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怎樣提高不銹鋼電爐冶煉中鉻元素收得率


時間:2020-08-10 09:55  來源:未知   作者:admin  點擊:
201不銹鋼板202不銹鋼板304不銹鋼板華夏彩票登陸板廠家華夏彩票注冊不銹鋼2020年8月10日訊 21世紀以來,我國不銹鋼工業進入高速發展時期,不銹鋼產量快速增長。然而,我國的鉻礦儲量較為貧乏,國內鋼鐵企業的鉻原料大部分依賴于進口,對外依存度超過80%以上。目前,不銹鋼冶煉多采用電爐—AOD 工藝進行冶煉,電爐的作用是為AOD工序提供初煉預溶液,即將含有Cr、Ni 的廢鋼、生鐵或其他物料熔化后提供給AOD 爐進一步脫C 冶煉。作為熔化不銹鋼廢鋼的電爐工序,為了提高生產效率并節約電能,往往在電極熔化廢鋼的同時吹入氧氣,達到升溫助熔的目的。但是,吹氧過程不可避免地使得鋼中鉻元素嚴重氧化,使得電爐出鋼后鉻元素的收得率顯著降低[2],增加不銹鋼的生產成本。所以,提高電爐冶煉不銹鋼過程中鉻元素的收得率,是節約鉻資源的需要,也是鋼鐵企業降本增效的主要途徑,已成為冶金工作者在生產實踐中關注的重要課題。
1 電爐中鉻損失的因素與控制方法
不銹鋼中的鉻元素在冶煉過程中與鋼水中的溶解氧、氣氛中的氧氣和鋼渣中的氧化物會發生氧化反應。當電爐中爐料開始熔化時,鉻元素的氧化隨之開始,尤其在吹氧助熔過程中氧化反應更加強烈,這是電爐中鋼水鉻損失最主要的途徑,且一直持續到出鋼。不銹鋼的配料通常有廢鋼(碳鋼、合金鋼和不銹鋼) 和鐵合金(Fe- Cr、Fe- Cr、Fe-Mn 和Ni 等)組成。同時,原料中也不可避免地存在不同數量和類型的氧化物,特別是修磨產生的金屬屑末。這些氧化物在熔化后均會與鋼水中的Cr 發生反應。爐料熔化過程中,還原劑會加入到電爐中回收以氧化鉻形式存在于渣中的Cr,還原劑熔池由Fe- Si、Al 和造渣劑比如石灰等組成。爐料完全熔化后,把鋼水倒入AOD中。在電爐出鋼的過程中,鋼水吸氧,還會有0.27%~0.33%的鉻損失[3-6]。
因此,如果要減少Cr 的損失,主要應關注如何減少鉻的氧化與如何做好鉻的氧化物還原工作。關于爐料,雖然知道應減少氧化物原料的加入量,但由于廢鋼市場價格的影響,爐料設計最終是由成本決定的,故無法避免金屬屑末等氧化物的使用。關于吹氧溫度,高溫吹氧有利于脫碳保鉻,但由于電爐吹氧主要是為了利用鋼水氧化放熱而助熔,所以需在鋼水局部熔化即開始吹氧,鋼水中鉻的氧化無法避免。綜上所述,電爐中的鉻損失只能通過鋼水、鋼渣的成分以及鋼渣堿度的調整來控制。
2 試驗方法與設備
本文試驗均以電爐冶煉304 不銹鋼預熔液為例,研究上一年度實際生產的100 余爐鋼水中Si 含量和鋼渣堿度對鋼水出鋼后鉻收得率的影響,從而可優化參數,指導生產實踐。電爐關鍵設備參數見下頁表1,出鋼化學成分見下頁表2。
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3 試驗結果與討論
3.1 Si 含量對鋼水鉻回收率的影響
在煉鋼過程中,脫氧劑通常使用錳、硅和鋁。由于錳的氧化、還原反應的熱力學性質與鉻很相近,二者與氧結合的能力相當,所以在富鉻鋼渣中,錳難以起到還原劑的作用,主要是用硅和鋁作為還原劑。從經濟上考慮,由于硅和鋁的成本相差很大,且1 kg的75%硅鐵和1 kg 鋁還原出的鉻相當,因此還原劑選用硅鐵更為經濟。還原反應如式1 所示,可見提高鋼液中的Si 含量,可以促進還原反應的進行。
