不锈钢废料回收利用冶炼工艺实践

李君荣

摘 要：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。

关键词：不锈钢废料；回收利用；节能降耗

中图分类号：TF4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）05-0058-02

Abstract： Stainless steel is a 100% recyclable green material. With the rapid development of stainless steel industry in China in recent years， the amount of social stainless steel scrap has reached a very large number， the recycling of stainless steel will be the final direction of the development of the industry. Based on the current technology and equipment conditions of the company， the paper studies the maximum use of stainless steel scrap smelting process， so as to achieve the purpose of energy saving， consumption reduction， green development and environmental protection.

Keywords： stainless steel scrap； recycling； energy saving and consumption reduction

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”。

参考文献：

[1]折宽伟.AOD冶金物理化学原理和计算机程序概述[内部资料][J].太重技术导报，1990（4）.

[2]贾培刚，孙衍国，刘兴军.转炉低铁水比例冶炼生产实践[J].山东冶金，2009，31（05）：81-82.

[3]短流程电炉炼钢工艺助推企业“零排放”[N].邢台日报，2015.

[4]李双江，李阳，等.304奥氏体不锈钢夹杂物的冶金行为[J].东北大学学报，2010，31（3）.

[5]印波.100T大型VOD冶炼超低碳不锈钢[J].科技创新与应用，2013（22）：68-69.

[6]张廷发.钢铁冶金流程节能实现及技术要点研究[J].科技创新与应用，2017（12）：139.endprint