中國(guó)廢鋼鐵協(xié)會(huì)直接還原鐵工作委員會(huì)，天津奧沃冶金技術(shù)咨詢有限公司
在鋼鐵行業(yè)環(huán)保日益嚴(yán)苛的當(dāng)下，非高爐冶煉技術(shù)因其節(jié)能減排、低碳環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)得到了越來越多的關(guān)注，海綿鐵產(chǎn)品(DRI)的應(yīng)用也成為當(dāng)下行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。為此我們針對(duì)海綿鐵在電弧爐、感應(yīng)爐和化鐵爐中的應(yīng)用情況進(jìn)行總結(jié)，以便海綿鐵在國(guó)內(nèi)冶金行業(yè)推廣使用。
1 海綿鐵的種類
海綿鐵主要分為冷DRI、熱壓塊(HBI)、熱DRI;不同種類的DRI質(zhì)量特點(diǎn)及適用領(lǐng)域如表1所示：
表1 海綿鐵的種類
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產(chǎn)品種類 |
冷DRI |
熱壓塊（HBI） |
熱DRI |
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產(chǎn)品形態(tài) |
球團(tuán)或塊礦 |
圓柱或塊狀 |
球團(tuán)或塊礦 |
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真密度 |
3.5g/cm3 |
5g/cm3 |
3.5g/cm3 |
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堆密度 |
1.55~1.9g/cm3 |
2.5~3.0g/cm3 |
1.55~1.9g/cm3 |
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規(guī)格尺寸 |
φ4~40mm |
110×50×30mm |
φ4~40mm |
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金屬化率 |
92~95% |
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C |
1~4% |
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P |
0.005~0.09% |
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S |
0.001~0.03% |
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脈石 |
2.8~6.0% |
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殘余元素 |
微量 |
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產(chǎn)品溫度 |
常溫 |
常溫 |
≥550℃ |
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后續(xù)用戶 |
電爐或轉(zhuǎn)爐 |
電爐或轉(zhuǎn)爐或高爐 |
電爐 |
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加料方式 |
連續(xù)或間斷 |
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說明 |
冷DRI適用于就近供應(yīng)電爐使用，也可在采取適當(dāng)保護(hù)措施后通過鐵路或公路運(yùn)輸?shù)狡渌胤绞褂?，不推薦采用海運(yùn)。 |
熱壓塊HBI是一種優(yōu)選方式，尤其是作為長(zhǎng)期的儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)闹饕绞健釅簤KDRI通常給電爐使用，也可供高爐或轉(zhuǎn)爐用。 |
熱DRI直接以熱態(tài)的方式排出還原爐并送至電爐熔化，可以提高用戶的產(chǎn)量和降低生產(chǎn)成本。 |
由于海綿鐵采用優(yōu)質(zhì)鐵礦石原料生產(chǎn)，其化學(xué)成分穩(wěn)定，有害雜質(zhì)元素少，S、P、N 含量低，可以很好地稀釋鋼水中有害元素，有利于生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，是一種優(yōu)質(zhì)原料。海綿鐵是與廢鋼、生鐵一樣，是國(guó)際商品市場(chǎng)廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品。其中，熱DRI是生產(chǎn)過程中用于熱送進(jìn)入電爐熔煉操作的中間產(chǎn)品，因此不用作商用產(chǎn)品，商用海綿鐵主要指冷DRI和熱壓塊。
2 海綿鐵在電爐中的使用
電弧爐常用的原料是廢鋼，因?yàn)閺U鋼便宜且相對(duì)容易得到，但是社會(huì)廢鋼往往含有不需要的雜質(zhì)元素，為了降低廢鋼中的有害雜質(zhì)時(shí)，必須添加一定量的生鐵或海綿鐵，來稀釋廢鋼的殘留金屬元素，可使最終鐵水或鋼水里的殘余元素含量保持在可以接受的水平。在電弧爐冶煉中，低硫的海綿鐵其優(yōu)越性尤為明顯，因?yàn)樵谌蹱t中不必進(jìn)行脫硫，可以節(jié)省大量的時(shí)間。
電弧爐傳統(tǒng)的加料是揭開整個(gè)爐蓋，用吊入爐頂?shù)牧匣@將爐料裝入爐膛里，采用這種傳統(tǒng)的加料方法，不僅延長(zhǎng)了裝料時(shí)間，而且損失了大量的熱。而海綿鐵則可經(jīng)小孔裝入爐內(nèi)，所以開始裝入的的料熔化之后不必再次揭開整個(gè)爐蓋。再者，不要求大批爐料一次裝入爐內(nèi)，海綿鐵可以按其熔化的相同速度連續(xù)向電爐內(nèi)加料，所以能夠達(dá)到較高的熔煉效率。
圖1所示為有兩座電爐的車間連續(xù)加料系統(tǒng)布局草圖，進(jìn)來的海綿鐵由皮帶運(yùn)輸機(jī)(1)輸送到貯料倉(cāng)(2)。計(jì)量器(3)按需要將海綿鐵放在傳送帶上，由此輸送到電爐(4)。一根給料管經(jīng)爐頂進(jìn)入爐內(nèi)，并引導(dǎo)爐料進(jìn)入電極之間的區(qū)域。由于熔池的攪動(dòng)，海綿鐵立刻與液態(tài)金屬和爐渣接觸，液體金屬上面的大量泡沫渣在保護(hù)爐襯耐火材料免受電弧直接輻射方面起了良好作用。在出鋼之前，使電爐向后傾斜即可將渣排出。
對(duì)許多鑄鋼和鑄鐵件來說，殘留合金含量很低是十分重要的，因?yàn)樗鼘?duì)產(chǎn)品的機(jī)械性能會(huì)產(chǎn)生不良的影響。為達(dá)到此目的，必須通過以下兩方面的工作清除爐料：
一是采用機(jī)械分離法除去不合要求的廢鋼，這個(gè)辦法困難既大，花錢又多;另一是在廢鋼爐料中加海綿鐵，通過稀釋作用降低殘留合金的含量。由于海綿鐵化學(xué)成份穩(wěn)定、純度又高，稀釋爐料中殘留合金含量有著重要的作用。
圖2所示則為提高海綿鐵的比例對(duì)典型爐料中Cu、Sn、Cr、Ni的影響。用這種添加海綿鐵的方法就能利用價(jià)格比較低廉的低級(jí)廢鋼代替某些高級(jí)廢鋼。
全廢鋼爐料產(chǎn)出的鋼水中含氮量往往比較高，其結(jié)果脆性增加，韌性降低，時(shí)效提高，鑄件針孔過多。如圖3所示，提高電弧爐爐料中海綿鐵的百分?jǐn)?shù)，往往可引起沸騰作用，足以降低熔體的含氮量。
由于海綿鐵與廢鋼存在固有差別，使用海綿鐵時(shí)以下四項(xiàng)需增加能耗：
1)熔化由于海綿鐵脈石含量較高增而加的渣量;
2)為熔化脈石而添加石灰;
3)殘留氧化鐵的吸熱還原;
4)由于氧化鐵還原所產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w的熱損失。
從以上列舉的前三項(xiàng)可以看出，要使能量消耗降低到最低水平，就要求脈石含量盡可能低，金屬化率盡可能高。圖4所示為金屬化率對(duì)計(jì)算需能數(shù)量的影響。然而如果海綿鐵脈石含量低(在2%似下)，金屬化率高( 95%或95%以上)，就能縮短總的冶煉時(shí)間，把傳熱和輻射造成的損失降至最低程度，使能耗增加的數(shù)量要比計(jì)算的少。
……
