直接还原铁在全球电炉炼钢企业中的应用调查（8）--一重
中国一重
中国 一 重 集 团 铸 锻 钢 事 业 部，拥 有 100 吨、80 吨 和 40 吨 电 弧 炉，160 吨、130 吨 和 40 吨 钢 包 精 炼 炉 ，10 吨 和 120 吨 电 渣 炉 以 及 600 吨 真 空 铸 锭 室 等 。 电 炉 炼 钢 用 原 材 料 是 影 响 钢 水 洁 净 度 的 重 要 因 素 之 一 ， 一 重 炼 钢 使 用 的 钢 铁 料 大 多 是 锻 造 和 机 加 下 来 的 返 回废 钢 ， 返 回 废 钢 由 于 长 期 的 循 环 使 用 ， 污 染 严 重 ， 各 种 残 余 元 素 富 集 ， 己 经 很 难 保 证 钢 水 质量 要 求 。 另 外 ， 外 购 废 钢 匮 乏 ， 尤 其 是 优 质 废 钢 供 需 更 加 紧 张 ， 致 使 可 替 代 优 质 废 钢 的 直 接 还 原 铁 市 场 需 求 正日 趋 增 长。 海 绵 铁 是 一 种 优 质 电 弧 炉 炼 钢 原 料 ， 尤 其 是 生 产 优质 钢 和 纯 净 钢 的 理 想 原 材 料 。 在 目 前 废 钢 供 应 日 趋 紧 张 的 情 况 下 ， 作 为 废 钢 代 用 品 的 海 绵 铁 被 配 用 在 一 重 电 炉 炼 钢 生 产 过 程 中 ， 能 起 到 稀 释 有 害 残 余 元 素 和 显 著 改 善 钢 质 的 作 用。
浇 注车 间
1 海 绵 铁 替 代 部 分 废 钢 的 可 行 性 分 析
一 重 炼 钢 主 要 工 艺 路 线 为 电 炉 （ EAF) + 炉 外 精 炼 （ LF ） + 真 空 去 气 (VD)。 电 炉采 用 废 钢 + 生 铁 冷 装 法 冶 炼 钢 水 ， 废 钢 所 占 比 例 为 80 ~90 ％ ， 生 铁 为 20 ~ 10%， 生 产 钢 种 多 为 高 附加 值 合 金 钢 ， 品 种 多 达 200 余 种。 废 钢 的 来 源 以 自 产 废 钢 为 主 ， 约占 废 钢 总 量 的 60%. 自 产 废 钢 的 多 次 循 环 ， 必 然 导 致 残 余 元 素 的 富集 · 为 稀 释 废 钢 中 的 残 余 元 素 ， 净 化 炉 料 ， 保 证 返 回 废 钢 良 性 循环 ， 就 必 须 用 “ 干 净 ” 的 钢 铁 料 来 冲 淡。· 海 绵 铁 恰 好 能 起 到 这 种 作 用。 如 果 大 量 采 用 生 铁 ， 由 于 生 铁 本 身 碳 、 磷 、 硫 含 量高 ， 为 去 除 磷 、 硫 需 加 入 足 够 的 矿 石 、 石 灰 和 萤 石 ， 增 加 了 辅 助 材 料 消 耗 ， 且 价 格 昂 贵 ， 必然 会 导 致 炼 钢 成 本 的 增 加。 另 外 ， 海 绵 铁 中 含 有 一 定 量 的 FeO 在 冶炼 过 程 中 有 利 于 泡 沫 渣 的 形 成 ， 为 脱 氧 及 去 除 夹 杂 创 造 了 良 好 的 动 力 学 条 件。 同 时 ， 在 冶 炼 前期 ， 也 有 利 于 快 速 脱 P 及 减 少 弧 光 对 炉 衬 的 侵 蚀 。 因 此 ， 海 绵 铁在 一 重 成 为 部 分 废 钢 的 代 用 品 具 有 可 行 性 。
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2 海 绵 铁 在 一 重 100t 高 功 率 电 弧 炉 中 的 应 用
海 绵 铁 的 生 产 工 艺 主 要 有 两 种 ： 一 种 是 气 基 直接 还 原 法 ， 即 以 天 然 气 为 还 原 剂生 产 海 绵 铁 ； 另 一 种 则 是 煤 基 直 接 还 原 法 ， 即 以 煤 为 还 原 剂生产 海 绵 铁。 表 1、 表 2 为 一 重 电 炉 炼 钢用 海 绵 铁 主 要 性 能 指 标 。
表１ 海绵铁主要化学成分，%
|
等级 |
TＦe |
Mtz |
P |
S |
Al2O3+SiO2 |
MgO+CaO |
Cu |
|
不小于 |
杂质不大于 |
||||||
|
一级 |
90 |
95 |
0.006 |
0.015 |
6 |
5 |
0.02 |
|
二级 |
88 |
93 |
0.010 |
0.020 |
8 |
6 |
0.02 |
|
三级 |
88 |
91 |
0.015 |
0.030 |
8 |
6 |
0.02 |
|
四级 |
85 |
90 |
0.020 |
0.030 |
10 |
6 |
0.02 |
表２ 海绵铁杂质元素含量，%
|
元素 |
As |
Sn |
Sb |
Co |
B |
Pb |
Bi |
|
不大于 |
|||||||
|
含量 |
