直接还原铁作为废钢替代品在电弧炉中的应用

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(4) w (C) 。DRI 的 w (C) 一般波动在 1. 0 %~ 3. 0 % ,分别与金属化率 95 %和 85 %相对应 。
(5) 脉石 。最初用的与高炉炼铁一样的铁矿 石 ,DRI 脉石含量较高 ,但用经选矿后的富铁矿石 时 ,DRI 脉石含量一般不超过 4 %。
(6) 磷 、硫及有色金属杂质 。DRI 中磷 、硫及 有色金属杂质低 ; 一般磷 、硫分别为 0. 010 %~ 0. 030 %、0. 010 %以下 ,有色金属杂质只是痕迹 。
摘 要 :为了满足用户对优质钢和纯净钢的要求 ,直接还原铁作为废钢的替代品用 于电弧炉炼钢应是一种可行的选择 。概述了直接还原铁的特点 ,指出高比例使用 DRI 可以得到 N、Cu、Cr 、Ni 、As、Sn 等含量低的钢 ,直接还原铁可认为是一种较好的电弧炉炼 钢原料 。
关键词 :直接还原铁 ; w (N) ;电弧炉 ;泡沫渣 中图分类号 :TF741. 8 文献标识码 :A 文章编号 :1001 - 1447 (2004) 05 - 0053 - 05
4 直接还原铁的作用
在电弧炉冶炼过程中 ,因 DRI 含有一定量的 碳 ,所以在整个连续喂料期间 ,可以利用残存的未 还原的氧化物与适量的碳反应 ,以维持渣 —钢界 面强烈的“碳沸腾”,有利于泡沫渣的形成 。
采用 DRI 炼钢时 ,强烈的“碳沸腾”和高泡沫 化炉渣 ,有利于去除钢中的氢 、氮含量 ,同时可以 加大电力输入能量 ,而且又不致发生严重的耐火 材料损蚀问题 。炉渣的密度降低 ,DRI 快速穿过 渣层进入渣 —钢界面参与冶金反应 ,强烈的“碳沸 腾”有利于防止电弧带来的局部过热和 DRI 穿过 炉渣而造成的局部过冷 ,钢液的温度和化学成份 更加均匀 ,渣 —钢接触界面积增大 ,精炼速度 、脱 磷速度大大加快 ,炉内气氛中富含 CO 气体 ,从而 减轻了对电极的氧化 ,可以降低电极消耗 。
5 DRI 对电弧炉炼钢的影响
5. 1 生产率 由于 DRI 有别于废钢的特性 ,对电弧炉炼钢
有一定的影响 。成批加入 DRI 料时 ,熔化炉料的 速度慢 ,同时 ,由于渣量增加 ,消耗的电能增加 。 一般来说 ,生产率随 DRI 料的增加而降低 。
连续加料时 ,减少了补加废钢的次数 (特别是 补加低密度的废钢时 ,补料次数较多) ,可防止因 大块废钢滑落折断电极而停工 。在补加一次料的 情况下 ,代替废钢的效果不大 ,当代替轻质废钢 时 ,可减少 2~3 次的装料时间 ,节省的时间就可 观了 。这样 ,热损失小 ,熔化速度加快 ,熔化和精 炼又同时进行 ,最终使冶炼时间缩短 。但大量使 用 DRI ,由于传热慢 ,同时还补加石灰 ,增加能量 消耗 ,还原 DRI 中的氧化铁需吸热 ,冶炼时间有可
(7) 二 次 氧 化 。因 为 DRI 有 很 高 的 孔 隙 度 (45 %~70 %) ,容易二次氧化 。而压块的比表面 积较小 ,因而氧化性低 。
为减 少 二 次 氧 化 可 采 取 产 品 制 造 时 钝 化 处 理[2] 。钝化是指在 DRI 的所有内外表面形成一层 薄的四氧化三铁覆盖的保护膜 ,大部分的钝化性是 在最初几个小时内形成的 ,逐渐达到低的氧化性。
(1) 块度 。在外形尺寸方面有别于废钢 ,合适 的 DRI 粒度为 10~100 mm。粒度过小 ,容易飘浮 在渣中 ,也容易被除尘系统抽走而损失 ; 粒度过 大 ,则传热慢 ,易堆集粘结 ,不易熔化 。
(2) 密度 。DRI 密度比液态渣大时有助于快
作者简介 :王海兵 (1965 - ) ,男 ,四川内江人 ,工程师 ,主要从事炼钢技术质量管理方面的研究.
