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直接还原铁(DRI)对电弧炉炼钢的影响——从四大方面说起

文章来源:“电炉炼钢” 发布时间:2021-10-13 浏览量:

1  生产率和收得率

生产实践表明,配加DRI对电弧炉的生产率和收得率有很大的影响。近年来中国新建和投产的大型电弧炉厂逐渐增多,但由于各种原因,进厂的废钢质量特别差,密度从0.3~0.7 t/m3不等。很多电弧炉炼一炉钢需要加3~4次废钢料,如果使用DRI则可以明显减少加料次数,从而缩短冶炼周期,连续加入含20~50%的DRI,可以大大提高生产率。并且,随着氧燃助熔、泡沫渣和废钢预热技术的引入,只要DRI替换了低密度废钢,电弧炉的生产率就会随之升高。

钢水收得率与DRI的金属化率、脉石含量及碳含量等有关。如果想得到高的收得率,必须向电弧炉加入更高金属化率的DRI或加入增碳剂促进铁的还原。炉渣的性质和渣量同样影响着钢水收得率,在同样的碱度下,造泡沫渣可以减少渣量。

2  生产资料消耗

1)电极消耗

DRI的含碳量一般较低,电弧炉加入DRI后,会适当加入增碳剂,使电弧炉内呈还原性气氛,减轻了电极的氧化,消耗降低;但钢水中碳含量较高时,电弧炉往往采用泡沫渣工艺进行埋弧操作,此时电弧的集中增加了电极断裂的可能性。综合比较,电极的消耗量并不会因为DRI的采用而增加。

2)耐材消耗

分批加入DRI时,对原有的加料方法并无改变,耐材消耗不会增加;连续加料时将形成“飞溅”,荡开渣面使电弧暴露,耐材会有所增加。应用DRI后,渣中FeO含量较高,C-O反应时间较长,也可能增加耐材的化学侵蚀,但通过泡沫渣工艺及其它参数的调节可以使耐材消耗保持在原有水平。

3)熔剂消耗

DRI的使用会增加酸性脉石含量,要保持原有炉渣碱度显然会增加熔剂的消耗,研究表明,每增加1%DRI量要增加熔剂量1 kg/t。但是,用DRI作原料时,钢水含[P]和[S]量较低,炉渣碱度不需过高,故熔剂耗量并不增加。

3  能耗变化

加入DRI后电弧炉炼钢的能量消耗增加,导致电弧炉炼钢能量消耗增加的原因主要有以下几个方面:

1)DRI的熔化增加了能量消耗,DRI金属化率越低,则FeO含量越高,而电炉炼钢时FeO的还原反应是一个吸热反应,在炼钢温度下,还原1tFeO将需要消耗电量约800kWh。

2)DRI中脉石含量对能量消耗影响明显,SiO2含量越高则必然会增加耗电量。而为保持渣的碱度,随着SiO2的增加,加入的生石灰也必然增加,这样就引起渣增加,而熔化1吨渣需耗电约530 kWh,并且SiO2和锻炼过的生石灰的熔化均需消耗能量。

3)含碳量高的DRI对耗电量也有影响。因为熔池中[C] + [O] -> CO的反应为放热反应,如果在吹入合适氧量的范围内,每增加1Nm3的氧,耗电量将减少2~4 kWh。

4)当采用连续加入DRI方式时,在供电功率与DRI加入速率(冷装28-38kg/MW.min,热装50kg/MW.min)相匹配条件下,可大幅度缩短冶炼时间,可维持电弧炉以最大的输入功率作业,有利于提高电弧炉的产量;而采用分批加入DRI方式时,若加料不当(如DRI过于集中或DRI靠近炉墙),则会造成DRI堆积或粘结在炉墙上,从而大大延长熔化时间和增加电耗。

5)DRI的炉料温度对电耗影响较大,对冶炼周期影响较小。当使用全冷装海绵铁时,电耗会比全废钢冶炼高出100~150kwh/t,而如果是全热装,电耗则与废钢相当。

目前,为了降低DRI加入时电弧炉炼钢的能量消耗,各钢厂采取了许多种措施,如加入的DRI预热,但需要防二次氧化。总而言之,为了降低耗电量,应该使用高金属化率、低SiO2的DRI,冶炼过程中适当增碳,加料制度采用热装连续加料。 

4  钢水质量

目前DRI在国内外的电弧炉应用中,主要用来冶炼高质量的品种,如石油工业的石油套管、钻杆;机械工业的深冲汽车板、特殊用途的钢丝及特殊用途的钢材,例如弹簧钢、轴承钢、汽轮发电机转子、炮管以及航空、航天、原子能工业用钢材等。

由于DRI不含残存元素,可直接生产出不含残余元素的钢,钢中夹杂物数量明显降低,从而提高了钢的热轧和冷轧性能,特别是拉伸性能;使用DRI可明显降低钢中的S含量,钢硫夹杂物的形态也可以得到控制,提高了钢质量,改变了钢材的扩张和抗扭性能。

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