2/3(Cr2O3)+[Si]=[SiO2]+ 4 3 [Cr] . (1)
在上一年度實際生產的100 余爐中選取鋼渣堿度在1.3~1.4 范圍內的數據,共22 爐,以鋼水Si 含量為橫坐標,以鋼水Cr 收得率為縱坐標,繪于圖1,圖中直線為22 爐數據以最小二乘法擬合得到。由圖1 可見,隨著鋼水中Si 含量的提高,Cr 的收得率有逐漸升高的趨勢。當鋼水中w(Si)<2.1%時,數據中出現了很多Cr 收得率低于90%的情況,而當鋼水中w(Si)>2.1%時,鋼水Cr 收得率基本均在95%以上,得到了很好的還原效果。
3.2 鋼渣堿度對鋼水鉻回收率的影響
關于電爐中鋼渣堿度的選擇,有文獻[7]認為電爐鋼渣堿度升高會使渣中氧化鉻含量降低,即對鉻的回收有利。當電爐鋼渣堿度在1.1~1.6 之間時,對應的鋼渣中氧化鉻含量最低。當電爐鋼渣的堿度大于1.8 時,鋼渣黏度顯著增加,阻礙了鋼渣中氧化鉻的還原反應,導致鉻的收得率回落。從本廠上一年度實際生產的100 余爐中選取鋼水Si 的質量分數在1.9%~2.1%范圍內的數據,共25 爐,以鋼渣堿度為橫坐標,以鋼水Cr 收得率為縱坐標,繪于圖2,圖中直線為25 爐數據以最小二乘法擬合得到。由圖2 可見,在本廠實際生產過程中,在堿度高于1.4 后,Cr收得率出現明顯增加,普遍達到95%以上,已達到較為滿意的還原效果。
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3.3 生產實踐
前兩節分別考慮了電爐鋼水中Si 含量和電爐鋼渣堿度對于鉻收得率的影響,得到的較優參數為鋼水w(Si)>2.1%,鋼渣堿度高于1.4。但在實際生產中,鋼水中Si 含量和鋼渣的堿度并不能一味地提高。這是由于隨著鋼渣堿度的升高,鋼渣黏度增加,液渣界面減少,鉻的還原反應條件被限制,表現為隨著鋼渣堿度的繼續升高,鉻的還原反應趨于某一極限值。而對于鋼水中的Si 含量,也不能一味地提高。鋼渣的堿度是w(CaO)和w(SiO2)的比值,當Si 含量升高時,為保證合適的鋼渣堿度,CaO 的加入量也相應增加,這便導致了電爐中渣量的增加,以及冶煉輔料、電耗成本的增加。基于此,本年度生產實踐選用了電爐鋼水w(Si)范圍2.1%~2.3%,電爐鋼渣堿度范圍1.4~1.6 的生產工藝。生產工藝改進前、后的Cr 收得率統計數據如圖3 所示。由圖3 中可見,生產工藝改進后,Cr 收得率平均值由之前的94.1%上升至95.4%。
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4 結論
本文分析了電爐中鉻損失的因素和控制方法,研究了鋼水中Si 含量和鋼渣堿度對鉻收得率的影響規律,結論如下:
1)隨著鋼水中Si 含量的提高,電爐中Cr 收得率隨之升高。當鋼水中w(Si)>2.1%時,鋼水Cr 收得率基本均在95%以上,得到了很好的還原效果。
2)隨著電爐鋼渣堿度的升高,電爐中Cr 收得率隨之升高。當鋼渣堿度大于1.4 時,Cr 收得率普遍達到95%以上。
3)將電爐鋼水Si 的質量分數控制在2.1%~2.3%,電爐鋼渣堿度控制在1.4~1.6 范圍內時,Cr 收得率平均值由改進前的94.1%上升至95.4%。
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