由于原料成本约占不锈钢生产成本的70%,而原料中铬和镍的费用占比很大,因此采用铬矿或镍矿取代含铬或镍铁合金直接冶炼不锈钢是降低不锈钢原料成本的有效手段。日本川崎制铁研究开发转炉熔融还原技术制备含铬母液,1994年已成功实现了不锈钢工业化生产,形成了独有的不锈钢冶炼工艺,生产400系列不锈钢。
该工艺用2座顶底复吹转炉,原料采用铬矿砂取代高碳铬铁直接冶炼不锈钢,主要包括STAR 竖炉型鼓风炉内熔融还原炼钢产生含铬粉尘和转炉产生的炉渣生产再生金属,第一座SR-KCB(熔融还原铬矿砂)-第二座DC-KCB(顶底复吹转炉内脱碳)-VOD炉内深脱碳。其配料为:铬矿和废钢分别为230~280千克/吨和190~130千克/吨,由STAR供给再生金属250~50千克/吨,其他为铁水。
国内铬矿熔融法生产不锈钢还处在的还原机理研究及工业性试验阶段。在还原机理研究领域,有研究推测铬矿还原分两个阶段,第一阶段铬矿通过CO气体间接还原;第二阶段铬矿逐步向渣相中溶解,而被固体碳直接熔融还原,这两个反应与温度密切相关。在试验条件下,铬矿在CaO-SiO2-Mg0-Al2O3渣系中熔解反应为整个过程的限制性环节。到目前为止,尚未对铬矿熔融还原机理形成一致观点,研究成果的应用具有局限性。
此外,工业试验方面,据报道1992年在15吨转炉中进行了铁浴熔融还原制备不锈钢母液的工业试验,试验原料为含碳铬矿团块和氧化镍矿,炼成Cr13、Cr18Ni8 两种不锈钢母液。铬的熔融还原速率0.16%~0.25%Cr/分钟,铬的收得率85%,但磷含量超标。2000年在255立方米高炉进行了不锈钢母液直接冶炼的工业试验,共生产出含铬为5%~21.3%不锈钢母液近千吨。
但是由于铬矿粉制备、还原效率、铬收得率等因素,铬熔融还原直接冶炼不锈钢技术未大范围推广使用。
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