海绵铁在电炉钢生产中的应用

2020-03-05 10:18:48 作者:huangj 来源: 浏览次数:0 网友评论 0

海绵铁产品(DRI)的应用是近年来钢铁生产企业关注的热点之一,本文针对海绵铁在电炉钢生产中的情况进行了总结,以便海绵铁产品更好地在电炉钢生产领域推广使用。
   陶江善

  中国废钢铁协会直接换原铁工作委员会,天津奥沃冶金技术咨询有限公司

  直接还原铁(DRI)因其生产过程中通过直接还原固态铁矿石中的氧,产品本质多孔呈海绵状,也称海绵铁。由于采用高品质原矿生产,其产品S、P、Cu、Zn等有害元素含量低、铁的纯度高,是冶炼优质钢、特殊钢的纯净铁料,也是高端铸造、铁合金、粉末冶金等工业主要的原料。

  2016年工信部出台《钢铁工业调整升级规划(2016-2020年)》,提出各地一律不得净增钢铁冶炼能力,结构调整及改造项目必须严格执行产能等量或减量置换。电炉钢产能因可以等量置换而大受转换产能企业关注,我国电弧炉炼钢迎来发展良机,截止2019年6月,全国共有275座电弧炉,产能为1.650亿吨,较以前大幅提升。在钢铁行业环保日益严苛的当下,商品生铁量供应不足且成本高企,废钢使用量大幅增多,废钢质量成分的差异影响到钢材质量,且由于资源分布的原因,经常出现区域性的废钢供应不足,因此,越来越多的钢厂考虑在冶炼过程中配加海绵铁来提高钢水品质,海绵铁(DRI)的应用也成为当下冶金行业关注的热点之一。

  1、海绵铁的种类

  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,它可以是球状、团状(海绵铁)或块状(热压块铁HBI),主要分为冷DRI、热压块(HBI)、热DRI;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。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

  2.1 海绵铁可以实现连续加料

  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。

 

  2.2海绵铁化学成份稳定、残余元素低

  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。对许多铸钢和铸铁件来说,要求残留合金含量很低,因为它对产品的机械性能会产生不良的影响。为实现此目的有两种途径: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、纯度高,对稀释炉料中残留合金含量有重要作用。因此添加一定量的生铁或海绵铁,可以稀释废钢的残留金属元素,使最终铁水或钢水里的残余元素含量保持在可接受的水平。图2所示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。

 

  商品海绵铁中的硫含量一般在0.02%,磷在0.03%左右,硫磷含量很低,在电弧炉冶炼中,磷一般通过加入低磷原料来稀释、硫需要加入造渣材料石灰或萤石去除,低硫磷的海绵铁在熔炉中不必减少脱硫时间,有效降低钢水中磷含量,减少了辅助材料的消耗,缩短冶炼时间、降低炼钢成本。

  海绵铁除了能够改善炉子装料、改善炉料的化学成份,提高最终产品质量,对电弧炉作业也有显著影响。海绵铁如能采用连续装料的办法,装料、熔化、以及精炼等作业便可交错进行,并且利用高功率输入,这样出钢到出钢的时间,甚至可以缩短得更多。

  3、国内外电炉钢厂海绵铁使用经验

  3.1 国内电炉钢厂使用经验

  2014年7-9月,直还委组织进行了直接还原铁在钢厂用户中的使用情况的调研活动,涉及中国一重、中原特钢、天津钢管等多家钢厂,经调查发现多家钢厂有过使用DRI的经历,且主要是电炉用。对于主体设备为电弧炉的钢厂而言,由于废钢使用比例高、且自产废钢多次循环导致残余元素富集。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,DRI恰好能起到这种作用。而如果大量采用生铁,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、石灰和萤石才能做到。这样,增加了辅助材料的消耗,增加炼钢成本,延长冶炼时间。因此,质量要求较高的钢厂愿意使用DRI,尤其是在对产品有特殊要求时。

  钢厂对于DRI产品要求主要有三点:

  一是要求微量金属元素含量低。钢厂希望所得到的还原铁产品除铁外的其它金属元素含量越低越好,以便于稀释钢液中的杂质金属元素;S、P可控情况下较低为好,一般要求在0.03%以内。某些钢厂甚至为了获得纯净矿石所生产的DRI,大幅降低还原铁铁品位的含量要求。

  二是还原铁产品品质稳定。由于钢厂炉料的配料是提前计算好的,一旦产品质量不稳定、波动大,生产过程中调整不便,增加了后道工序中的难度;且频频调整,增加了生产成本,工人的工作强度和生产效率也会受到影响。

  三是来料供应量稳定,包装便于加料操作。工业化大生产要求原料供应稳定,如果供应量频频波动,对于炼钢的稳定生产会产生影响,会造成炼钢成本波动,影响到工人使用的积极性。另外,海绵铁的包装要适应工厂实际装料时添加操作,如果是料篮加料,则钢厂更愿意接受吨袋包装;而如果是连续加料,则钢厂愿意选择小袋包装或散料添加方式。

  3.2 国外电炉DRI使用经验

  一些国家如:印度、伊朗、沙特阿拉伯、阿联酋、墨西哥等国天然气、铁矿资源丰富,而煤炭资源缺乏,侧重发展以DRI+废钢、甚至全DRI的短流程炼钢工艺,有着丰富的DRI使用经验。表1列出了国外某些国家电炉钢厂的DRI使用比例情况。

 

  国内外使用直接还原铁的方式不尽一致,国外使用直接还原铁多是作为电炉生产的主要原料,电炉炼钢实际使用DRI的比例可以达到100%,主要原因在于废钢量的不足和废钢价格高于还原铁,而在国内直接还原铁多是作为电炉钢生产的辅助原料在使用,原因在于国内电炉钢原料供应的多样性决定。

  4、结论

  海绵铁产品中有害元素含量低、铁纯度高,是一种纯净铁料,在废钢使用量日益增加、且价格不断上涨的背景下,采用废钢+海绵铁按比例添加方式可以实现降本增效,改善产品品质的作用,适用于电炉钢冶炼生产。

 
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