節(jié)能型不銹鋼冶煉工藝設計

王 永

(中冶東方工程技術(shù)有限公司秦皇島研究設計院，河北 秦皇島 066004)

節(jié)能型不銹鋼冶煉工藝設計

王 永

(中冶東方工程技術(shù)有限公司秦皇島研究設計院，河北 秦皇島 066004)

近年不銹鋼產(chǎn)能增量已經(jīng)超過需求增量，并有進一步過剩趨勢，倒逼企業(yè)追求高效節(jié)能化。開發(fā)了一種從礦到成品的不銹鋼節(jié)能冶煉工藝。分別以紅土鎳礦和鉻粉礦為原料采用先進冶煉工藝獲得鎳、鉻鐵水，兩者直接熱送AOD爐進行不銹鋼冶煉，可大幅降低生產(chǎn)成本。

紅土鎳礦；鉻粉礦；礦熱爐；不銹鋼

0 前言

從上世紀90年代末，國家開始促進不銹鋼冶煉起，已近二十年，期間我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)得到飛速發(fā)展。特別是近十年，年增長速度超過30%，2014年粗鋼產(chǎn)量已突破2 000萬t，占全球產(chǎn)量的比重超過一半，為52%。生產(chǎn)企業(yè)從僅有太鋼、上鋼及幾個老的特殊鋼廠到現(xiàn)在國營、民營、合資不銹鋼企業(yè)百花齊放。伴隨著產(chǎn)能和生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量的快速增長，加之市場需求增速有限，不銹鋼行業(yè)將面臨產(chǎn)能過剩，生產(chǎn)企業(yè)競爭加劇的局面，那些成本高昂的產(chǎn)能必將首先被淘汰。本文所開發(fā)的節(jié)能型不銹鋼生產(chǎn)工藝是一種區(qū)別于傳統(tǒng)不銹鋼冶煉、追求能耗最低化的新型生產(chǎn)工藝，在生產(chǎn)成本控制方面有較強優(yōu)勢。

1 傳統(tǒng)不銹鋼冶煉

1.1 冶煉方法

不銹鋼的傳統(tǒng)冶煉工藝可分為一步法、二步法和三步法。其中一步法通常采用電爐來融化廢鋼、鉻鎳等合金，并進一步精煉成不銹鋼。這種生產(chǎn)工藝由于冶煉周期長，作業(yè)率低，生產(chǎn)成本高，廢鋼質(zhì)量及來源受限等原因在目前的工業(yè)化生產(chǎn)中已難覓蹤跡。

二步法主要是以電爐為初煉爐熔化廢鋼及合金料以生產(chǎn)不銹鋼初煉鋼水，然后將初煉鋼水轉(zhuǎn)入精煉爐(如AOD、CLU、VOD、K-OBM、GOR等)中精煉成合格的不銹鋼水。其中初煉爐既可以是電爐也可以是轉(zhuǎn)爐，以廢鋼為主要金屬料時通常采用電爐，以高爐鐵水為主要金屬料時一般采用轉(zhuǎn)爐。

三步法通常是在二步法的基礎上增加一套真空吹氧精煉爐，即初煉爐-AOD爐-真空吹氧精煉爐(包括VOD、RH-OB、RH-KTB等)的工藝方法。由于增加了真空吹氧精煉爐，可實現(xiàn)超低碳、超低氮的不銹鋼生產(chǎn)。

1.2 傳統(tǒng)工藝缺點

二步法和三步法作為傳統(tǒng)不銹鋼冶煉方法，其產(chǎn)量占不銹鋼總產(chǎn)量的90%以上，但由于該傳統(tǒng)方法使用的鉻鎳合金為市售或自產(chǎn)的冷態(tài)鑄錠，需要配備合金熔化設備，一方面增加了設備投資，且熔煉電耗高；另一方面鉻鎳合金經(jīng)過冶煉、鑄錠、再熔化，能源浪費嚴重。這種中間原料的高昂成本最終都將轉(zhuǎn)嫁到不銹鋼產(chǎn)品上，面對目前頗為嚴峻的市場環(huán)境，傳統(tǒng)不銹鋼冶煉工藝競爭力不強。

