70t电弧炉应用热压块HBI冶炼的工艺实践[1]

第3l卷第5期 · 36· 2010年 1O月 特殊钢 SPECIAL STEEL V0l-31．No．5 October 2010 70 t电弧炉应用热压块 HBI冶炼的工艺实践 秦 军 (宝钢集团新疆八一钢铁股份公司第二炼钢厂，乌鲁木齐 830022) 摘 要 70 t电弧炉的炉料装入量为8O一8lf，其中热直接还原铁热压块 HBI为 14．6—15．2 t，铁水23～27 t， 其出钢量77～78 t，电耗316 324 kwh／t，氧耗29．7—33．0 m ／t，冶炼周期48—54 min。生产实践 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，热压块是 优质废钢的替代品，可促进电弧炉脱磷和脱碳反应，降低氧耗 1．3～3．2 m ／t，但每增加 1％热压块则增加电耗 3．5 kWh／t，所以炉料为全废钢时不宜配加热压块，当加入 30％铁水和加入 10％热压块时可以达到冶炼过程最优化。 关键词 70 t电弧炉 热压块 电耗 冶金质量 Practice for Steelmaking Process of a 70 t Arc furnace by Using Hot Briquette Iron Qin Jun (No2 Steelmaking Plant，Xinjiang Bayi Steel and Iron Co Ltd，Baosteel Group，Wulumuqi 830022) Abstract Charged weight for the 70 t arc furnace is 80～81 t including direct reduction iron hot briquette(HBI) 14．6～15．2 t and hot metal 23—27 t．its tapping liquid amount is 77—78 t．electric power consumption 316—324 kWh／t，oxygen consumption 29．7—33．0 m ／t and tap—to·tap time 48～54 min．Steelmaking practice shows that HBI is a substitute for quality scrap，it is available to improve dephosph0rization and de—carbon reaction，decrease oxygen consump— tion 1．3—3．2 m ／t．but with increasing every 1％ charge of HBI the electric power consumption increases 3．5 k t， therefore it is not suitable charging HBI only with scrap，as charging 30％ hot metal and 10％ HBI the steelmaking process is optimization． Material Index 70 t Arc Furnace，HBI，Electric Power Consumption，Metallurgy Quality 我国新疆的富蕴等地相继建成了气基还原法生 产直接还原球团和煤基法生产直接还原铁的企业， 其产品已成功应用于八钢70 t直流电弧炉合金钢生 产线和110 t交流电弧炉板坯生产线，以及内地多家 铸造企业和炼钢企业，对于缓解废钢铁原料的短缺 和提高产品质量起到了积极的作用。但是上述两种 产品在使用过程中，还存在金属收得率较低、在电弧 炉冶炼过程中容易产生冷区等缺点，使用受到了一 定的限制。 采用气基法生产的热压块克服了部分气基还原 法生产的直接还原球团和煤基法生产的直接还原铁 的缺点，从外观质量上来看，有明显的金属光泽，比 重和粒度也非常适合电弧炉冶炼的要求。所以，采 用热压块在 70 t电弧炉生产首批 6万 t钢，收到了 良好的经济效益。 