海绵铁在电弧炉、感应炉和化铁炉中的应用

2019-10-15 15:59:20 作者:huangj 来源: 浏览次数:0 网友评论 0

海绵铁产品(DRI)的应用是冶金行业工作者关注的热点之一,本文针对海绵铁在电弧炉、感应炉和化铁炉中的应用情况进行总结,以便海绵铁产品更好地在冶金行业推广使用。
   陶江善

  中国废钢铁协会直接还原铁工作委员会,天津奥沃冶金技术咨询有限公司

  在钢铁行业环保日益严苛的当下,非高炉冶炼技术因其节能减排、低碳环保的优点得到了越来越多的关注,海绵铁产品(DRI)的应用也成为当下行业关注的热点。为此我们针对海绵铁在电弧炉、感应炉和化铁炉中的应用情况进行总结,以便海绵铁在国内冶金行业推广使用。

  1 海绵铁的种类

  海绵铁主要分为冷DRI、热压块(HBI)、热DRI;不同种类的DRI质量特点及适用领域如表1所示: 

  表1 海绵铁的种类

产品种类

DRI

热压块(HBI

DRI

产品形态

球团或块矿

圆柱或块状

球团或块矿

真密度

3.5g/cm3

5g/cm3

3.5g/cm3

堆密度

1.55~1.9g/cm3

2.5~3.0g/cm3

1.55~1.9g/cm3

规格尺寸

φ4~40mm

110×50×30mm

φ4~40mm

金属化率

92~95%

C

1~4%

P

0.005~0.09%

S

0.001~0.03%

脉石

2.8~6.0%

残余元素

微量

产品温度

常温

常温

550

后续用户

电炉或转炉

电炉或转炉或高炉

电炉

加料方式

连续或间断

说明

DRI适用于就近供应电炉使用,也可在采取适当保护措施后通过铁路或公路运输到其他地方使用,不推荐采用海运。

热压块HBI是一种优选方式,尤其是作为长期的储存和运输的主要方式。热压块DRI通常给电炉使用,也可供高炉或转炉用。

DRI直接以热态的方式排出还原炉并送至电炉熔化,可以提高用户的产量和降低生产成本。

 

  由于海绵铁采用优质铁矿石原料生产,其化学成分稳定,有害杂质元素少,S、P、N 含量低,可以很好地稀释钢水中有害元素,有利于生产高附加值产品,是一种优质原料。海绵铁是与废钢、生铁一样,是国际商品市场广泛应用的产品。其中,热DRI是生产过程中用于热送进入电炉熔炼操作的中间产品,因此不用作商用产品,商用海绵铁主要指冷DRI和热压块。

  2 海绵铁在电炉中的使用

  电弧炉常用的原料是废钢,因为废钢便宜且相对容易得到,但是社会废钢往往含有不需要的杂质元素,为了降低废钢中的有害杂质时,必须添加一定量的生铁或海绵铁,来稀释废钢的残留金属元素,可使最终铁水或钢水里的残余元素含量保持在可以接受的水平。在电弧炉冶炼中,低硫的海绵铁其优越性尤为明显,因为在熔炉中不必进行脱硫,可以节省大量的时间。

  电弧炉传统的加料是揭开整个炉盖,用吊入炉顶的料篮将炉料装入炉膛里,采用这种传统的加料方法,不仅延长了装料时间,而且损失了大量的热。而海绵铁则可经小孔装入炉内,所以开始装入的的料熔化之后不必再次揭开整个炉盖。再者,不要求大批炉料一次装入炉内,海绵铁可以按其熔化的相同速度连续向电炉内加料,所以能够达到较高的熔炼效率。

  图1所示为有两座电炉的车间连续加料系统布局草图,进来的海绵铁由皮带运输机(1)输送到贮料仓(2)。计量器(3)按需要将海绵铁放在传送带上,由此输送到电炉(4)。一根给料管经炉顶进入炉内,并引导炉料进入电极之间的区域。由于熔池的搅动,海绵铁立刻与液态金属和炉渣接触,液体金属上面的大量泡沫渣在保护炉衬耐火材料免受电弧直接辐射方面起了良好作用。在出钢之前,使电炉向后倾斜即可将渣排出。

 

  对许多铸钢和铸铁件来说,残留合金含量很低是十分重要的,因为它对产品的机械性能会产生不良的影响。为达到此目的,必须通过以下两方面的工作清除炉料:
一是采用机械分离法除去不合要求的废钢,这个办法困难既大,花钱又多;另一是在废钢炉料中加海绵铁,通过稀释作用降低残留合金的含量。由于海绵铁化学成份稳定、纯度又高,稀释炉料中残留合金含量有着重要的作用。

  图2所示则为提高海绵铁的比例对典型炉料中Cu、Sn、Cr、Ni的影响。用这种添加海绵铁的方法就能利用价格比较低廉的低级废钢代替某些高级废钢。

 

  全废钢炉料产出的钢水中含氮量往往比较高,其结果脆性增加,韧性降低,时效提高,铸件针孔过多。如图3所示,提高电弧炉炉料中海绵铁的百分数,往往可引起沸腾作用,足以降低熔体的含氮量。

 

 

  由于海绵铁与废钢存在固有差别,使用海绵铁时以下四项需增加能耗:

  1)熔化由于海绵铁脉石含量较高增而加的渣量;

  2)为熔化脉石而添加石灰;

  3)残留氧化铁的吸热还原;

  4)由于氧化铁还原所产生的一氧化碳气体的热损失。

  从以上列举的前三项可以看出,要使能量消耗降低到最低水平,就要求脉石含量尽可能低,金属化率尽可能高。图4所示为金属化率对计算需能数量的影响。然而如果海绵铁脉石含量低(在2%似下),金属化率高( 95%或95%以上),就能缩短总的冶炼时间,把传热和辐射造成的损失降至最低程度,使能耗增加的数量要比计算的少。

……
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