2 節(jié)能型不銹鋼冶煉工藝

2.1 工藝概況

該工藝通過從礦到成品的全流程冶煉以及中間物料的全熱送來實現(xiàn)能耗最低、成本最低。以冶煉300系不銹鋼為例，該工藝采用紅土鎳礦及鉻礦為原料，分別冶煉得到鎳鐵水和鉻鐵水，二者通過配比直接熱裝進AOD爐冶煉得到合格不銹鋼液，也可配加真空吹氧精煉爐來實現(xiàn)超低碳不銹鋼冶煉。

2.2 工藝流程

該工藝主要工藝流程圖如圖1所示。鉻鐵水冶煉以鉻礦粉為原料，因為粉礦較塊礦便宜很多，且儲量豐富。由于粉礦無法直接入爐，需先潤磨、造球獲得生球。生球由皮帶送入豎爐，焙燒后獲得熟球，熟球與經(jīng)配料的焦炭、硅石、白云石等一并送入熱料罐中，熱料罐由料車運輸至礦熱爐車間，由加料天車加入礦熱爐料倉，完成熱裝。礦熱爐連續(xù)冶煉，定時出鐵，鐵水由出鐵小車經(jīng)軌道運輸至精煉車間熱兌。

鎳鐵水冶煉采用紅土鎳礦為原料，紅土鎳礦屬非結(jié)晶型礦種，含水較高，含水率在24%～45%范圍波動。為適應密閉礦熱爐冶煉條件原料需先在干燥窯中脫水，脫水后的干礦與焦炭、生石灰經(jīng)配料后進入回轉(zhuǎn)窯?；旌狭辖?jīng)回轉(zhuǎn)窯焙燒、預還原后送入熱料罐中，連續(xù)冶煉成鐵水后熱兌。鉻、鎳鐵水運至精煉車間后，由加料天車兌入AOD，進行精煉獲得不銹鋼液，不銹鋼液吊至大包回轉(zhuǎn)臺進行連鑄，獲得鑄坯。

圖1 節(jié)能型不銹鋼冶煉工藝流程圖

3 主要設備選型

以年產(chǎn)70萬t300系不銹鋼為例，可配備一條年產(chǎn)24萬t高碳鉻鐵(FeCr55C600)生產(chǎn)線和一條年產(chǎn)45萬t鎳鐵(FeNi14)生產(chǎn)線，精煉車間配備2臺70 t AOD和一臺板坯連鑄機。

3.1 鉻鐵水冶煉

鉻鐵水冶煉包括鉻礦粉造球及礦熱爐冶煉兩大系統(tǒng)，主要工序有：鉻礦粉配料、潤磨、造球、篩分、豎爐焙燒、礦熱爐冶煉。為了滿足造球及冶煉高碳鉻鐵的要求，鉻礦粉要求粒度1 mm以下>80%，最大粒度2 mm，水分不超過8%，其它要求見表1。

表1 鉻粉礦技術(shù)要求

(1) 潤磨機。為獲得好的成球效果，減少膨潤土的加入量，需配備潤磨機。選用2臺MR3562潤磨機。單臺產(chǎn)量約60 t/h，規(guī)格φ3.5×6.2 m，出料粒度：-200目>85%。

(2)造球機。選用4臺φ6m圓盤造球機，單臺產(chǎn)量約40 t/h，成球粒度φ8～φ12 mm，成品球含水量約12%。

(3)豎爐。礦熱爐對球團的強度要求沒有高爐高，可選用4臺圓形豎爐，單臺產(chǎn)量約25 t/h，主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 豎爐主要技術(shù)參數(shù)

(3)礦熱爐。選用4臺36MVA全密閉礦熱爐， 4臺礦熱爐呈一字型布置在同一車間。礦熱爐連續(xù)冶煉，約每3小時出爐一次，渣鐵同出，每次出鐵量約24 t。鐵水用軌道車運輸至精煉車間熱兌，渣用渣罐車運輸至渣場處理。礦熱爐主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 36MVA礦熱爐主要技術(shù)參數(shù)