1 直接还原铁工艺和电弧炉的工艺参数 直接还原是指在矿石不熔化、不造渣的条件下 将铁的氧化物还原为金属铁的工艺方法。这种方法 用烟煤或天然气作还原剂，不用焦炭，不用庞大的高 炉，直接还原是在固态温度下进行，所得的产品称为 直接还原铁 DRI(Direct Reduction Iron)。热压块属 于直接还原铁的一种。 目前直接还原法主要有气基直接还原法和煤基 直接还原法两大类。直接还原铁的金属化率均在 90％左右。直接还原铁由过去的海绵铁(Sponge I． ron)发展为现在的粒状直接还原铁(DRI)以及块状 的热压块 HBI，由于直接还原铁中金属铁的含量较 高，而且硫和磷的含量比较低，所以是电弧炉生产纯 净钢的重要钢铁原料的替代品。2009年8月 11日 第二炼钢厂使用的热压块的基本成分如表 1所示。 表 1 热压块的成分／％ Table 1 Ingredient of I-IBI／％ ! 兰 !! !! 4．11—4．29 0．O4～0．056 0．004 0．020 88．6—89．4 5—6．2 电弧炉的公称容量为70 t；实际平均出钢量大 于80 t；留钢量 7～10 t；供氧吹炼方式：BSE炉门碳 氧枪；供氧强度4 500～5 800 m ／h(分 25％、75％、 100％三档 可调 )；泡 沫渣碳粉喷人速度 0—80 kg／min，分高低档可调；铁水主要成分：4．0％ ～ 4。8％C、(P+s)≤O．10％；冶炼周期 40—55 rain；铁 第 5期 秦 军：70 t电弧炉应用热压块HBI冶炼的工艺实践 ·37· 水热装 比例 20％ ～45％；造渣方式：采用石灰作为 主要渣料造渣。 2 电弧炉配加热压块对于冶炼工艺的影响以及理 论计算和分析 2．1 热压块对料型的影响 此次供货的热压块，粒度为 50 mm X 100 mm， 按照组分的质量含量计算密度的方法见下式： Pg压块 =p铁 ×88％ +P氧化铁 ×5．5％ + P二氧化硅 X4．1％ +p锰 ×0．056％ 理论计算的密度在6．1～6．5 t／m ，与实物的密 度接近。从粒度来看 ，热压块能够改善电弧炉的料 型，降低电弧炉加料后的料高，避免炉盖旋转不回冶 炼位。 2．2 对于冶炼电耗的影响 从成分来看，由于热压块含有部分氧化铁，氧化 铁在冶炼过程中的还原反应是一个吸热反应。 经过热力学的相关计算 ，八钢加入的热压块量 每加入 1％，吨钢冶炼电耗上升 3．5 kWh／t，由于电 弧炉每配加 1％的铁水，冶炼电耗下降 5 kWh／t，所 以热压块适合于热装铁水冶炼。并且铁水的比例必 须大于热压块的加入比例 0％以上，加入热压块从 降低电耗的角度上来讲才能够完成公司下达的计划 电耗 目标。 2．3 对钢铁料收得率的影响 按照表 1的成分，热压块的理论金属收得率计 算公式表示为： 热压块的收得率 =100％ 一SiO2％ 一P％ 一S％ 一Mn％ 一 (2．5％ ～5．5％ )=88％ ～90％ 计算结果表明，热压块的金属收得率为 88％ ～ 90％。电弧炉的配碳量(即铁水加入量和生铁的加 入量)决定了热压块的回收率。配碳量较高，热压 块中问的氧化铁被还原进人熔池的几率大，热压块 的回收率在上限，反之亦然。 2．4 对渣料的影响 电弧炉的泡沫渣的最佳碱度为 2．0，所以加入 1 t热压块，需要渣料石灰 CaO量的计算式为： Wc 0=1 000 kg×WHBI(sio，)％ ×2．0+ 2 X Wc o(sio ， )％ 85 kg／t 式 中：WHBIfsjo’1％一HBI中 SiO2的百 分 含 量／％； 。f51 一渣料石灰 CaO中 SiO 的百分含量／％。 所以加入 1 t的热压块渣料石灰增加34～4O kg (和加普通的通料相比较 ，2009年 7月用 70 t电弧 炉的石灰单耗为59 )。另外，因为热压块含有氧 化铁，能够促进石灰的溶解，提高成渣的速度，有利 于提高石灰的利用率。计算结果表明，热压块的最 佳加入量为 15％，最高上限20％，超过 20％，电弧 炉的渣料使用量将明显增加。 2．