3 直接还原铁的使用操作
3. 1 成批装料 直接还原铁用于电弧炉炼钢 ,其配比不等 ,可
全用 DRI 作为炉料炼钢 。如果所用的直接还原铁 的比例为 30 %以下 ,则可用料罐装入 。此种装料 作业料罐底部装轻废钢 ,随后装入重废钢和 DRI , 这样可以避免 DRI 结块太多 。DRI 主要装在料罐 的下半部 ,使 DRI 尽可能装入炉内中心底部 ,防止 直接还原铁接近炉壁以及冷区结块而不能熔化 。 然而 ,当电弧从上部加热相当厚的 DRI 料层时 ,熔 化的金属便充填各个 DRI 球团之间的空隙并凝
在连续加料时 ,应加入一定量的石灰 ,使炉渣 的碱度不致降低 。由于使用 DRI 炼钢时碱度不 高 ,对炉衬侵蚀较严重 ,尤其对渣线部位 。因此可 加一些白云石质石灰 , 形成 CaO 、MgO 、SiO2 、FeO 渣系 ,碱度约为 2 ,当 w ( FeO) 为 10 %~15 %时可 溶解 MgO 达 12 %~16 %[4] 。装入一定量的白云 石质石灰 ,以保持渣中的 MgO 为 12 %或更多一 些[5] ,也保护了耐火材料免受浸蚀 。
大量新产的没有钝化的直接还原铁必须堆放 在惰性气体清洗过的地仓内 ,或采用压块形式 ,或 用惰性液体和固体填塞 DRI 中的微孔 ,可降低其 氧化性 ,也可堆放在有盖的通风良好的场地内 ,使 其老化 (进行时效) [2] 。在时效时 ,将产生热量 ,而 且产生的很快 。为了消散这些热量 ,每层新料厚 度限制在 1. 5 m 以内 。时效过的直接还原铁 ,如 能保持干燥 ,或置于有盖的仓库内 ,或用帆布复盖 (不能用不透气的有水分凝结的材料) ,可安全地 储存 。
下 ,直接还原铁作为电炉炼钢原料越来越受到人 们的重视 。
2 直接还原铁的主要特点
直接还原铁就是指铁矿石在低于熔化温度下 进行还原得到的海绵状的金属铁 ,简称 DRI。还 原过程中 ,形成多孔性的 DRI ,其比表面积 (包括 外表面和开口气孔的内表面) 较大 ,极易氧化 。为 了降低其氧化速度 ,可在直接还原过程的最后阶 段热态下料 ,并在冷却前挤压成块 ,这就是 HRI , 是 DRI 的压块形式 。DRI 的主要特性如下[1] 。
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速穿过渣层进入渣 —钢界面 ,参与化学反应和传 热 ,因此 ,理想的 DRI 密度为 4. 0~6. 0 g/ cm3 ,介 于渣钢之间 。
(3) 金属化率 。用金属铁占全铁的比率表示 , 采用间歇工艺生产的同一炉产品金属化率为 85 %~90 % ,采用回转窑和竖炉工艺的产品较为 均匀 ,具有较高的金属化率 (90 %~95 %) 。
Keywords :DRI ; w (N) ; EAF ;foamed slag
1 前 言
电弧炉短流程炼钢工艺投资省 ,见效快 ,因此 发展很快 。但随炉容量的逐渐扩大 ,作为电弧炉 炼钢的主要炉料 ———废钢越来越少 。而废钢经过 多次循环利用 ,残余元素及有害元素 (铬 、铜 、锡 、 铝等) 急剧增加 ,不利于提高产品质量 ,难以生产 出优质的清洁钢 。20 世纪 60 年代以后 ,直接还 原技术进入工业化阶段 ,为缺少废钢地区提供了 发展电弧炉炼钢的可能性 。而直接还原铁具有其 自身的优点 ,残余元素及有害元素含量低 。实践 证明 ,在提高产品的质量方面 ,直接还原铁是比较 理想的废钢替代料 。在使用轻质的废钢时 ,可配 加 DRI ,减轻废钢中的残存元素及有害元素的影 响 ,既能生产出质量比较高的钢 ,又可以合理地利 用废钢资源 。因此在废钢资源越来越少的情况
结 ,不能渗入到球团深部 ,球团易烧结在一起且密 度小 ,难以落入钢水中 ,延长了熔化时间 。实践表 明 ,成批加入大于总炉料的 30 %的 DRI 时 ,由于 DRI 传热慢 ,会出现难熔问题 ,恶化其经济技术指 标 ,需使用连续加料技术 。 3. 2 连续加料
连续加料一般从炉顶喂料孔加入 。一是于炉 顶的几何中心开孔 ,使 DRI 垂直落入 ;而另一种是 在炉顶半径的中间开孔 ,经轨道抛射落入炉内中 心区域 。炉顶上部的连续喂料系统必须有足够的 高度 ,以保证 DRI 具有足够的动能以快速穿过渣 层。
(2) 当单位能耗达到 200 kWh/ t 时 ,加入 DRI 的速度为 1 000 kg/ min ;
