中國廢鋼鐵協(xié)會(huì)直接換原鐵工作委員會(huì)，天津奧沃冶金技術(shù)咨詢有限公司

　　直接還原鐵（DRI）因其生產(chǎn)過程中通過直接還原固態(tài)鐵礦石中的氧，產(chǎn)品本質(zhì)多孔呈海綿狀，也稱海綿鐵。由于采用高品質(zhì)原礦生產(chǎn)，其產(chǎn)品S、P、Cu、Zn等有害元素含量低、鐵的純度高，是冶煉優(yōu)質(zhì)鋼、特殊鋼的純凈鐵料，也是高端鑄造、鐵合金、粉末冶金等工業(yè)主要的原料。

　　2016年工信部出臺(tái)《鋼鐵工業(yè)調(diào)整升級(jí)規(guī)劃（2016-2020年）》，提出各地一律不得凈增鋼鐵冶煉能力，結(jié)構(gòu)調(diào)整及改造項(xiàng)目必須嚴(yán)格執(zhí)行產(chǎn)能等量或減量置換。電爐鋼產(chǎn)能因可以等量置換而大受轉(zhuǎn)換產(chǎn)能企業(yè)關(guān)注，我國電弧爐煉鋼迎來發(fā)展良機(jī)，截止2019年6月，全國共有275座電弧爐，產(chǎn)能為1.650億噸,較以前大幅提升。在鋼鐵行業(yè)環(huán)保日益嚴(yán)苛的當(dāng)下，商品生鐵量供應(yīng)不足且成本高企，廢鋼使用量大幅增多，廢鋼質(zhì)量成分的差異影響到鋼材質(zhì)量，且由于資源分布的原因，經(jīng)常出現(xiàn)區(qū)域性的廢鋼供應(yīng)不足，因此，越來越多的鋼廠考慮在冶煉過程中配加海綿鐵來提高鋼水品質(zhì)，海綿鐵（DRI）的應(yīng)用也成為當(dāng)下冶金行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

　　1、海綿鐵的種類

　　海綿鐵是與廢鋼、生鐵一樣，是國際商品市場廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品，它可以是球狀、團(tuán)狀(海綿鐵)或塊狀(熱壓塊鐵HBI),主要分為冷DRI、熱壓塊（HBI）、熱DRI；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。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

　　2.1 海綿鐵可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)加料

　　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(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。

　　2.2海綿鐵化學(xué)成份穩(wěn)定、殘余元素低

　　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。對(duì)許多鑄鋼和鑄鐵件來說，要求殘留合金含量很低，因?yàn)樗鼘?duì)產(chǎn)品的機(jī)械性能會(huì)產(chǎn)生不良的影響。為實(shí)現(xiàn)此目的有兩種途徑：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、純度高，對(duì)稀釋爐料中殘留合金含量有重要作用。因此添加一定量的生鐵或海綿鐵，可以稀釋廢鋼的殘留金屬元素，使最終鐵水或鋼水里的殘余元素含量保持在可接受的水平。圖2所示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。

 

　　商品海綿鐵中的硫含量一般在0.02%，磷在0.03%左右，硫磷含量很低，在電弧爐冶煉中，磷一般通過加入低磷原料來稀釋、硫需要加入造渣材料石灰或螢石去除，低硫磷的海綿鐵在熔爐中不必減少脫硫時(shí)間，有效降低鋼水中磷含量，減少了輔助材料的消耗，縮短冶煉時(shí)間、降低煉鋼成本。

　　海綿鐵除了能夠改善爐子裝料、改善爐料的化學(xué)成份，提高最終產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)電弧爐作業(yè)也有顯著影響。海綿鐵如能采用連續(xù)裝料的辦法，裝料、熔化、以及精煉等作業(yè)便可交錯(cuò)進(jìn)行，并且利用高功率輸入，這樣出鋼到出鋼的時(shí)間，甚至可以縮短得更多。

　　3、國內(nèi)外電爐鋼廠海綿鐵使用經(jīng)驗(yàn)

　　3.1 國內(nèi)電爐鋼廠使用經(jīng)驗(yàn)