0.005 |
0.002 |
0.001 |
0.01 |
0.00015 |
0.002 |
0.002 |
21 海 绵 铁 的 加 入 方 法
国 内 外 比 较 成 功 的 海 绵 铁 加 入 方 式 为 颗 粒 状 海绵 铁 电 炉 炉 顶 连 续 加 料 ， 但 我 单 位 由 于 设 备 条 件 不 具 备 ， 海 绵 铁 无 法 实 现 顶 师 ， 只 能 与 废 钢同 时 入 炉。 为 加 速 海 绵 铁 熔 化， 减 少 富 氧 操 作 对 其 收 率 的 影 响 ， 采 用 第 二 、 三 次 料 分 批 加 入 海绵 铁 冶 炼 ， 布 料 顺 序 从 上 到 下 为 海 绵 铁 一 钢 屑 一 轻 钢 一 重 钢 一 生 铁 一 钢 屑。
2.2海 绵 铁 配 入 量 对 冶 炼 时 间 、 吨 钢 电 耗 及 钢 水 收 得 率 的 影 响
图 1 ~ 图 3 分 别 为 海 绵 铁 配 入 量 对 加 氢 产 品 （ 3Cr 1 Mo 1/ 4V ） 冶炼 时 间 、 吨 钢 电 耗 及 钢 水 收 得 率 的 影 响 ， 不 同 配 入 量 各 统 计 20 炉。
图1 海绵铁配入量对冶炼时间的影响
图2 海绵铁配入量对吨钢电耗的影响
图3 海绵铁配入量对钢水收得率的影响
大 量 工 业 生 产 实 践 表 明 ， 当 海 绵 铁 配 比 为 12%时 ， 冶 炼 时 间 最 短 ， 电 耗 最 钢 水 收 得 率 达 到88%。· 当 海 绵 铁 配 比 小 于 12% 时 ， 随 海 绵 铁 的 加 入， 入 炉 炉 料 堆 比 重 增 加 ， 炉 料 间 隙 减 少 ， 电 弧 热 量 利 用 率 提高 ， 加 快 了 熔 化 速 度 ， 且 钢 水 收 得 率 变 化 较 小 ； 另 外 ， 海 绵 铁 本 身 含 有 一 定 量 的 FeO与 喷 入 渣 中 的 C 粉 反 应 ， 产 生 CO 气 体 使 泡 沫 渣 埋 弧 操 作 时 间 延 长 减 少 了 电 弧 对 炉 衬 的 热 辐 射 ， 充 分 利 用 了 电 弧 热量 ； 并 且 由 于 海 绵 铁 本 身 P 、 S 含 量低 ， 减 少 了 脱 P 所 需 渣 量 ， 缩 短 了 冶 炼 时 间 ， 降 低 电 耗。·当 配 比 大 于 12% 时 ， 随 海 绵 铁 配 入 量 的 增 加 ，氧 化 期 大 沸 腾 现 象 加 剧 ， 并 由 于 海 绵 铁 中 含 有 脉 石 等 成 分 ， 增 加 了 石 灰 消 耗 量 ， 冶 炼 时 间 、电 耗 均 有 所 增 加。
2.3海 绵 铁 对 钢 中 残 余 元 素 的 影 响
盾构机
钢 中 残 余 元 素 严 重 影 响 了 钢 材 的 性 能 ， 但 现 行冶 炼 工 艺 无 法 有 效 去 除 ， 只 能 依 靠 控 制 原 材 料 降 低 钢 中 残 余 元 素。· 海 绵 铁 本 身 纯 净 ， 化 学 成 分 稳 定 ， 有 害 元 素 杂 质 含 量 少 ， 加 入 后 可 以 稀 释 废 钢 、生 铁 中 的 有 害 元 素 · 表 4 为 海 绵 铁 的配 入 量 对 钢 中 残 余 元 素 含 量 的 影 响。·
表3 海绵铁配入量对残余元素含量的影响，%
|
海绵铁配入比例,% |
Cu |
As |
Sn |
Sb |
Co |
|
0 |
0.12 |
0.009 |
0.008 |
0.0025 |
0.05 |
|
5 |
0.10 |
0.008 |
0.007 |
0.0025 |
0.04 |
|
8 |
0.08 |
0.007 |
0.006 |
0.0020 |
0.03 |
|
12 |
0.06 |
0.006 |
0.005 |
0.0015 |
0.01 |
|
20 |
0.05 |
0.005 |
0.004 |
0.0015 |
0.01 |
|
30 |
0.04 |
0.004 |
0.002 |
0.0010 |
0.01 |
3 结 论
（ 1 ） 一 重 用 海 绵 铁 代 替 部 分废 钢 冶 炼 高 附 加 值 合 金 钢 工 艺 基 本 成 操 作 可 行 ， 较 好 地 解 决 了 外 购 优 质 废 钢 不 足 的 问 题 。
（ 2 ） 在 现 行 工 艺 条 件 下 ， 一重 100t 超 高 功 率 电 炉 配 入 12% 左 右 的海 绵 铁 ， 能 使 冶 炼 时 间 缩 短 、 电 耗 降 低 ， 钢 水 回 收 率 可 达 88% 。
（ 3 ）海 绵 铁 的 加 入 ， 有 效 稀释 了 残 余 元 素 的 含 量 ， 提 高 了 钢 水 洁 净 度 ， 保 证 了 产 品 质 量 。
（本文节选自相关公开发表资料！）