阅读说明：本技术 经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法及其系统 (Economical chromium-manganese stainless steel smelting production method and system thereof ) 是由 樊君 陈圣鹏 石红勇 冀中年 于 2020-06-17 设计创作，主要内容包括：本发明属于不锈钢冶炼技术领域,涉及一种经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法及其系统。本发明的一种经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法,包括：(1)将不锈废钢加入合金熔化炉,通电熔化得到不锈钢母液；(2)对所述不锈钢母液取样分析,将成分报送至AOD精炼工序；(3)将所述不锈钢母液兑入AOD精炼转炉,利用工艺控制模型完成脱碳保铬及成分调整,得到不锈钢液；(4)将所述不锈钢液转入至LF钢包精炼炉,经造渣脱硫后进行连铸。本发明的经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法,元素收得率高、投资及运行成本低、节能减排、符合可持续发展理念。(The invention belongs to the technical field of stainless steel smelting, and relates to an economical chromium-manganese stainless steel smelting production method and system. The invention relates to an economical smelting production method of chromium-manganese stainless steel, which comprises the following steps: (1) adding stainless steel scrap into an alloy melting furnace, and electrifying and melting to obtain stainless steel mother liquor; (2) sampling and analyzing the stainless steel mother liquor, and reporting the components to an AOD refining process; (3) adding the stainless steel mother liquor into an AOD refining converter, and finishing decarburization and chromium protection and component adjustment by using a process control model to obtain stainless steel liquid; (4) and transferring the stainless steel liquid to an LF ladle refining furnace, and carrying out continuous casting after slagging and desulfurization. The economical smelting production method of the chromium-manganese stainless steel has the advantages of high element yield, low investment and operation cost, energy conservation and emission reduction, and accordance with the sustainable development concept.)

经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法及其系统

技术领域

本发明属于不锈钢冶炼技术领域，涉及一种经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法及其系统。

背景技术

2016年我国不锈钢粗钢产量达到2493.78万吨，占世界不锈钢粗钢产量的54.45％，创历史新高。其中，铬锰系不锈钢(200系列Cr-Mn钢)产量达731.79万吨，占我国不锈钢产量的29.34％，仅次于300系列不锈钢(铬镍系)。

200系列不锈钢主要牌号化学成分见表1，其在建筑装潢(建筑构件、装饰件)、板/管制品、护栏、餐厨具、卫生装备和器具、家用电器构件和壳体、交通运输以及产业部分的装备和部件方便有很普遍的应用。在我国广东揭阳、佛山，江苏戴南一带，有大量不锈钢加工企业，能够分类回收大量的不锈钢加工边角料、废管料等，仅广东揭阳、佛山地区200系列不锈钢废钢回收量约达5万吨/月。

表1 200系列不锈钢主要牌号化学成分

在现有技术中铬锰系不锈钢主要有两种生产工艺，一是短流程，以不锈废钢为主要原料，利用传统“二步法”，即电弧炉+AOD生产工艺，将不锈废钢装入电弧炉炉内熔化，熔化后的母液装入AOD精炼转炉，在AOD精炼炉内进行成分调整，完成最终冶炼；二是长流程，即以红土镍矿为主要原料，通过烧结、高炉工序得到低镍铁水，进一步将低镍铁水装入AOD精炼转炉，同时将铬铁及电解锰加入AOD精炼转炉内，完成最终冶炼。

传统“二步法”中，电弧炉冶炼不锈废钢元素具有收得率不理想、投资和运行成本高的缺陷。传统“长流程”工艺流程长、投资成本高、建设周期长、排放废物多的缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法及其系统。

具体的，本发明的一种经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法，包括：

(1)将不锈废钢加入合金熔化炉，通电熔化得到不锈钢母液；

(2)对所述不锈钢母液取样分析，将成分报送至AOD精炼工序；

(3)将所述不锈钢母液兑入AOD精炼转炉，利用工艺控制模型完成脱碳保铬及成分调整，得到不锈钢液；

(4)将所述不锈钢液转入至LF钢包精炼炉，经造渣脱硫后进行连铸。

上述的经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法，所述合金熔化炉出钢温度≥1500℃。

上述的经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法，所述AOD精炼工序包括脱硅阶段、脱碳阶段、合金化阶段、还原阶段及倒渣出钢阶段。

