300系列不銹鋼的全冷料冶煉工藝分析

嚴峰

（江蘇德龍鎳業有限公司，江蘇鹽城 224600）

300系列不銹鋼是不銹鋼產品中應用范圍最廣、市場用量最大的不銹鋼品種，每年約占我國不銹鋼產量的60%左右。當前，300 系列不銹鋼生產中，主要使用廢鋼與鎳、鉻鐵合金等材料，此類材料占據了整個不銹鋼冶煉成本的70%。而全冷料冶煉主要遵循著中頻爐熔化至轉爐型精煉爐再至爐外精煉LF的工藝流程，該冶煉工藝是目前行業中常用的冶煉技術方案之一。但是，從300系列不銹鋼的全冷料冶煉現狀來看，其工藝技術仍然有待提高，尤其是我國作為鎳資源缺乏的國家，在300系列不銹鋼全冷料冶煉中一直面臨著諸多問題亟待解決，如原料需求量大、冶煉成本高、冶煉所得元素率低等等。因此，本文以300系列不銹鋼的全冷料冶煉工藝特點為抓手，逐一提出其發展方法，以期為我國冶煉行業提高價值性參考。

1 300系列不銹鋼的全冷料冶煉工藝現狀

300 系列不銹鋼是一種含有鐵、碳、鎳和鉻的合金材料，一種無磁性不銹鋼材料，它與400 系列不銹鋼相比，具有更好的可鍛特性。由于300系列不銹鋼屬于奧氏體結構，因此它在很多環境中具有很強的抗腐蝕性能、抗斷裂性能、耐熱性能等。300 系列下的不銹鋼品種，有著各自的優勢性能，如304 不銹鋼的通用性強、302 不銹鋼的成型性好、304N 不銹鋼的剛度強等等[1]。目前，300 系列不銹鋼的全冷料冶煉中，通常采用一步法、兩步法、三步法的冶煉工藝，即單獨使用電弧爐完成所有的冶煉作業；采用初煉爐與轉爐型精煉爐結合的方法進行不銹鋼冶煉；采用深脫碳裝備與初煉爐、轉爐型精煉爐結合的方法進行冶煉。雖然冶煉方案較多，但是仍然存在著諸多問題亟待解決，如：含鎳鐵水脫磷效果有限、電爐冶煉周期延長引起的電爐爐況質量差、電耗與耐火材料消耗大等問題。因此，針對目前300系列不銹鋼的全冷料冶煉工藝現狀，需要對其進一步優化與改觀，從而創新冶煉工藝方案[2]。

2 300系列不銹鋼的全冷料冶煉工藝方法

2.1 采用全冷料中頻爐熔化技術，高碳鉻鐵與鎳生鐵分開融化

目前，縱觀我國300系列不銹鋼的全冷料冶煉工藝，大多是采用一步法、兩步法、三步法，其中，一步法主要是通過使用電弧爐完成所有不銹鋼冶煉任務，包括廢鋼、合金的熔化與脫碳精煉、鋼渣還原等等工作。由于該工藝方式結構單一，有著冶煉時間長、冶煉成本高、耐火材料燒損嚴重等特點，目前已經被我國冶煉市場所淘汰。與一步法相對應的就是兩步法冶煉工藝，即全冷料中頻爐熔化技術，該工藝方法與傳統的冶煉工藝相比，不僅對耐火材料的消耗性減少，更大幅度的縮短了冶煉周期，提高了各類元素的金屬收得率。該工藝方法的運營主要遵循著兩步法原則，即：準備好鎳生鐵、不銹廢鋼、爐料鉻鐵、高碳鉻鐵、返回料等原料，將其投送至中頻爐熔化，再將所得的高碳鉻鐵、鎳板等轉至轉爐型精煉爐中，通過爐外精煉LF，最后進入連鑄環節。該技術方法與傳統的冶煉工藝相比，所生產的不銹鋼母液冷料均在中頻爐中熔化，中頻爐在整個工藝流程中發揮著熔化功能，根據合金的熔化難易程度，先熔煉易熔化合金，然后再對難熔煉合金處理，整個熔煉過程中不吹氧，因此，有效的提高了各類元素的所得率，增強了300 系列不銹鋼的冶煉效果[3]。其中，關于300 系列不銹鋼的全冷料中頻爐熔化工藝流程機制如圖1所示。

圖1 300系列不銹鋼的全冷料中頻爐熔化工藝流程圖

2.2 全冷料電爐+中頻爐熔化工藝，提高不銹鋼原材料適應性

目前，300 系列不銹鋼的全冷料冶煉工藝，主要采用全冷料電爐+中頻爐熔化工藝，該工藝技術的特點是將鉻、鎳原料進行了分開熔化，轉變了傳統的熔化流程與機制。與傳統的全冷料熔化工藝相比，該工藝方法有效避免了鉻的大量氧化，從而提高了鉻元素的收得率，從工藝流程上提高了冶煉效益。該冶煉工藝關鍵點在于全冷料電爐與中頻爐的配合，一方面，在不銹鋼材料冶煉前，準備好所冶煉的原料，如鎳生鐵、不銹廢鋼、返回料等等，然后，將原料投放至電爐中熔化，在符合電爐熔化的標準下，將高碳鉻鐵或爐料、鉻鐵材料轉送至中頻爐中，經過中頻爐的精細化處理，再將高碳鉻鐵、鎳板等材料投送至轉爐型精煉爐中，經過爐外精煉LF，最后實施連鑄，實現300 系列不銹鋼成品的驗收[4]。另一方面，全冷料中頻爐熔化技術的特點在于它將鉻鎳原料分開融化，電爐只對鎳原料進行處理，中頻爐負責熔化含鉻原料。由于該工藝體系中將鉻、鎳原料進行了分開融化，因此，與傳統的300 系列不銹鋼冶煉技術相比，其增加了電爐內的氧氣量，實地爐料燃燒更旺，有利于爐料的快速熔化[5]。其中，關于300 系列不銹鋼的全冷料電爐+中頻爐熔化工藝流程機制如下圖2 所示。

圖2 300系列不銹鋼的全冷料電爐+中頻爐熔化工藝流程圖

3 結束語

綜上所述，300系列不銹鋼作為目前不銹鋼產品中應用范圍最廣的材料，一直有著工藝要求高、鎳資源需求量大等特點。目前我國使用全冷料冶煉工藝對300系列不銹鋼進行冶煉的過程中，雖然在冶煉流程與技術方案上進行了完善，但是仍然存在著諸多技術難點。因此，針對300系列不銹鋼的全冷料冶煉工藝現狀，提出了全冷料中頻爐熔化技術、高碳鉻鐵與鎳生鐵分開融化、全冷料電爐+中頻爐熔化工藝的方法，更好的促進300系列不銹鋼全冷料冶煉工藝的運用與發展。