电弧炉热装部分铁水炼钢工艺
殷宝言
摘要在电弧炉炉料中加入部分铁水,是最近发展起来的电弧炉炼钢工艺。该工艺可以缩短冶炼时间,降低冶炼电耗,提高产品质量,特别适用于中小型普通功率电弧炉冶炼高碳钢,对发展我国电弧炉炼钢有深远意义。
关键词电弧炉热装铁水转炉化
ELECTRIC ARC STEELMAKING PROCESS WITH
PART OF HOT METAL CHARGE
Yin Baoyan
Shanghai No.5 Steel (Group) Co.Ltd.
Synopsis A newly develpoed electric arc steelmaking process in the recent year is to add a proper amount of hot metal to the carging material. This new technology can reduce the steelmaking time, cut down the electric power consumption and improve the steel quality and is of profound significance for the development of China′s electric arc steelmaking since it is particularly suitable for making high carbon steels in the medium and small sized common power electric arc furnace.
Keywords electric arc furnace hot charging hot metal converter
1 前言
电弧炉热装部分铁水冶炼工艺(下称热装工艺)是最近发展起来的电炉炼钢
的一项节能新技术。该工艺不但缓解了废钢紧缺的形势,而且可显著缩短冶炼周期,降低冶炼电耗,提高劳动生产率。加入电炉中的铁水,可以稀释废钢中的有害残余元素,提高钢的质量。如果铁水进行过预处理,还可以进一步生产超低硫和超低磷钢,因此,本工艺在国内外发展很快。例如,南非Lscor的Pretoria
厂,Vanderbilpar厂,日本三菱大和钢公司都率先使用本工艺。我国也早已研究、应用,如安钢、南钢、淮阴、浦钢等钢厂都已成功使用电炉热装工艺,并取得很好效果。
2 工艺原理和铁水加入方法
电炉采用热装工艺后,代替传统的等量生铁配碳,使电炉的物料平衡和能量
平衡发生显著变化。铁水带入大量的碳,熔化期、氧化期充分利用吹氧脱碳化料升温。提前结束熔化期,很快进入氧化期,脱碳速度明显高于传统工艺,缩短冶炼时间。如果熔清碳较高,可充分利用碳—氧反应热,停电吹氧脱碳,使钢水温度迅速上升,顺利进入还原期。铁水带入大量的物理和化学热,使供电制度发生变化,最终影响到整个电炉炼钢工艺。
实践证明:电炉热装工艺对冶炼高碳钢更为有利。
铁水加入方法对工艺效果有显著影响。根据目前使用本工艺的工厂的经验,铁水的加入方法大致有以下几种。
(1)出钢后,补炉,装石灰,加铁水,最后加废钢,通电。
(2)装入一批废钢或两批废钢,通电,基本熔化后再加铁水。
(3)先加废钢,通电5～10min穿井后,打开炉盖,用吊车从上方把铁水倒入“井”内。
(4)采用可开行的带倾动铁水包的流槽车,从炉体上的固定孔加入铁水。
前两种方法有较强的可操作性。第3种方法不但热损大,事故多,而且易使铁水与废钢粘结在一起,加剧了“搭桥”现象。钢水温度上升后,废钢不断滑入熔池,造成严重沸腾,所以采用此法尤要谨慎。第4种方法大大降低了热损失,减少了事故隐患。欧洲第1家采用这种加铁水技术的是比利时的Cockerrill厂,140t的带指型托架竖炉的直流炉,通电后可在15～20min内将50t铁水从流槽内兑入炉内。
3 热装工艺特点
电炉采用热装工艺的特点主要体现在以下几个方面［1］。
首先是配料制度发生变化。铁水配入量在10%～50%范围内,一般为30%左右。
其次是脱碳工艺和造渣制度有所不同。加入铁水后,铁水带入大量碳,加上冶炼时间缩短,相应要求大大加快脱碳速度(大于0.10%/min),供氧速度也要加大(大于2m3/t．min)。当加入30%铁水时,氧气耗量要达到25～35m3/t。加入铁水,钢中硅、磷增加,所以造渣用的石灰用量相应增加。最好应用泡沫渣操作,快速脱磷。
第3是废气排放量也有影响。热装工艺的脱碳速度加快,炉内CO废气量增加,增加了除尘设备的负荷。在有条件的工厂,可进一步发挥二次燃烧和废钢预热的作用,充分利用废气余热。
最后供电制度也要作相应调整。如加入30%的铁水,带入的热量相当于电炉总输入能量的40%左右,故电能输入可相应减少。节约电耗的关键在于供电制度最佳选择和炉前操作工艺。考虑供电制度应以热平衡为基础,根据铁水比、冶炼时间、终点钢水温度和成分等多种因素来确定。现以公称5t电弧炉冶炼20MnSi 为例,传统的供电制度如图1所示,每炉钢冶炼时间为155min左右,冶炼电耗
483kWh/t。加入50%铁水后,供电制度就如图2所示,这时每炉冶炼时间减少10%左右,吨钢电耗也明显降低［2］。
图1 传统炼钢供电曲线
图2 热装工艺供电曲线
与传统炼钢方法相比,热装工艺配电制度的变化主要表现熔化期及氧化期。控制熔化期电压、电流,使熔化期相对延长,增加熔化期脱碳量,保证化料过程中的熔池温度。熔清时,钢液温度较高,短时升温即可满足氧化期脱碳要求,减少了氧化期脱碳量和脱碳时间,这样降低了电弧炉熔炼过程中的热量损失,充分发挥了热装工艺在氧化期吹氧脱碳升温化料的长处。
4 经济效益
电炉热装工艺最明显的效益是降低电耗。但其降低电耗的效果与多种因素有关,例如:铁水加入方法、电炉容量大小、炉料的组成、炉料预热情况等。一般认为每增加1%的铁水,吨钢可节电3～4kWh。铁水比与节电量之间的关系如图3所示［4］。
图3 铁水比与节电量之间的关系
热装工艺除降低电耗外,还有多种效益,如:
(1)缩短冶炼周期,提高生产率,提高产量,在实验型180kVA直流电弧炉上装入10%～50%铁水试验表明，每加入10%铁水,可使冶炼时间缩短7%,电耗降低6%［3］；
(2)减少耐材、电极等各种消耗;
(3)可稀释劣质废钢带入的有害元素,减少残余有害元素含量,提高产品质量;
(4)充分利用碳—氧反应,降低钢水的氮含量，比利时Cockorill厂全废钢出钢氮(7～8)×10-3%,热装35%铁水出钢氮低于4.5×10-3%。
