抚钢50 t UHP电炉应用海绵铁生产实践.doc

抚钢50 t UHP电炉应用海绵铁生产实践
洪世辉　江国利　王　东　闫奎兴
Practice on Application of DRI in A 50 t UHP Arc Furnace at Fushun Special Steel
Hong Shihui, Jiang Guoli, Wang Dong and Yan Kuixing
(Fushun Special Steel Co Ltd, Fushun 113001)
　　近年来，对电炉钢水质量要求越来越高。同时，循环使用的废钢有害金属残余元素高，优质废钢资源日趋短缺，电炉生产优质钢、合金钢、特殊钢的质量难以保证。本文为抚钢四炼钢50 t UHP电炉使用本厂生产的海绵铁的应用介绍。
1　抚钢海绵铁生产工艺及产品质量
　　抚钢海绵铁生产采用隧道窑罐式法，隧道窑长60 m。原料主要为铁精矿粉、配入破碎、干燥、筛分后的氧化铁皮，还原剂为优质无烟煤，配料加入15%的石灰石以利脱S。在1 100～1 120 ℃温度下，在窑内停留44 h。产出的海绵铁为外径160 mm，内径65 mm，高300 mm的管状。单重10.5～11 kg，这种方法是沿用粉末冶金铁粉生产海绵铁的方法，产量低、成本高、劳动强度大。该生产线年产海绵铁5 000 t，生产能力有限，无法满足炼钢生产使用的要求。但海绵铁的质量能够满足炼钢的要求，其化学成分见表1、表2。
表1　海绵铁的化学成分/%
Table 1　Chemical compositions of DRI /%

C
S
P
TFe
MFe
FeO
SiO2
金属化率
0.66
0.0045
0.022
89.42
88.09
1.22
5.64
98.50
0.082
0.0110
0.020
92.51
90.03
1.04

97.32
0.39
0.0050
0.014
92.60
91.30
0.31
4.96
98.60
0.45
0.0130
0.020
90.40
88.20
3.18

97.57

表2　海绵铁杂质元素含量/%
Table 2　Residual deleterious elements in DRI /%

Pb
Sn
Sb
Bi
As
Zn
Ni
Cr
Cu
Ti
＜0.005
＜0.005
＜0.002
＜0.005
＜0.005
＜0.02
＜0.02
＜0.08
＜0.02
＜0.04

2　海绵铁在50 t UHP电炉的应用
　　抚钢四炼钢从德国KRUPP公司引进50 t UHP电炉，配套国产60 t LF炉和60 t VD炉，组成UHP-LF-VD生产线，浇注3 t钢锭。50 t UHP电炉变压器容量35 000 kVA，水冷炉壁面积85%，EBT方式出钢，年生产能力20万t，主要品种为碳素结构钢、合金结构钢、轴承钢、弹簧钢、工模具钢和Mn-Cr系列高级齿轮钢。
　　四炼钢50 t UHP电炉1996年到1998年9月共使用海绵铁9 578 t。由于隧道窑生产海绵铁能力有限，所以每炉配入的海绵铁为5%～10%。
2.1　海绵铁在50 t UHP电炉的使用工艺
　　由于废钢质量差、轻薄料多、堆比重小，每炉配入30%～40%生铁基本可以保证二遍铁入炉(底开式料篮容积42 m3)，冶炼全程高功率供电，富氧操作。炉料熔清80%开始喷吹焦炭粉造泡沫渣，每炉需50～60 kg/t石灰分批加入炉中以保证脱磷效果和泡沫渣厚度。钢水温度达到1 640～1 660 ℃，C、P合适，即可出钢。
　　国内外比较成功的海绵铁加入方式为颗粒状海绵铁电炉炉顶连续加料，但抚钢管状海绵铁无法实现顶加，只能加在料篮中与废钢同时入炉。为加速海绵铁熔化，减少富氧操作对其收得率的影响，我们采用第2料篮加入海绵铁冶炼。
2.2　海绵铁对冶炼时间和电耗的影响
　　配入海绵铁炉数约占冶炼总炉数的40%左右。随着海绵铁配入量的增加，冶炼时间缩短、电耗呈下降趋势(表3)。配加15%海绵铁是近期冶炼抽油杆钢10CrMn2SiTiB使用的，该钢种C≤0.12%。UHP电炉终点C尽量低控，吹氧时间延长，增加了冶炼时间。
表3　不同海绵铁配入量的冶炼时间和电耗
Table 3　Tap to tap time and power consumption with different DRI charging ratio