上述的经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法，所述脱硅阶段包括：在AOD精炼转炉中加入造渣材料，侧吹风进行吹氧冶炼，优选的，所述吹氧冶炼的工作压力为1.0MPa，供气强度为1.5～2.0Nm³/min·t，吹氧时间为3～5min。

上述的经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法，所述脱碳阶段包括：在AOD精炼转炉侧吹风口进行吹氧、侧吹风口吹入惰性气体；优选的，所述吹氧和所述吹入惰性气体的压力为0.8～1.2MPa，供气强度为1.2～1.8Nm³/min·t，供气时间为3～5min。

上述的经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法，所述合金化阶段包括：根据所述取样分析的结果在AOD精炼转炉中补加合金。

上述的经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法，所述还原阶段包括：在AOD精炼转炉中加入硅铁/硅锰合金，同时侧吹氩气；优选的，所述侧吹氩气压力为0.8～1.2MPa，侧吹氩气时长为10～15min。

上述的经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法，所述造渣脱硫操作包括：在LF钢包精炼炉中加入CaO、CaF₂及硅铁，底吹氩气；优选的，所述底吹氩气的压力为0.8～1.2MPa，供气强度为0.018Nm³/min·t～0.18Nm³/min·t，底吹氩气时间为12～18min。

另一方面，本发明还提供了一种经济的铬锰系不锈钢冶炼生产系统，包括：

合金熔化炉，用于熔化不锈废钢得到不锈钢母液；

AOD精炼转炉，用于精炼所述不锈钢母液得到成分合格的不锈钢液；

LF钢包精炼炉，用于调整所述不锈钢液的温度及成分；

连铸机，用于将所述不锈钢液浇铸成铸坯；

其中，所述不锈钢母液及所述不锈钢液通过钢包在所述合金熔化炉、所述AOD精炼转炉、所述LF钢包精炼炉及所述连铸机之间转移。

上述的经济的铬锰系不锈钢冶炼生产系统，所述合金熔化炉为40t合金熔化炉，数量为4套；所述AOD精炼转炉为50t AOD精炼转炉，数量为2座；所述LF钢包精炼炉为50t LF钢包精炼炉，数量为1座；所述连铸机为2机2流小板坯连铸机，数量为1台。

与传统“二步法”，即“电弧炉+AOD”工艺相比，本发明具有以下技术优势：

(1)合金熔化炉元素收得率优于电弧炉，节约钢铁料和合金成本优势显著。针对200系列不锈废钢，以202钢种为例，其所含主要合金元素及含量分别为，Cr：17％～19％，Ni：4.0％～6.0％，Mn：7.5％～10.0％。这几种元素在合金熔化炉和电弧炉内的收得率见表2。

表2 两种冶炼方式的元素收得率

元素	Cr	Ni	Mn	Fe
					合金熔化炉	94％～98％	98％～100％	94％～97％	97％～98％
取中限平均值	96％	99％	95.5％	97.5％
					电弧炉	90％～95％	95％～98％	30％～40％	90％～93％
取中限平均值	92.5％	96.5％	35％	91.5％

从表2中可以看出，合金熔化炉金属锰的收得率比电弧炉高约60％。电解锰按市场价格12000元/吨计算，熔化1吨200系列不锈废钢(Mn含量按8％考虑)，单就锰元素一项合金熔化炉较电弧炉节省成本576元。

合金熔化炉金属镍的收得率比电弧炉高约2.5％。电解镍按市场价格73000元/吨计算，熔化1吨200系列不锈废钢(Ni含量按5％考虑)，单就镍元素一项合金熔化炉较电弧炉节省成本91.25元。