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(3 ) 废 钢 熔 清 后 , 加 入 DRI 的 速 度 为
2 500 kg/ min ; (4) 当熔池温度达 1 560 ℃时 ,加入的速度为
2 800~3 000 kg/ min ; (5) 剩余 10~15 t DRI 时 ,加入 DRHale Waihona Puke Baidu 的速度为
天津某厂配加超过 35 %的 DRI 炼钢时 ,采用 炉顶连续加料方式 。先使废钢熔化 ,再将 DRI 加 入到熔池中 。加入 100 %的 DRI 炼钢时 ,采用留 钢留渣操作 。具体操作如下[6] :
(1) 最后一篮废钢料单位能耗达 100 kWh/ t 时 ,开始加入 DRI 的速度为 500 kg/ min ;
Synopsis :In order to meet requirements of producing quality and cleanliness steels ,it is suit2 able to use DRI as a substitute of scrap for steelmaking in electric arc furnaces. This paper reviews the characteristics of DRI and points out that it’s a good material to use in electric arc furnace steelmaking. By using high percentage of DRI ,quality steels with low contents of N ,Cu ,Cr ,Ni ,As , Sn ,etc. can be produced in EAF.
D RI AS A SUBSTITUTE OF SCRAP USED FOR STEELMAKING IN EL ECTRIC ARC FURNACES
WANG Hai - bing (Chengdu Iron and Steel Co. Ltd ,Panzhihua Iron and Steel corp . , Panzhihua 610069 ,China)
DRI 连 续 加 料 的 量 不 等 , 可 以 是 10 % ~ 100 %的用量 。使用 DRI 时 ,先在炉内熔化废钢 , 待形成熔池后 ,连续喂入 DRI。高比例使用 DRI 时也可采取留钢操作 ,即将前炉的剩余钢水或更 多的钢水留在炉内 。
直接还原铁在 1 540~1 580 ℃范围内熔化 。 如进料太慢 ,熔池会升温 ,冶炼时间就长 ;如进料 太快 ,因其导热性差而“冻结”。直接还原铁的熔 化速度取决于输入的电功率 、电炉的热效率和熔 化过程电能的需要量 。为维持此熔池温度 ,喂料 速度一般应等于直接还原铁的熔化速度 ,即每百 万瓦 28~32 kg/ min 。一般前期加料速度约为正 常喂料速度的 1/ 2 ~1/ 3 , 中期应在全负荷下喂 料 ,熔炼后期应减缓加料速度以便使钢水快速升 温而达到出炉温度的要求 。用这种装料方式后炉 料离电弧较近 ,比成批装料熔化速度快 。
2004 年 10 月
October 2004
·综述与评介·
钢 铁 研 究
Research on Iron & Steel
第 5 期 (总第 140 期)
No. 5 (Sum140)
直接还原铁作为废钢替代品在电弧炉中的应用
王海兵 (攀枝花钢铁集团公司 成都钢铁有限责任公司 ,四川 攀枝花 610069)
1 500 kg/ min ; (6) 剩余 5~10 t DRI 时 ,加入 DRI 的速度为
500~600 kg/ min ; 出钢后留钢 15~20 t ,石灰量为 8. 75~10. 5 t ,
熔化期加入 70 %石灰 ,约 6. 125~7. 35 t ,喂料速 度为 20 t/ h , 取 样 熔 清 后 补 加 30 %的 石 灰 , 约 2. 625~3. 15 t ,喂料速度 10 t/ h ,加白云石 1 t 。
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