3.2 鎳鐵水冶煉

主要工藝包括紅土鎳礦的干燥、焙燒預還原及礦熱爐冶煉。紅土鎳礦主要化學成分見表4。

表4 紅土鎳礦主要化學成分 %

(1) 干燥窯。紅土鎳礦到廠自然晾曬后進入干燥系統(tǒng)，按紅土鎳礦含水35%和干燥產(chǎn)物物理含水10%計算，選用8臺φ5×40m圓筒干燥機。

(2) 回轉(zhuǎn)窯。干燥后的紅土鎳礦以及焦炭、生石灰等通過皮帶進入回轉(zhuǎn)窯進行焙燒、預還原。選用8臺φ4.6×110 m回轉(zhuǎn)窯，可滿足要求?；剞D(zhuǎn)窯主要技術(shù)參數(shù)見表5。

表5 回轉(zhuǎn)窯主要技術(shù)參數(shù)

(3)礦熱爐。選用8臺45MVA全密閉礦熱爐，8臺礦熱爐分兩個車間布置，每個車間4臺，呈一字型布置。每臺礦熱爐對應1臺干燥窯、1臺回轉(zhuǎn)窯。礦熱爐連續(xù)冶煉，約每6小時出鐵一次，2小時出渣一次，每次出鐵約45 t，每個車間有1臺礦熱爐同時出鐵，以滿足精煉節(jié)奏要求。鐵水用軌道車運輸至精煉車間熱兌，渣用渣罐車運輸至渣場處理。礦熱爐主要技術(shù)參數(shù)見表6。

表6 45MVA礦熱爐主要技術(shù)參數(shù)

3.3 精煉及連鑄

選用2臺70 t AOD爐，1臺70 t LF精煉爐，1臺單流板坯連鑄機完成精煉和鑄坯，若生產(chǎn)超低碳鋼種可增配1臺70 t VOD爐。AOD爐平均出鋼量70 t，冶煉周期約90 min。

4 結(jié)束語

節(jié)能型不銹鋼冶煉工藝與傳統(tǒng)不銹鋼冶煉工藝相比有以下優(yōu)點：

(1)采用了從礦到成品的聯(lián)合冶煉，減少了中間環(huán)節(jié)，便于總成本控制，可實現(xiàn)成本最低化、利潤最大化。

(2)采用了先進的鉻、鎳鐵水冶煉工藝，中間物料全部采用熱裝進礦熱爐冶煉，降低了冶煉能耗，較普通鉻、鎳合金生產(chǎn)工藝有較大成本優(yōu)勢。

(3)鉻、鎳鐵水全部采用熱兌AOD爐直接冶煉，省去了傳統(tǒng)不銹鋼冶煉所需的合金熔化設備以及高的熔化能耗，同時充分利用了鉻、鎳鐵水的顯熱，大大降低了冶煉成本。

正是由于此種工藝在冶煉成本上的巨大優(yōu)勢，可為競爭日益激烈的不銹鋼產(chǎn)業(yè)提供一種全新的具有競爭力的生產(chǎn)模式。 參考文獻：

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Design for energy saving stainless steel refining process

WANG Yong

(BERIS Engineering and Research (Qin Huang Dao) Corporation, Qinhuangdao 066004, China)

In recent years, the increment of stainless steel production capacity has exceeded incremental demand, and overcapacity will become more serious. Steelmaking plants have to run in a high effective and energy saving way. An energy saving stainless steel refining process from ore to billet has been developed. The process use nickel laterite ore and fine chrome ore as raw materials to produce molten nickel iron and chrome iron, these two molten iron hot charges to AOD furnace to produce stainless steel can substantially reduce the production cost.

nickel laterite ore; fine chrome ore; submerged arc furnace; stainless steel

2016-11-15；

2016-12-09

王永(1987-)，男，中冶東方工程技術(shù)有限公司秦皇島研究設計院工程師。

TF742.2

A

1001-196X(2017)02-0084-04