合金熔化炉金属铬的收得率比电弧炉高约3.5％。铬铁(含Cr：50％)按市场价格6500元/吨计算，熔化1吨200系列不锈废钢(Cr含量按18％考虑)，单就铬元素一项合金熔化炉较电弧炉节省成本81.9元。

熔化1吨200系列不锈废钢，合金熔化炉较电弧炉在合金收得率方面，三种合金元素节约成本约750元。

(2)合金熔化炉建设周期短，且投资成本低于电弧炉。以60t电弧炉与60t合金熔化炉投资比较，前者比后者高出30％以上。

(3)合金熔化炉综合运行成本低于电弧炉。综合运行成本主要包括：钢铁料消耗、综合电耗、电极消耗(合金熔化炉不消耗电极)、耐火材料消耗、辅助原料消耗、动力能源介质消耗、备品备件等。对于全废钢冶炼，电弧炉吨钢需要消耗能量约570kW·h，主要来源于化学能、电能及天然气燃烧提供的能量。消耗的能量主要用于废钢熔化及钢水的升温，热效率约达68.5％，其余能量损失为炉渣、炉气、烟尘等带走的物理热、铁损物理热、变压器短网热损失、以及炉体散热损失，其中电能输入约为370～380kW·h。合金熔化炉熔化废钢消耗的电能主要用于加热废钢、感应线圈冷却水带走的热量、电源线路上产生的能量损失、金属辐射损失以及炉衬储热等，吨钢电耗约为550～580kW·h，热效率约为63％～70％。

以上分析可知，合金熔化炉与电弧炉两者在热效率方面基本持平，熔化1t废钢所消耗的能量也基本相同。

(4)合金熔化炉相比电弧炉对电网冲击小，运行平稳。

与传统“长流程”工艺相比，本发明具有以下技术优势：

(1)本发明的生产工艺符合钢铁工业节能减排、发展循环经济、实现可持续发展理念，与国家所提倡的钢铁业低排放政策方针一致。

(2)本发明生产工艺投资少，建设周期短且环境友好，即：在投资、效率和环保方面更具优越性。

(3)目前较低的200系列不锈钢废钢价格，使短流程生产成本较长流程更具市场竞争力。

(4)本发明省去了原料场(原料处理工序及铁矿粉、焦炭等的堆存)、烧结工序、高炉工序及配套焦化工序，节省了占地，同时极大程度地降低了废气和粉尘排放。据有关测算，使用1吨废钢，可以减少1.7吨精矿的消耗，比使用生铁节省60％的能源、40％新水，可减少排放废气86％、废水76％、废渣72％、固体排放物(含矿山部分的废石和尾矿)97％。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的经济的铬锰系不锈钢冶炼生产系统的工艺布置图；

符号说明：1为合金熔化炉，2为钢包车，3为AOD精炼转炉，4为LF钢包精炼炉，5为连铸机，6为废钢料槽，7为料仓，8为铸造起重机，9为桥式起重机，10为加料小车，11为过跨车，12为抓斗/磁盘起重机，13为AOD炉砌筑区。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

本文使用的术语“该”“所述”“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的对象。另外，本文公开的所有范围包括端点而且可独立地组合。

具体的，本发明的一种经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法，包括：

(1)将不锈废钢加入合金熔化炉，通电熔化得到不锈钢母液；

(2)对所述不锈钢母液取样分析，将成分报送至AOD精炼工序；

(3)将所述不锈钢母液兑入AOD精炼转炉，利用工艺控制模型完成脱碳保铬及成分调整，得到不锈钢液；

(4)将所述不锈钢液转入至LF钢包精炼炉，经造渣脱硫后进行连铸。

本发明的经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法，元素收得率高、投资及运行成本低、节能减排、符合可持续发展理念。

在一些优选的具体实施方式中，本发明的一种经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法，包括：

(1)将不锈废钢加入合金熔化炉，通电熔化得到不锈钢母液。

优选的，将所述不锈废钢打包压实后，通过平台加料小车将其加入合金熔化炉内。加料时应以熔化后钢液不超过炉容80％为界限，过程中需观察炉内熔化情况，金属炉料尚未完全熔化之前可及时补加料。

