王佳  戴年建

　　中冶京誠工程技術(shù)有限公司

　　1 電爐主要技術(shù)參數(shù)

　　電爐采用140 t超高功率、高阻抗交流電弧爐，采用廢鋼及冷態(tài)直接還原鐵為主要原料，平均冶煉周期約65 min，以生產(chǎn)碳鋼及低合金鋼為主。

表1 140t電爐主要技術(shù)參數(shù)

　　2 電爐冶煉的主要技術(shù)特點

　　2.1留鋼設(shè)計

　　國內(nèi)以廢鋼為主要原料的電爐，留鋼量一般在10%左右，電爐冶煉主要靠電極電弧輸入能量直接熔化廢鋼，同時輔以爐壁和爐門氧槍對局部冷區(qū)的廢鋼進行熔化。電爐冶煉大比例直接還原鐵時，直接還原鐵主要采取由爐頂連續(xù)加入的方式。盡管電爐爐頂加料口在設(shè)計時盡量靠近電極極心圓，但直接還原鐵的加入?yún)^(qū)域仍在電極極心圓之外。同時，直接還原鐵的密度較小，加入電爐后主要漂浮在鋼液熔池上部。針對這些特點，電爐冶煉熔化直接還原鐵主要靠電弧加熱鋼液熔池，鋼液熔池升溫后在熔池攪拌的作用下熔化直接還原鐵。所以電爐在加入直接還原鐵前，電爐內(nèi)需存在一定量的液態(tài)熔池，以保證直接還原鐵開始加入后能夠及時熔化，這就需要電爐出鋼后留有一定比例的鋼水，以滿足下一爐次的快速冶煉。冶煉大比例直接還原鐵的電爐留鋼量一般按照出鋼量的30%～40%進行考慮，既可以滿足直接還原鐵的及時熔化，又能避免過大留鋼量增加電爐設(shè)備和廠房的投資。

　　2.2投料設(shè)計

　　冷態(tài)直接還原鐵自豎爐車間，通過皮帶首先運輸至電爐煉鋼廠區(qū)內(nèi)的2個1500m3直接還原鐵地下料倉，后通過垂直皮帶機運輸至煉鋼車間內(nèi)的2個250m3直接還原鐵高位料倉。地下料倉和高位料倉的設(shè)置可以在豎爐工序和電爐工序之前起到緩沖作用，保證各工序的順行。為了避免直接還原鐵的二次氧化和堆積自燃的發(fā)生，地下料倉和高位料倉均需采用氮封工藝，使直接還原鐵在惰性氣體的保護下進行堆存。

　　電爐冶煉時，直接還原鐵由爐頂連續(xù)加入。直接還原鐵連續(xù)加入的速度對于電爐冶煉至關(guān)重要，加入的速度過慢將造成電爐冶煉時間延長，能量利用率降低；加入速度過快有可能導(dǎo)致冷態(tài)直接還原鐵局部富集，形成“冰山現(xiàn)象”，給電爐冶煉中后期造成困難。目前此電爐連續(xù)加入直接還原鐵時熔池溫度在1570℃左右，投料速度一般控制在25～30kg /( MW·min) 。直接還原鐵加入速度的控制主要靠直接還原鐵高位料倉下的皮帶配料秤實現(xiàn)。

　　直接還原鐵加入電爐的時間持續(xù)較長，一般在電爐出鋼前2～5min停止。為避免直接還原鐵的加入時間過長影響爐后鋼包造渣料和合金料的準(zhǔn)備，電爐爐后鋼包投料的皮帶系統(tǒng)需盡量與電爐爐頂投料的皮帶系統(tǒng)分開設(shè)計。

