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不锈钢废料回收利用冶炼工艺实践

作者:user 来源:  日期:2019-10-15 21:48

不锈钢是100%可回收利用的绿色材料。随着近几年我国不锈钢行业的高速发展,社会不锈钢废料的蓄积量已经达到一个很庞大的数字,不锈钢的回收利用将是行业发展的最终方向。文章结合目前公司的工艺装备条件,研究最大限度使用不锈钢废料的冶炼工艺,达到节能降耗、绿色环保的目的。 
 我國是世界上最大的不锈钢消费国及不锈钢生产国,企业根据原料供应条件、生产规模、生产成本和产品品种与质量等因素选择了废钢电炉、铁水转炉和废钢一铁水等不同的冶炼工艺流程。但随着日益严峻的环保压力、能源消耗压力及市场不锈钢废料蓄积量日益增大的契机,不锈钢冶炼工艺的转型到达临界点,不锈钢废料短流程冶炼将是发展方向。 
  本文主要结合企业现有的装备条件进行工艺优化,增加废钢比,达到节能减排、降本增效的目的。 
  1 工艺流程对比 
  (1)常规300系不锈钢工艺流程,见图1。 
  (2)优化后工艺流程,见图2。两图相比,优化后的流程是使用中频炉熔化镍铬合金,即常规AOD添加的冷料,给AOD精炼炉提供铬铁水热装,而AOD则大量加入预处理过的不锈钢废料,达到节能降耗目的。 
  2 工艺流程优化的依据 
  (1)AOD法冶炼不锈钢过程中,吹入熔池的氧气与碳、铬、锰、硅、铁等元素发生以下化学反应[1]: 
  (6)式充分体现了AOD的精髓-脱碳保铬。在快速脱碳的过程中会产生大量的热量,导致熔池温度不断升高,到达一定程度后会引起其他合金元素的氧化及耐火材料的损耗,此时需要加入冷料平衡炉内温度。 
  (2)AOD冶炼遵循以热平衡为中心的原则,其热量来源主要是不锈钢母液的物理热及冶炼过程的化学热[2]。热量平衡主要取决于化学反应产生的热量和冷却剂加入量的多少。收支体现如下: 
  Q总=Q化学反应+Q冷却剂+Q辅料+Q其他 
  其中:Q总-AOD炉总热量;Q化学反应-AOD冶炼过程化学反应热量;Q冷却剂-冷却剂吸收热量;Q辅料-辅料吸收热量;Q其他-其他部分热量主要包括烟气、喷溅损失等。 
  (3)常规冶炼工艺中,母液平均含碳量达到4.5%,冷却剂高碳铬铁的碳含量也很高,只能在氧化期加入,实际操作中反馈,中后期脱碳产生的热量无法平衡,升温很快,AOD通过加大惰性气体的吹入量、减少氧气比例来进行控制温度,后期脱碳速度减慢,冶炼时间长,导致成本增加。 
  3 工艺流程优化论述 
  为适应发展需要,企业积极调整、优化工艺流程,新流程概括如下:高炉铁水+中频炉高铬铁水兑入AOD炉进行脱碳冶炼,温度升到1550℃高速脱碳区间后,处理过的不锈钢废料匀速加入AOD炉内平衡熔池热量。因不锈钢废料与高碳铬铁冷料不同,它的成分与不锈钢成品成分一致且碳含量极低,可全程加入,整个冶炼过程温度可控,极大缩短冶炼时间,节约能源。 
  4 经济评价及配套设施 
  4.1 经济评价 
  通过工艺流程的优化,提高不锈钢废料用量,AOD炉操作稳定、冶炼周期缩短,产能释放,取得可观的经济效益。 
  (1)钢铁企业排放的污染物80%来自于烧结、高炉环节,据环保专家测算,用废钢直接炼钢比用铁矿石炼铁炼钢可减少废气86%,废水76%和废渣97%,有利于清洁生产和排废减量化[3]。工艺优化后AOD不锈钢废料加入量达到25%~30%,相当于节约25%~30%的镍铁、高铬用量,对应减少了25%~30%污染排放。 
  (2)AOD25%~30%不锈钢废料的加入,是平衡炉内温度,利用化学反应产生的多余热量来熔化冷料。从能源消耗角度评价,产能增加25%~30%,但能源消耗总量不变,均摊到吨钢能耗就下降了20%~25%。 
  (3)AOD冶炼上,不锈钢废料含碳量在0.08%以下,加入25%~30%,炉内原始的4.5%碳含量将冲减到3.5%以下,加上温度稳定平衡促进快速脱碳的保持,AOD冶炼周期缩短15分钟以上,产能释放的同时,气体介质、辅料消耗大幅下降。 
  (4)产品品质上,不锈钢废料其实属于成品重熔,相对于高碳铁水冶炼杂质少、渣量少,AOD冶炼难度减轻,钢水纯净度优于铁水长流程炼钢,成品品质进一步提升。 
  4.2 配套设施 
  AOD冶炼加入不锈钢废料前景良好,但要达到最佳效果必须配套以下设施: 
  (1)不锈钢废料处理场:目前市场上的不锈钢废料质量良莠不齐,掺假、夹杂、以次充好现象较为普遍,而加入AOD中冶炼的原料必须是保证优质不锈钢废料,这种情况下需增加废钢处理环节,对外购不锈钢废料进行加热焚烧、打散分拣、冲压成型等预处理。尤其分拣中对铝的关注是重中之重,因为300系不锈钢铸坯硅酸盐夹杂物类型中,夹杂物中的CaO,SiO2和Al2O3成分偏离塑性区域,夹杂物塑性变形能力差[4],冷轧加工易引起剥片等质量缺陷。 
  (2)AOD废钢上料系统:优化后的工艺流程,关键点在于控制炉内熔池的热量平衡,即上料系统如何保证不锈钢废料的匀速加入。 
  5 结束语 
  本公司在现有装备基础上,结合不锈钢行业阶段发展的需要进行了工艺优化,取得了一定的成效,为节能环保做出了贡献,企业的持续竞争力得到提升。今后再接再厉,不断置换、优化工艺设备流程,最终实现电炉短流程炼钢,达到真正的“零排放”。 

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