优选的，所述不锈废钢为单一系列不锈废钢，如200系列不锈废钢。由于原料为单一系列不锈钢废钢，每一炉在出钢时，可在炉子底部留有小部分“半钢”液，有利于下一炉熔化过程中一开始就投入高功率，以缩短金属炉料的熔化时间。

优选的，合金熔化炉通电熔化时间约100min(中频炉变压器配置原则：吨钢功率为800～1000kVA)，熔化温度≥1550℃后可出半钢。

(2)对所述不锈钢母液取样分析，将成分报送至AOD精炼工序。

(3)将所述不锈钢母液兑入AOD精炼转炉，利用工艺控制模型完成脱碳保铬及成分调整，得到不锈钢液。

其中，所述AOD精炼工序包括脱硅阶段、脱碳阶段、合金化阶段、还原阶段及倒渣出钢阶段。

以200系不锈钢废钢为例，200系不锈钢废钢中含有约1％的硅元素(Si)，经合金熔化炉熔化后，仍有约0.8％～0.9％的硅元素。因此，需通过脱硅阶段将不锈钢母液中的硅元素脱除至痕量。

具体的，所述脱硅阶段包括：在AOD精炼转炉中加入造渣材料，侧吹风进行吹氧冶炼，优选的，所述吹氧冶炼的工作压力为1.0MPa，供气强度为1.5～2.0Nm³/min·t，吹氧时间为3～5min。

其中，所述造渣材料为石灰、白云石、萤石。

其中，所述脱碳阶段包括：在AOD精炼转炉侧吹风口进行吹氧、侧吹风口吹入惰性气体；优选的，所述吹氧和所述吹入惰性气体的压力为0.8～1.2MPa，供气强度为1.2～1.8Nm³/min·t，供气时间为3～5min。

其中，所述惰性气体为氮气。

其中，合金化阶段也为成分调整阶段，根据所冶炼的具体钢种以及步骤(2)提供的不锈钢母液成分，在AOD精炼转炉中补加合金操作。可选的，所述补加的合金可以为高碳铬铁、镍铁等。

在一个优选的实施方式中，以200系不锈钢废钢为例，所述合金化阶段包括：通过高位料仓或料槽从炉口向AOD精炼转炉炉内加入高碳铬铁、镍铁，加入量分别为高碳铬铁10kg/t钢(Cr：52％)，镍铁5kg/t钢(N：5％)。

经合金化阶段对不锈钢液进行成分调整合格后，进入还原操作。具体的，通过高位料仓或是料槽从炉口往AOD精炼转炉加入硅铁/硅锰合金，加入量为30kg/t钢(Si：74％)，同时通过AOD精炼转炉侧吹风口进行吹氩，侧吹氩气压力约为0.8～1.2MPa，吹氩时间约10～15min，将氧化至渣中的Cr、Mn元素(以Cr₂O₃、MnO形式存在渣中)还原至钢液中。其中全硅铁吨钢消耗约30kg。

(4)将所述不锈钢液转入至LF钢包精炼炉，经造渣脱硫后进行连铸。

其中，在不锈钢液由AOD精炼转炉转入LF钢包精炼炉前，扒除AOD精炼转炉中90％以上的钢渣。

所述造渣脱硫操作包括：在LF钢包精炼炉中加入CaO、CaF₂及硅铁，底吹氩气；优选的，所述底吹氩气的压力为0.8～1.2MPa，供气强度为0.018Nm³/min·t～0.18Nm³/min·t，底吹氩气时间为12～18min。

本发明通过设置LF钢包精炼炉，借助LF钢包精炼炉电加热功能调整钢水温度，满足后续连铸工序要求；同时，LF钢包精炼炉能够灵活地协调AOD精炼转炉与连铸机之间的生产节奏，在AOD精炼转炉与连铸机之间起到缓冲调节作用。