　　2.3生產(chǎn)組織

　　電爐在最開始生產(chǎn)階段主要按照每一爐金屬料結(jié)構(gòu)比例都為10 %廢鋼+90%直接還原鐵進行組織。由于10 % 廢鋼在每爐的金屬料結(jié)構(gòu)比例相對較小，且每爐都要加入，造成了廢鋼料籃裝不滿，但廢鋼配料工作很繁忙的現(xiàn)象；同時也導(dǎo)致電爐爐蓋旋開頻繁，增加了非通電時間，加大了電極的氧化損失，造成煙氣帶走大量的熱量，影響了熱量的有效利用。經(jīng)生產(chǎn)產(chǎn)組織優(yōu)化，同時對電爐的電氣、機械等參數(shù)進行反復(fù)研究，最終得出1爐50 % 廢鋼+50%直接還原鐵，后跟4爐100 %直接還原鐵連續(xù)冶煉的生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)。在這種新的金屬料結(jié)構(gòu)下，既優(yōu)化了廢鋼配料工作，又避免了爐蓋頻繁旋開散失大量熱量。經(jīng)過實際生產(chǎn)統(tǒng)計，優(yōu)化后電爐的平均冶煉周期基本未發(fā)生變化，電爐與連鑄機的匹配也無影響; 電爐冶煉的平均電耗降低了8~10kWh/t?？梢姡Y(jié)合電爐電氣、機械等參數(shù)特點，先集中加入廢鋼，后保持100 % 直接還原鐵的連續(xù)冶煉是有利于電爐操作的。

　　2.4冶煉造渣

　　直接還原鐵中含有大量的以酸性物質(zhì)為主的脈石，為了保證爐渣有良好的冶金效果，需加入大量的石灰和白云石以中和其酸性物質(zhì)。電爐采用直接還原鐵煉鋼時，通常爐渣二元堿度可降低為1.8~2.2。但隨著直接還原鐵的加入，爐渣內(nèi)FeO含量會有改變，而爐渣的堿度和FeO含量決定了爐渣對MgO的最大溶解量，如果配入的MgO不足，就會造成對鎂質(zhì)爐襯的侵蝕，因此還需配入足夠量的白云石。實際生產(chǎn)中，電爐采用100%直接還原鐵時石灰的平均加入量約43.5kg/t，輕燒白云石的平均加入量約25kg/t。配入的造渣料采用分批次小批量隨直接還原鐵加入爐內(nèi)，避免一次性加入渣料，以保證爐內(nèi)渣堿度和熔池溫度的穩(wěn)定。電爐冶煉采用留鋼留渣操作，在熔池溫度約1570℃時開始加入直接還原鐵。直接還原鐵中含有一定量的FeO，熔化后可與適量的碳反應(yīng)可以造成渣-鋼界面上強烈的碳沸騰。參照國內(nèi)某鋼廠的生產(chǎn)實踐，加直接還原鐵的爐次可明顯觀察到比不加直接還原鐵的爐次更劇烈的“碳沸騰”，同時泡沫渣狀況也明顯改善。在適當(dāng)爐渣條件下，渣-鋼界面上逸出的大量氣體使?fàn)t渣泡沫化，明顯降低爐渣的密度，大大增加了渣層厚度，實現(xiàn)電爐埋弧冶煉。為了維持電爐泡沫渣埋弧冶煉操作，需配入適量的碳，可通過爐頂加入碳塊和爐壁噴入碳粉的方式實現(xiàn)。因此該140t電爐爐壁配有3套碳粉噴槍，每套噴槍的最大噴粉能力約60kg/min。

　　2.5熔池攪拌

　　該140t電爐爐殼直徑為7300mm，新砌耐材后熔池內(nèi)徑為6200mm，電極極心圓直徑為1350mm。電爐通電冶煉時，能量大部分輸入到電極附近的熔池內(nèi)，而遠離電極區(qū)域的熔池得到的能量相對較少。為了使電爐熔池中的鋼水成分和溫度均勻，便于加入熔池中的直接還原鐵和散狀料快速熔化，需要實現(xiàn)電爐熔池的攪拌。該140t電爐熔池攪拌主要通過電爐爐壁的4套集束氧槍和4套爐底透氣元件實現(xiàn)。單套爐壁集束氧槍的吹氧能力能夠達到2500m3/h，氧氣壓力1.5MPa。

 

 　　表2 直接還原鐵主要成分及物理性質(zhì)