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(yè)部煉鋼廠，黑龍江161042)

中國一重集團公司(以下簡稱一重)生產(chǎn)的合金鋼占生產(chǎn)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(chǎn)品中合金品種多、數(shù)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(nèi)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(jié)能減排、降低煉鋼成本、提高經(jīng)濟效益的有效途徑。

1 庫存現(xiàn)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(chǎn)廢鋼為主，約占廢鋼總量的60%。2009年我公司內(nèi)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(tài)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(chǔ)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(chǎn)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(jù)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(tǒng)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(zhì)量分數(shù)，%)Table 3 The ratio of preparation of steelmaking Mo alloy steel (mass fraction, %)

4 經(jīng)濟評價

2005年～2009年一重不斷提高返回法煉鋼的比例，歷年節(jié)約金額見圖1。2010年一重實施返回法與氧化法結(jié)合的生產(chǎn)方式，節(jié)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(jīng)濟效益顯著，僅2010年(1～9)月累計節(jié)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(jié)約金額Figure 1 The amount saved over the years

5 結(jié)論

(1)含鉻、鎳、鉬合金廢鋼在所含合金元素的基礎(chǔ)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(jié)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(jīng)濟效益顯著。

[1] 崔忠圻.金屬學與熱處理.北京：機械工業(yè)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.