在全球范圍內煉鋼都存在廢鋼短缺的問(wèn)題,由于中國國內廢鋼自給量較少,可得到的廢鋼質(zhì)量也不穩定,因此有必要尋找廢鋼的替代品。
直接還原鐵(DRI)作為一種煉鋼原料已經(jīng)有多年歷史,在國內正逐漸得到應用。
作為煉鋼原料,DRI與廢鋼相比主要性能如下所示:
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DRI |
廢鋼 |
成分穩定性 |
穩定 |
波動(dòng) |
雜質(zhì)含量 |
非常低 |
高 |
脈石含量 |
含有 |
很少 |
碳含量 |
中 |
低 |
氣孔率 |
多孔 |
無(wú) |
可以看出DRI是一種優(yōu)質(zhì)的煉鋼原料,只有脈石含量高會(huì )導致能耗較高,此外,煉鋼爐必須適合處理大渣量,由于導熱性差DRI理想的熔煉工藝應具有高溫熱源,如電弧爐和轉爐,以使在DRI及其周?chē)鷧^域保持高溫。
DRI可以是球狀,團狀(海綿鐵)或塊狀(CDRI或HBI),通常其物理性質(zhì)如下:
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球團 |
海綿鐵 |
CDRI |
HBI |
粒度(mm) |
8-16 |
6-40 |
37x45x24 |
30x55x106 |
氣孔率(%) |
52 |
49 |
24 |
24 |
體積密度(t/m3) |
1.8 |
2.0 |
2.6 |
2.8 |
DRI的化學(xué)成分對冶煉過(guò)程非常重要,應盡可能接近廢鋼,DRI的化學(xué)成分如下,該成分可能因不同的原料和生產(chǎn)工藝而不同。
全鐵 (TFe) 92%
金屬鐵 83%
碳含量 0.25~1.0%
硫含量 0.025%max
磷含量 0.06%max
SiO2 2-3%
適合煉鋼的高質(zhì)量DRI性能應是:
(1)盡可能高的金屬化率(大于85%);
(2)二氧化硅含量應盡可能低
(3)DRI比重應大于3.5t/ m3,在5.5 t/ m3左右,體積密度影大于1.8 t/ m3,由于粒度小于3mm的小顆粒易懸浮在渣中,難以熔化,因此含量越少越好。
采用DRI作為煉鋼原料具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)成分穩定、雜質(zhì)含量低,特別是硫含量低
(2)熔化迅速;
(3)便于管理,運輸方便;
(4)可以實(shí)現連續加料
在理論上,DRI替代廢鋼比例可以達到100%,加入量少時(shí)可以由廢鋼料斗進(jìn)料,加入量大時(shí)采用連續加料系統非常便利,目前電爐煉鋼應用DRI已取得如下進(jìn)展:
(1)提高了電爐生產(chǎn)率,由于DRI中硫、磷含量低,減少了電爐精煉時(shí)間。此外,由于能實(shí)現連續進(jìn)料,減少了加料時(shí)間,熔化速度加快。
(2)能生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼,因為廢鋼中雜質(zhì)很多,在電爐中采用100%廢鋼生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼是困難的,但DRI中雜質(zhì)含量很低,可以在電爐中生產(chǎn)出像深沖、超深沖等鋼號的鋼材。
(3)由于DRI成分穩定,可減小鋼成份出格的爐次,特別是生產(chǎn)低碳鋼時(shí)。
(4)減少電極斷裂,降低了電極消耗。
然而,與熔化廢鋼相比,在電爐中熔化DRI電耗有所增加。增加的電耗消耗于還原殘留的氧化鐵和DRI中的脈石熔化及成渣,與鐵分離。觀(guān)察還發(fā)現,當原料中DRI比例超過(guò)20%時(shí),增加的電耗將維持不變。應用DRI還將增加石灰的消耗和渣量,當采用為熔化廢鋼而設計的電爐熔化DRI時(shí),爐襯耐材壽命將有所降低,為解決上述問(wèn)題,應設計一種新型、連續加DRI爐料的電爐,該電爐具有如下特征:
(1)增加爐殼直徑;
(2)減小電極極心園直徑,或采用傾斜電極柱方法;
(3)使用水冷爐壁代替耐火材料;
(4)在熔化期,采用低功率因數,短弧操作方式,以及與此對應、變壓器合適的輸出電流,母線(xiàn)導管,撓性電纜以及電極;
(5)為爐子選擇備用的低電抗;
(6)在泡沫渣下熔煉,覆蓋電弧。
生產(chǎn)實(shí)踐表明,在電爐爐料中可配加高達30%的海綿鐵而沒(méi)有任何操作問(wèn)題,但配料比例更高時(shí),可能導致?tīng)t內結瘤。這表明DRI100%代替廢鋼還有困難。
在氧氣轉爐煉鋼中廢鋼是做為冷卻劑,隨著(zhù)返回廢鋼量的減少,需要尋找其它類(lèi)型冷卻劑以替代廢鋼,通常有兩種選擇方案:
(1)使用鐵礦石或石灰石
(2)使用DRI
采用DRI作為冷卻劑具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)相對純凈,雜質(zhì)較少
(2)價(jià)格穩定
(3)與使用鐵礦石和石灰石相比,鋼液的回收率較高。
從理論上講,氧氣轉爐煉鋼中連續加入DRI是很適合的,因為氧氣轉爐能提供熔化DRI所需要的非常集中的熱量,因此DRI熔化迅速,在爐內氧化性氣氛中停留時(shí)間很短,在氧氣轉爐中應用DRI已經(jīng)取得如下進(jìn)展。
(1)可生產(chǎn)低硫牌號鋼,如電工用鋼
(2)因降低了爐渣溫度以及消除了加重廢鋼對爐襯的機械沖擊,而提高了爐襯使用壽命
(3) 當加入DRI比例高時(shí),縮短了通過(guò)料斗的加料時(shí)間,從而減少了每爐鋼冶煉時(shí)間
氧氣轉爐中DRI進(jìn)料方式可以通過(guò)廢鋼料斗(分批進(jìn)料),也可通過(guò)高位料倉連續加料,采用后者具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)由于可以在吹煉過(guò)程中進(jìn)料,因此DRI熔化速度更快
(2)通過(guò)調整進(jìn)料速度,吹煉過(guò)程可隨時(shí)達到熱平衡,因此爐內溫度更容易控制。
(3)降低了渣中FeO含量,因而吹煉時(shí)噴濺減少,鋼液回收率提高
與海綿鐵相比,HBI或CDRI具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。某鋼廠(chǎng)試驗結果如下:
(1)鋼水回收率降低1%
(2)鐵水單耗增加11kg/t
(3)石灰單耗增加6kg/t
(4)作為廢鋼替代物,HBI用量可達到廢鋼量的32%,并不存在任何操作問(wèn)題
根據試驗結果,可以估計在不影響轉爐操作的前提下,可用DRI來(lái)替代30%的廢鋼,如想使用更高比例的DRI必須采取如下措施:
(1)DRI具有更高的金屬化率
(2)采用DRI連續加料系統
(3)增加川路的噸鋼體積比
(4)增加渣處理設備