海綿鐵在一重電爐煉鋼中的應用

趙春華 巴鈞濤 馮玉合 趙艷紅

(中國一重鑄鍛鋼有限責任公司煉鋼分廠，黑龍江161042)

近幾年，為了打造世界最大的鑄鍛鋼基地，中國一重集團公司(以下簡稱一重)已經(jīng)取消了平爐煉鋼，隨之增加了幾臺國內(nèi)先進的高頻電弧爐和與之配套的精煉爐。電爐煉鋼用原材料是影響鋼水潔凈度的重要因素之一，一重煉鋼使用的鋼鐵料大多是鍛造和機加下來的返回廢鋼，返回廢鋼由于長期的循環(huán)使用，污染嚴重，各種殘余元素富集，已經(jīng)很難保證鋼水質(zhì)量要求。另外，外購廢鋼嚴重匱乏，只占30%左右，而優(yōu)質(zhì)廢鋼供需更加緊張，致使可替代優(yōu)質(zhì)廢鋼的直接還原鐵市場需求正日趨增長[1]。海綿鐵是一種優(yōu)質(zhì)電弧爐煉鋼原料，尤其是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼和純凈鋼的理想原材料。在目前廢鋼供應日趨緊張的情況下，作為廢鋼代用品的海綿鐵被配用在一重電爐煉鋼生產(chǎn)過程中，能起到稀釋有害殘余元素和顯著改善鋼質(zhì)的作用。

1 海綿鐵替代部分廢鋼的可行性分析

一重煉鋼主要工藝路線為電爐(EAF)+爐外精煉(LF)+真空去氣(VD)，電爐采用廢鋼—生鐵冷裝法冶煉鋼水，廢鋼所占比例為80%～90%，生鐵為20%～10%。生產(chǎn)鋼種多為高附加值合金鋼，品種多達200余種。廢鋼的來源以自產(chǎn)廢鋼為主，約占廢鋼總量的60%。自產(chǎn)廢鋼的多次循環(huán)，必然導致殘余元素的富集。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。海綿鐵恰好能起到這種作用。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，增加了輔助材料消耗，且價格昂貴，必然會導致煉鋼成本的增加。另外，海綿鐵中含有一定量的FeO，在冶煉過程中有利于泡沫渣的形成，為脫氧及去除夾雜創(chuàng)造了良好的動力學條件[2]。同時，在冶煉前期，也有利于快速脫P及減少弧光對爐襯的侵蝕。因此，海綿鐵在一重成為部分廢鋼的代用品具有可行性。

2 海綿鐵在一重100 t超高功率電弧爐中的應用

海綿鐵的生產(chǎn)工藝主要有兩種：一種是氣基直接還原法，即以天然氣為還原劑的豎爐法生產(chǎn)海綿鐵；另一種則是煤基直接還原法，即以煤為還原劑的回轉(zhuǎn)窯法生產(chǎn)海綿鐵。表1、表2為一重電爐煉鋼用海綿鐵主要性能指標。

表1 海綿鐵主要化學成分 (質(zhì)量分數(shù)，%)Table 1 Main chemical composition of sponge iron(mass fraction, %)

表2 海綿鐵雜質(zhì)元素含量(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 2 Content of impurities in sponge iron(mass fraction, %)

圖1 海綿鐵配入量對冶煉時間的影響Figure 1 The effect of supplying amount of sponge iron on steelmaking time

圖2 海綿鐵配入量對噸鋼電耗的影響Figure 2 The effect of supplying amount of sponge iron on power consumption per ton steel

圖3 海綿鐵配入量對鋼水收得率的影響Figure 3 The effect of supplying amount of sponge iron on the yield of steel

2.1 海綿鐵的加入方法

國內(nèi)外比較成功的海綿鐵加入方式為顆粒狀海綿鐵電爐爐頂連續(xù)加料，但我單位由于設(shè)備條件不具備，海綿鐵無法實現(xiàn)頂加，只能與廢鋼同時入爐。為加速海綿鐵熔化，減少富氧操作對其收得率的影響，采用第二、三次料分批加入海綿鐵冶煉，布料順序從上到下為海綿鐵—鋼屑—輕鋼—重鋼—生鐵—鋼屑。

2.2 海綿鐵配入量對冶煉時間、噸鋼電耗及鋼水收得率的影響

圖1～圖3分別為海綿鐵配入量對加氫產(chǎn)品(3Cr-1Mo-1/4V)冶煉時間、噸鋼電耗及鋼水收得率的影響，不同配入量各統(tǒng)計20爐。

大量工業(yè)生產(chǎn)實踐表明，當海綿鐵配比為12%時，冶煉時間最短，電耗最低，鋼水收得率達到88%。當海綿鐵配比小于12%時，隨海綿鐵的加入，入爐爐料堆比重增加，爐料間隙減少，電弧熱量利用率提高，加快了熔化速度，且鋼水收得率變化較?。涣硗?，海綿鐵本身含有一定量的FeO與噴入渣中的C粉反應，產(chǎn)生CO氣體使泡沫渣埋弧操作時間延長，減少了電弧對爐襯的熱輻射，充分利用了電弧熱量；并且由于海綿鐵本身P、S含量低，減少了脫P所需渣量，縮短了冶煉時間，降低電耗。當配比大于12%時，隨海綿鐵配入量的增加，氧化期大沸騰現(xiàn)象加劇，并由于海綿鐵中含有脈石等成分，增加了石灰消耗量，冶煉時間、電耗均有所增加。

表3 海綿鐵配入量對殘余元素含量的影響(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 3 The effect of supplying amount of sponge iron on residual elements(mass fraction, %)

2.3 海綿鐵對鋼中殘余元素的影響

鋼中殘余元素嚴重影響了鋼材的性能，但現(xiàn)行冶煉工藝無法有效去除，只能依靠控制原材料降低鋼中殘余元素。海綿鐵本身純凈，化學成分穩(wěn)定，有害元素雜質(zhì)含量少，加入后可以稀釋廢鋼、生鐵中的有害元素。表4為海綿鐵的配入量對鋼中殘余元素含量的影響。

3 結(jié)論

(1)一重用海綿鐵代替部分廢鋼冶煉高附加值合金鋼工藝基本成熟，操作可行，較好地解決了外購優(yōu)質(zhì)廢鋼不足的問題。

(2)在現(xiàn)行工藝條件下，一重100 t超高功率電爐配入12%左右的海綿鐵，能使冶煉時間縮短、電耗降低，鋼水回收率可達88%。

(3)海綿鐵的加入，有效稀釋了殘余元素的含量，提高了鋼水潔凈度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

[1] 馬戰(zhàn)軍，齊新霞，劉棟.100 t電爐煉鋼添加海綿鐵的生產(chǎn)試驗.河南冶金，2004，12(1)：14-16.

[2] 雷丙旺，張奇志，胡永平.采用海綿鐵冶煉特種產(chǎn)品用鋼的工業(yè)性實驗.大型鑄鍛件，2003，Vol2：33-35.