另一方面，如图1所示，本发明的一种经济的铬锰系不锈钢冶炼生产系统，包括：

合金熔化炉1，用于熔化不锈废钢得到不锈钢母液；

AOD精炼转炉3，用于精炼所述不锈钢母液得到成分合格的不锈钢液；

LF钢包精炼炉4，用于调整所述不锈钢液的温度及成分；

连铸机5，用于将所述不锈钢液浇铸成铸坯；

其中，所述不锈钢母液及所述不锈钢液通过钢包在所述合金熔化炉、所述AOD精炼转炉、所述LF钢包精炼炉及所述连铸机之间转移。

优选的，本发明的一种经济的铬锰系不锈钢冶炼生产系统中，所述合金熔化炉1为40t合金熔化炉，数量为4套；所述AOD精炼转炉3为50t AOD精炼转炉，数量为2座；所述LF钢包精炼炉4为50t LF钢包精炼炉，数量为1座；所述连铸机5为2机2流小板坯连铸机，数量为1台。

为了更好的理解本发明，下面结合实际工况，对本发明所述的经济的铬锰系不锈钢冶炼生产方法及其系统进行详细描述。

(1)主要原料

回收的200系列不锈钢加工边角料、废板/管料、废装饰料等；

(2)主要设备

4套40t合金熔化炉1(一拖二型式，变压器容量35MVA)：用于200系列不锈废钢的熔化。

2座50t AOD精炼转炉3(无顶枪系统，仅有侧吹风口)：用于合格不锈钢钢液的冶炼。

1座50t LF钢包精炼炉4：用于不锈钢钢液温度及成分调整。

1台2机2流小板坯连铸机5：用于生产合格不锈钢板坯。

合金熔化炉1与AOD精炼转炉3、LF钢包精炼炉4及板坯连铸机5布置在同一跨间，见工艺布置图(图1)。

(3)具体工艺

合金熔化炉1所需废钢通过抓斗/磁盘起重机12装入合金熔化炉加料小车10，不锈钢废料通过合金熔化炉加料小车10加入炉内，开始通电熔化，熔化过程中还可向炉内加料2～3次；熔化完成后合金熔化炉1出钢温度≥1500℃，将不锈钢母液通过合金熔化炉倾翻机构倒入钢包内，通过钢包车2运至AOD精炼转炉3炉前，由120/32t铸造起重机8将钢包内不锈钢母液兑入AOD精炼转炉3，AOD精炼转炉3所需废钢在原料跨配料后通过过跨车11由原料跨运入冶炼跨，由桥式起重机9通过废钢料槽6加入AOD精炼转炉3炉内，结合风口侧吹进行脱硅、成分调整、还原等作业，冶炼过程中由料仓7加入所需合金，进而完成200系列不锈钢的冶炼。

AOD精炼转炉3通过炉口以钢、渣混出的方式出钢至炉下钢包内，通过扒渣机将钢液上层钢渣扒除后，由120/32t铸造起重机8将钢包调入LF钢包精炼炉4，进行造渣脱硫精炼操作，精炼完成由120/32t铸造起重机8将钢包吊运至连铸机5钢包回转台上，进行浇注作业。

当AOD精炼转炉冶炼约70～90炉左右(一个炉役的寿命在70～90炉之间)，由于炉衬耐火材料的侵蚀，需要将AOD转炉更换下来，拆除原有炉衬，砌筑新的炉衬。由冶炼跨120/32t铸造起重机8将AOD精炼转炉3炉本体吊运至AOD炉砌筑区13的拆炉位，由拆炉机拆除原有炉衬，然后再由吊车吊至砌筑工位，砌筑完成后对炉衬进行烘烤，待用。

(4)适用条件

以200系列不锈废钢为主要原料，适当添加高碳铬铁、电解镍及电解锰。

(5)消耗指标

石灰：130kg/t钢；萤石：30kg/t钢；铬铁：10kg/t钢；镍铁：5kg/t钢；硅铁：30kg/t钢；氧气：30m³/t钢；氮气：4m³/t钢；氩气：4m³/t钢。

本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。