5 对质量的影响 从成分的分析和国内外的文献综合可知，热压 块中间的 Cr、Ni、Cu、Zn、Pb含量很低，配加热压块 可以有效的稀释钢中的 Cr、Ni、Cu、zn、Pb，有效降低 钢中这些残余有害元素，降低钢中的[H]、[N]，对 于减少铸坯的表面网状裂纹，提高铸坯基体组织的 性能有积极的意义。 2．6 对冶炼的影响 由于此次热压块的尺寸较好，其块度为5 em× 10 em。其对冶炼的影响为：(1)可以方便配料工调 整料型的结构，减少压料；(2)热压块可以提高化渣 速度，提高泡沫渣的质量，优化脱碳及脱磷的操作， 降低氧耗。 3 70 t电弧炉配加热压块的实践效果 本次配加热压块，通过现场跟踪，冶炼的效果分 为以下几个方面。 3．1 冶炼过程中的泡沫渣操作 冶炼过程中，热压块的化渣功能得到了充分的 体现，电弧炉铁水加入量在 27％ ～33％，电弧炉在 送电至 11 MWh时，泡沫渣的发泡高度就可充分满 足埋弧需要，电弧炉脱磷脱碳反应JI~,N ，发泡剂碳粉 点喷就可以满足操作的需要，但是电弧炉的电耗 比 不加热压块时的电耗有明显增加，这是造成电弧炉 冶炼通电时间较长的主要原因。此外电弧炉的泡沫 渣改善，钢水的收得率明显提高。电弧炉石灰加入 量比不加热压块时有所下降。配加热压块以后，冶 炼的部分炉次的数据见表2。 3．2 冶炼电耗的影响 电弧炉配加热压块对于冶炼电耗的影响统计回 归计算关系见图 1，即每增加热压块配加量 占炉料 的1％，电弧炉冶炼电耗增加 3．0～4．0 kWh／t。 表 2 配加热压块的冶炼参数 Table 2 Steelmaking parameters with charging HBI · 38· 特殊钢 第31卷 图 1 热压块加入比例对吨钢电耗增加值的影响 Fig．1 Effect of charging ratio of HBI on increment of electric power consumption 2009年公司给予第二炼钢厂的电弧炉电耗指标 为325 kWh／t，要完成此指标，铁水的热装比例须保 证在30％，热压块的加入比例在 10％，即铁水和热 压块的比例为3：1时，电弧炉的电耗指标才能够 完成。 3．3 金属收得率和氧耗 由于热压块块度较好，杂质含量少，含有氧化 铁，在热装铁水的情况下，加入量合理时，有利于脱 碳和脱磷反应的控制，改善泡沫渣的操作，有利于金 属收得率的整体提高，分析结果显示 ，热压块的金属 收得率大于86％，平均89％。 直接还原铁中间含有的部分氧化铁，参与化学 反应以后，可以节约部分的氧耗，实践结果显示，直 接还原铁每增加 1％，吨钢氧耗 下降 0．6～1．1 m ／t。 3．4 钢水质量 热压块配加以后，电弧炉残余有害元素 cu、zn、 Pb明显降低，钢水质量得到明显的改善，没有配加 热压块和配加热压块相比，钢中残余有害元素 cu 含量由0．10％降至 0．06％。 3．5 渣料的消耗 配加的热压块比例小于20％，渣料比不加热压 块的时候少 100～300 ks／炉，和理论的分析略有出 入，这和热压块没有含渣土，废钢条件较稳定有关， 并且HBI中间的氧化铁参与化渣，提高了石灰的利 用率造成的。 4 结论 (1)热压块是一种优质废钢的替代品，可以有 效地稀释钢中的残余有害元素，促进电弧炉的脱磷 脱碳反应，降低冶炼氧耗(每炉节约氧气 100—250 m )，简化操作，能够明显提高电弧炉粗炼钢水的 质量。 (2)热压块配加以后，电弧炉的冶炼电耗上升， 热压块每增加 1％，吨钢冶炼电耗上升 3．5 kWh／t， 所以全废钢条件下不宜配加热压块冶炼；热装铁水 冶炼时，铁水和热压块的最佳加入比例(占总装入 量的百分比)为3：1，可以实现冶炼过程的最优化。 (3)热压块能够较好的调整配料的料型，促进 电弧炉脱碳反应的作用特别明显，在铁水条件供应 充足的情况下，特别适合于冶炼中低碳钢。 (4)在铁水热装的情况下，热压块的金属收得 率优于一般的通料废钢和轻薄料废钢，低于生铁。 实际的金属收得率为89％。 (5)热压块加入比例在 20％以下，电弧炉的冶 炼渣料石灰加入量比不加热压块的炉次相比，每炉 可以节约石灰 100—200 kg。 秦 军(1974一)，男，高级工程师，1995年重庆大学毕业，炼 钢和连铸研究。 收稿 日期：2010-04-02