低镍铁料在201不锈钢管厂炼钢生产中的应用

研究了低镍铁料代替电解镍和低碳铬铁在集装箱钢种上的应用，解决了回硫问题。结果表明，低镍铁料能够代替电解镍和部分低碳铬铁生产集装箱钢种，而且节约成本85.71元/t钢。低镍铁料替代电解镍技术应用到所有含镍类品种钢上均不影响成品性能。

镍是固溶强化剂，也是较好的淬透性添加剂，能有效改善钢的低温性能（特别是低温韧性），是合金钢中的重要元素。低镍铁料是含镍1.5%~2.0%的生铁，因此也叫含镍生铁，它是近几年国内一些企业利用小高炉冶炼红土镍矿烧结矿制得。

正常的低镍生铁含镍4%~5%，如果采用一般生铁的生产工艺，且镍矿烧结矿品位太低的话，生产出的低镍铁料含镍1.5%~2.0%，价格稍高于生铁。随着国民经济的快速发展，我国镍消费量迅速增长，而镍产量不能同步增长，金属镍依赖进口，201不锈钢管厂生产含镍合金钢种成本压力增大。鞍钢集装箱用钢一直使用传统的电解镍和低碳铬铁配钢种需要的镍、铬成分，电解镍为160元/t钢，低碳铬铁为60元/t钢，占合金总成本的50%。炼钢工序成本中，合金料占27.67%，仅次于钢铁料。201不锈钢管厂为了降低生产成本，研究了采用低镍铁料替代镍、铬合金技术，本文对此加以介绍。

1低镍铁料应用的主要问题及解决措施

1.1低镍铁料应用的主要问题

低镍铁料与一般生铁的工艺相同，但由于是小高炉生产且主原料含硫明显高于普通矿石，因此低镍铁料和普通生铁的成分存在较大差异，如表1所示。

由表1可知，低镍铁料含硫较高，基本为普通铁水的10倍，转炉吹炼过程回硫量达0.010%，因此生产集装箱钢种出钢后硫成分基本超标（集装箱钢种成品硫上限0.010%），只能采用有脱硫能力的LF炉处理，而鞍钢鲅鱼圈只有一个LF炉精炼处理位，因此，40%以下的集装箱钢种采取LF工序。为了解决硫超标的问题，出钢过程的钢水渣洗脱硫很重要。

1.2脱硫措施及效果

201不锈钢管厂根据渣洗脱硫的热力学与动力学可知，只要创造出有利于钢水脱硫的热力学与动力学条件，就能够在出钢与氩站处理的时间段内对钢水脱硫。根据渣洗脱硫原理采取如下措施：

（1）转炉目标出钢温度在原有基础上提高10℃；

（2）转炉出钢后即开始脱氧，保证钢水脱氧良好，出钢后Als控制在0.030%~0.050%；

（3）转炉出钢脱氧结束后加入小粒白灰1.0~2.0 t，出钢过程全程吹氩，氩气流量为50 m 3/h；

（4）出钢结束后加入0.3 t熔渣改质剂（含40%铝），对顶渣进行改质；

（5）氩站吹氩3 min，氩气流量为50 m 3/h。

201不锈钢管厂采取上述措施后，钢包顶渣由碱性氧化渣转变为碱性还原渣，且钢水中的氧含量降低到痕迹,提供了促进脱硫反应进行的条件。统计近3个月使用低镍铁料且进行渣洗脱硫罐次的生产数据表明，渣洗脱硫后，氩站脱硫率平均达到37%，成品硫控制在0.008%左右，加低镍铁料的集装箱钢种炉次可以进ANS和RH处理，释放了LF炉的产能，集装箱钢种100%使用低镍铁料。

2低镍铁料在炼钢生产中的应用

低镍铁料与生铁的区别是含有镍和铬元素，因加入量较大，只能在转炉工序和废钢一起使用。使用方法是兑铁前随废钢一同加入炉内，由于镍在炼钢温度下基本不氧化，理论上低镍铁料熔化后镍全部进入钢水中，即镍的收得率为100%。为了确认低镍铁料中镍和铬的实际收得率情况，在低镍铁料使用初期，对其检验并对使用的炉次数据进行了统计分析。

在废钢间随机抽取2个低镍铁料试样，检测成分见表2。

由表2可以看出，试样化学成分符合标准要求。对201不锈钢管厂实际生产中使用低镍铁料的25罐钢水进行检验，25罐钢水中前8罐钢水加入低镍铁料约18 t，后17罐加入低镍铁料约20 t。各项指标平均值见表3所示。