　　2014年7-9月，直還委組織進(jìn)行了直接還原鐵在鋼廠用戶中的使用情況的調(diào)研活動(dòng)，涉及中國一重、中原特鋼、天津鋼管等多家鋼廠，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)多家鋼廠有過使用DRI的經(jīng)歷，且主要是電爐用。對(duì)于主體設(shè)備為電弧爐的鋼廠而言，由于廢鋼使用比例高、且自產(chǎn)廢鋼多次循環(huán)導(dǎo)致殘余元素富集。為稀釋廢鋼中的殘余元素，凈化爐料，保證返回廢鋼良性循環(huán)，就必須用"干凈"的鋼鐵料來沖淡，DRI恰好能起到這種作用。而如果大量采用生鐵，由于生鐵本身碳、磷、硫含量高，為去除磷、硫需加入足夠的礦石、石灰和螢石才能做到。這樣，增加了輔助材料的消耗，增加煉鋼成本，延長冶煉時(shí)間。因此，質(zhì)量要求較高的鋼廠愿意使用DRI，尤其是在對(duì)產(chǎn)品有特殊要求時(shí)。

　　鋼廠對(duì)于DRI產(chǎn)品要求主要有三點(diǎn)：

　　一是要求微量金屬元素含量低。鋼廠希望所得到的還原鐵產(chǎn)品除鐵外的其它金屬元素含量越低越好，以便于稀釋鋼液中的雜質(zhì)金屬元素；S、P可控情況下較低為好，一般要求在0.03%以內(nèi)。某些鋼廠甚至為了獲得純凈礦石所生產(chǎn)的DRI，大幅降低還原鐵鐵品位的含量要求。

　　二是還原鐵產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定。由于鋼廠爐料的配料是提前計(jì)算好的，一旦產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、波動(dòng)大，生產(chǎn)過程中調(diào)整不便，增加了后道工序中的難度；且頻頻調(diào)整，增加了生產(chǎn)成本，工人的工作強(qiáng)度和生產(chǎn)效率也會(huì)受到影響。

　　三是來料供應(yīng)量穩(wěn)定，包裝便于加料操作。工業(yè)化大生產(chǎn)要求原料供應(yīng)穩(wěn)定，如果供應(yīng)量頻頻波動(dòng)，對(duì)于煉鋼的穩(wěn)定生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生影響，會(huì)造成煉鋼成本波動(dòng)，影響到工人使用的積極性。另外，海綿鐵的包裝要適應(yīng)工廠實(shí)際裝料時(shí)添加操作，如果是料籃加料，則鋼廠更愿意接受噸袋包裝；而如果是連續(xù)加料，則鋼廠愿意選擇小袋包裝或散料添加方式。

　　3.2 國外電爐DRI使用經(jīng)驗(yàn)

　　一些國家如：印度、伊朗、沙特阿拉伯、阿聯(lián)酋、墨西哥等國天然氣、鐵礦資源豐富，而煤炭資源缺乏，側(cè)重發(fā)展以DRI+廢鋼、甚至全DRI的短流程煉鋼工藝，有著豐富的DRI使用經(jīng)驗(yàn)。表1列出了國外某些國家電爐鋼廠的DRI使用比例情況。

 

　　國內(nèi)外使用直接還原鐵的方式不盡一致，國外使用直接還原鐵多是作為電爐生產(chǎn)的主要原料，電爐煉鋼實(shí)際使用DRI的比例可以達(dá)到100%，主要原因在于廢鋼量的不足和廢鋼價(jià)格高于還原鐵，而在國內(nèi)直接還原鐵多是作為電爐鋼生產(chǎn)的輔助原料在使用，原因在于國內(nèi)電爐鋼原料供應(yīng)的多樣性決定。

　　4、結(jié)論

　　海綿鐵產(chǎn)品中有害元素含量低、鐵純度高，是一種純凈鐵料，在廢鋼使用量日益增加、且價(jià)格不斷上漲的背景下，采用廢鋼+海綿鐵按比例添加方式可以實(shí)現(xiàn)降本增效，改善產(chǎn)品品質(zhì)的作用，適用于電爐鋼冶煉生產(chǎn)。

 

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