配入比例
/%
冶炼时间
/min
电耗
/kWh.t-1
钢类
炉数
5
98
437
高、中碳钢
20
10
94
425
中、低碳钢
20
15
101*
433
低碳钢
7

* 终点C低控，吹氧时间延长。
　　加入海绵铁使冶炼时间缩短、电耗降低：
　　(1) 废钢质量差、轻薄料多，增加装铁次数和平铁时间，供电时间延长、能耗升高。配加海绵铁，增加炉料堆比重，克服上述弊端。
　　(2) 入炉炉料堆比重增加，炉料间隙减少，电弧热量利用率提高，加快了熔化速度。
　　(3) 配入海绵铁，冶炼过程渣中FeO含量增加，增大了与喷入渣中的C粉的反应能力，产生CO气体使泡沫渣维持时间延长，提高能效。
2.3　金属回收率
　　四炼钢50 t UHP电炉偏心底出钢、留钢、留渣操作，有利于熔池的快速形成。采取第2料篮加入海绵铁，可以更好地利用熔池热量来熔化海绵铁，减少海绵铁在炉内冷区的粘渣聚集，避免氧气切割铁损增加。同时，炉门喷吹C粉可还原渣中FeO，提高金属回收率。四炼钢50 t UHP电炉使用海绵铁金属回收率可达85%。
2.4　海绵铁对钢中残余元素的稀释作用
　　钢中铜及五害元素等对钢材性能影响很大。但现行冶炼工艺又无法对这些元素进行有效的去除，只能依靠控制原材料降低钢中残余元素。海绵铁本身较纯净，化学成分稳定，有害金属杂质含量少，加入后可以稀释废钢、生铁中的有害元素。
　　由表4可见，随着海绵铁配入量的增加，钢中残余铜含量降低。
表4　海绵铁配入量对钢中铜含量的影响
Table 4　Effect of DRI charging ratio on copper content in steel

海绵铁比例/%
0
5
10
15
Cu/%
0.12
0.10
0.09
0.08

　　由表5可见，海绵铁的加入会大大降低五害元素含量，Sn、As、Sb 3元素降低最明显。
表5　海绵铁对40Cr钢中五害元素的影响比较
Table 5　Comparison of residual deleterious elements in steel melting with charging DRI and non charging DRI

项 目
40Cr钢中五害元素
Pb
Sn
As
Sb
Bi
配入海绵铁30%
＜0.001
0.0015
0.0035
0.0025
＜0.001
不配入海绵铁
＜0.001
0.0135
0.0070
0.0055
＜0.001

注：1996年11月统计数据
2.5　海绵铁使用过程中的问题
　　(1) 海绵铁SiO2含量偏高，导致石灰用量增加，渣量增大，影响能耗。
　　(2) FeO含量有波动。FeO含量偏高，易产生炉中沸腾，金属回收率下降。
　　(3) S含量不稳定，增加LF精炼负担。
3　结语
　　(1) 50 t UHP电炉配加5%～10%海绵铁，工艺可行，能使冶炼时间缩短、电耗降低。
　　(2) 在第2料篮中随炉料配加海绵铁，金属回收率可达85%。
作者简介：洪世辉，男，33岁，工程师。1992年毕业于东北大学钢铁冶金专业，从事超高功率电炉及短流程生产工艺研究。
作者单位：抚顺特殊钢(集团)有限公司四炼钢厂，抚顺 113001