由表3可以看出，加入18 t低镍铁料的钢水终点Ni含量平均为0.109%，终点Cr含量平均为0.168%；加入20 t低镍铁料的钢水终点Ni含量平均为0.122%，终点Cr含量平均为0.194%。依照低镍铁料中镍元素的收得率为100%，根据公式：

低镍铁料镍含量=（出钢量×钢水终点镍含量）÷低镍铁料加入量计算出低镍铁料的镍含量如图1所示。从图1可以看出，依照100%收得率计算的低镍铁料理论含镍量与实验分析的镍成分化检验结果（见表2）比较吻合，说明低镍铁料中镍的收得率在实际生产中完全可以依照100%收得率考虑。图2为低镍铁料中铬元素的收得率情况。

从图2可以看出，201不锈钢管厂在目前的控制水平下，低镍铁料中铬元素的收得率为55%~70%，平均为64.09%，这说明由于铬易氧化，所以低镍铁料中铬的收得率不稳定。在实际生产中，低镍铁料的铬元素依照70%收得率计算来配加低碳铬铁的用量。如果低镍铁料中的铬元素收得率低，在精炼工序适当的补加少量低碳铬铁。

201不锈钢管厂根据低镍铁料的化学成分以及镍、铬元素收得率规律可计算出实际生产中，1 t低镍铁料约增加转炉终点Ni含量0.006%，终点Cr含量0.009 6%，即能够代替15.6 kg镍板与38.4 kg低碳铬铁进行合金配加。对于含磷耐候钢SPA-H的钢种，在260 t转炉上使用20 t低镍铁料能够替代312 kg镍板和768 kg低碳铬铁。

201不锈钢管厂为了拓展低镍铁料的使用领域，除了集装箱板钢种外，在一系列管线钢上也进行了低镍铁料替代电解镍的应用研究，例如低镍铁料在L485上的应用。管线钢L485对镍成分的要求为0.07%～0.10%，目标为0.08%，每炉加入低镍铁料13 t，罐内钢水镍成分平均为0.084%，达到了成品对镍成分的要求。对钢种进行试轧并分析板材性能表明，使用低镍铁料没有对钢种的性能产生任何不利影响。对客户使用情况进行跟踪访问，也没有出现钢材性能上的不合与波动。因此，低镍铁料可以在其它含镍品种钢上应用，并能取得明显的经济效益。由于不论钢种对镍、铬两种成分均有要求还是单独对镍成分有要求，使用低镍铁料代替电解镍和低碳铬铁或单纯替代电解镍都能产生显著的效益。因此在耐候钢、储油罐、压力容器以及高级管线等含有镍、铬成分或单纯含有镍成分的品种钢上采用了低镍铁料替代电解镍技术，拓宽了低镍铁料的使用领域。

3效益分析

低镍铁料主要用于集装箱用钢，对于集装箱钢种，每炉加入20 t低镍铁料，转炉终点Ni成分为0.12%～0.13%，Cr成分为0.17%～0.20%，平均每炉节约镍板和低碳铬铁分别为320 kg和760 kg。以2013年2月份价格为基准测算吨钢节约合金成本为：

（116 337（电解镍价格）×0.32+12 012（低碳铬铁价格）×0.76）÷260（一炉钢的平均良坯量）=178.30元/t钢；

使用20 t低镍铁料增加成本：

20×（3 385.4（低镍铁料价格）-2 441.7（一般生铁价格））÷260（一炉钢的平均良坯量）=72.59元/t钢；

统计实际生产数据得出，由于使用低镍铁料后出钢硫含量高，LF精炼位脱硫成本增加20元/t钢；

则总成本应降低：

178.30-72.59-20=85.71元/t钢。

可见，使用低镍铁料代替镍板与低碳铬铁，吨钢节约成本85.71元/t钢。

4结论

（1）用低镍铁料替代电解镍和低碳铬铁，在集装箱的SPA-H钢种上进行了试验研究，重点解决了回硫问题，结果表明低镍铁料可替代全部的电解镍以及部分的低碳铬铁，并且无精炼路径的限制，吨钢节约成本85.71元。

（2）201不锈钢管厂在含镍、铬成分或单纯含有镍成分的品种钢上采用低镍铁料替代电解镍和低碳铬铁技术，拓宽了低镍铁料的使用领域。