有效利用合金廢鋼，大幅降低冶煉成本

趙春華 龔雅林 馮玉和

(中國一重集團鑄鍛鋼事業部煉鋼廠，黑龍江161042)

中國一重集團公司(以下簡稱一重)生產的合金鋼占生產總量的70%以上，煉鋼使用的鋼鐵料大多是鍛造和機加下來的返回廢鋼。產品中合金品種多、數量大，特別是鉻、鎳、鉬合金使用量非常大，如加氫、電站、支承輥等都需要大量的合金。近幾年，國內鋼鐵價格居高不下，特別是鐵合金的價格迅猛增長，合理利用含鉻、鎳、鉬合金的廢鋼是節能減排、降低煉鋼成本、提高經濟效益的有效途徑。

1 庫存現狀

一重煉鋼的主要工藝路線為電爐(EAF)+爐外精煉(LF)+真空去氣(VD)。電爐采用廢鋼、生鐵冷裝法冶煉鋼水，廢鋼所占比例為80%～90%，生鐵為10%～20%。廢鋼的來源以自產廢鋼為主，約占廢鋼總量的60%。2009年我公司內部回收重廢鋼12萬多噸，鋼屑7萬多噸，其中含鉻、鎳、鉬廢鋼占全部廢鋼總量的2/3以上。到目前為止，我公司的廢鋼鋼種及主要合金化學成分見表1。

2 含鉻、鎳、鉬合金廢鋼的分類

鉻可以提高鋼的硬度、強度、耐蝕性、耐磨性、淬透性，易獲得較高的表面光潔度。鎳可提高鋼的強度、低溫韌性和抗腐蝕能力，同時還不會明顯降低鋼的韌性。鉬作為鋼合金化元素，可以提高鋼的強度，特別是高溫強度和韌性，提高鋼在酸堿溶液和液態金屬中的抗蝕性以及鋼的耐磨性并改善鋼的淬透性、焊接性和耐熱性。因此，鉻、鎳、鉬是軋輥鋼、合金工具鋼中普遍添加的有益合金元素[1]。

廢鋼中鉻含量較高必然引起電爐冶煉時鐵液鉻含量升高，高鉻鐵液脫磷是21世紀特殊鋼冶煉的重要課題[2]。因此冶煉軋輥鋼、合金工具鋼是在脫磷保鉻的矛盾中進行的。脫磷主要有氧化法脫磷和還原法脫磷，一重煉鋼采用的是氧化法脫磷。高鉻鐵母液采用氧化法脫磷時如果碳含量較高會引起渣粘度過高，鋼液流動性差，脫磷困難。鎳、鉬在冶煉過程中不能用化學方法去除，因此，合理的廢鋼分類是完善備料工藝的必要條件。

廢鋼分類的原則是盡可能把C、Si、Cr、Ni、Mo、V、W等合金元素相近的劃為一組。一重主要按照C、Cr、Ni、Mo進行劃分，含Cr、Ni、Mo廢鋼部分分類見表2。

3 備料工藝

備料工藝是在完善廢鋼分類的基礎上對煉鋼車間提出的成分要求進行選擇性備料。冶煉含鉻、鎳、鉬合金的鋼種過程中：

表1 鉻、鎳、鉬合金廢鋼鋼種及化學成分Table 1 The chemical composition of Chromium, nickel, molybdenum alloy steel scrap

表2 部分鉻、鎳、鉬合金廢鋼分類Table 2 Part of chromium, nickel, molybdenum alloy steel scrap classification

(1)返回法冶煉備料原則：按照電弧爐出鋼時鉻、鎳、鉬合金成分的下限進行備料。

(2)氧化法冶煉備料原則：按照電弧爐出鋼時鎳、鉬合金成分的下限進行備料；鉻含量不大于0.4%。

合理的備料工藝配比是降低冶煉成本，提高廢鋼利用率的有效方法。以2#電爐為例，氧化法冶煉時新舊工藝配比見表3。

從表3可以看出，40%的外購輕鋼是提高鉬合金廢鋼比的余地。廢鋼采購時鋼屑價格比重廢鋼價格低1000元/t，因此可以適當提高鋼屑配比。生產實際表明，將鋼屑配比提高到30%較合理。重廢鋼分類較細，可以將重廢鋼比由原來的30%提高到50%。因此在電爐配料中，提高了鋼屑和重廢鋼配比，取消了40%外購輕廢鋼配比。2#電爐備料工藝改進后使得冶煉成本降低1 200元/t。

此外，冶煉軋輥鋼、部分合金工具鋼時，可以根據廢鋼中殘余元素P含量的不同而采用不同的冶煉方法。我們統計了300爐，合金回收率見表4。

由表4可以看出，冶煉P<15×10-6的鋼種(如：YB-70)可以采用返回法和氧化法兩種方法。當廢鋼中殘余元素P較少，電爐冶煉過程中取消氧化脫磷操作時，采用返回法要比氧化法Cr回收率提高了41%。冶煉P<20×10-6的鋼種(如：70Cr3Mo)時，采用返回法要比氧化法Cr回收率提高了37%。

將鉻合金廢鋼按照殘余元素P含量進行嚴格劃分，采用返回法冶煉可以有效提高Cr回收率。因此我們提出：

冶煉出鋼時P<20×10-6的鋼種時盡量采用返回法，使用P<15×10-6的廢鋼作為原料；

冶煉出鋼時P<15×10-6的鋼種時盡量采用返回法，使用P<9×10-6的廢鋼作為原料；

當廢鋼中P>15×10-6時，采用氧化法冶煉，盡量減少高鉻合金廢鋼的配比，以減少冶煉過程中鉻的燒損。

表3 冶煉鉬合金鋼時備料工藝配比(質量分數，%)Table 3 The ratio of preparation of steelmaking Mo alloy steel (mass fraction, %)

4 經濟評價

2005年～2009年一重不斷提高返回法煉鋼的比例，歷年節約金額見圖1。2010年一重實施返回法與氧化法結合的生產方式，節約合金種類和金額見圖2。一重大量利用積壓廢鋼提高了鉻、鎳、鉬的收得率，經濟效益顯著，僅2010年(1～9)月累計節約金額達1.6億元。

表4 不同冶煉方法下鉻、鎳、鉬回收率(%)Table 4 Under different refining methods chromium, nickel, molybdenum recovery

圖1 歷年節約金額Figure 1 The amount saved over the years

5 結論

(1)含鉻、鎳、鉬合金廢鋼在所含合金元素的基礎上應按照殘余元素P<9×10-6、915×10-6進一步劃分。

(2)冶煉鉻合金鋼時，對于出鋼時P<20×10-6的鋼種時盡量采用返回法，使用P<15×10-6的廢鋼作為原料；出鋼時P<15×10-6的鋼種時盡量采用返回法，使用P<9×10-6的廢鋼作為原料；當廢鋼中P>15×10-6時，采用氧化法冶煉，盡量減少鉻合金廢鋼的配比，以減少冶煉過程中鉻的燒損。

圖2 2010年1～9月節約的合金種類與金額Figure 2 Alloy type and amount of savings from January to September in 2010

(3)大量利用積壓廢鋼，提高了鉻、鎳、鉬的收得率，經濟效益顯著。

[1] 崔忠圻.金屬學與熱處理.北京：機械工業出版社，1991：346.

[2] 郭曙強，蔣國昌，徐匡迪.不銹鋼高鉻鐵液的脫磷.特殊鋼，2002，23(4)：25.