1 各阶段试验钢及渣成分对比

表1 第一阶段试验炉渣试样分析结果

表2 第二阶段试验炉渣试样分析结果

表3 第三阶段试验炉渣试样分析结果

通过三个阶段不同工艺试验，不断优化工艺。为减少高铬合金电离损失，装料时炉底垫500 kg 石灰，然后装入高铬。为减少高铬氧化损失，有效给电时间≥90 min，炉料70%熔化吹氧助熔，助熔吹氧压力控制在0.45～0.55 MPa，助熔时不许加入硅铁合金，防止前期产生大量SiO2导致低碱度渣铬铁损失量增加，炉壳侵蚀。温度≥1 610 ℃后吹氧去碳，在此期间可加入80 kg 碳化硅，提高炉渣碱度，降低吹氧时铬铁损失。终点碳质量分数被控制在0.50%～0.60%。

还原过程，先加入100 kg石灰，再加入150～200 kg硅铁，加完硅铁后不允许吹氧去碳，充分还原渣中FeO（当w（FeO）≤2%以下才有利于Cr2O3还原分解[3]）。然后，加入200～300 kg 石灰，提高炉渣碱度，为Cr2O3还原分解创造条件，使碱度R 控制在1.0～1.5。然后，加150 kg 硅钙铝粉、80 kg 碳化硅和200～300 kg 石灰，加完10～15 min 后，要求渣墨绿、流动性好。为防治精炼炉补加低铬合金或铬铁合金量大，减少铬铁吹氧损失，温度为1 650～1 670 ℃时出钢。稳定工艺后，电弧炉终渣中w（Cr2O3）由前期平均14.46%降低至4.03%。

由图2、图3 可以看出，还原期将炉渣碱度R 控制在1.0～1.5，钢液中w（Si）控制在0.3%左右，为Cr2O3还原分解创造了条件[4]，使电弧炉还原渣中w（Cr2O3）控制在5%以内。

图2 电炉还原期不锈钢渣碱度R 对Cr2O3 的影响

图3 电炉还原期Si 含量对Cr2O3 的影响

3 结论

1）电弧炉全废钢还原法冶炼，为减少高铬氧化损失，有效给电时间≥90 min，炉料70%熔化吹氧助熔，助熔吹氧压力控制在0.45～0.55 MPa，助熔时不许加入硅铁合金，可防止前期大量产生SiO2导致低碱度渣铬铁损失量增加，炉壳侵蚀。

2）还原期将炉渣碱度R 控制在1.0～1.5，钢液中w（Si）控制在0.3%左右，可为Cr2O3还原分解创造条件，使电弧炉还原渣中w（Cr2O3）控制在5%以内。