太钢二炼钢用直接还原铁代替部分专用废钢的应用试验
wujiai
|在炼钢生产中加入直接还原铁（海绵铁）可以显著稀释钢水中的有害金属元素，使用直接还原铁可以缓解废钢供应紧张的局面，替代部分优质废钢，生产出优质钢块。废钢替代品DRI（直接还原铁）在转炉炼钢中的应用研究受到广泛关注。太钢二炼钢厂（以下简称太钢二炼钢厂）在生产低硫钢时，由于低硫专用废钢短缺，为了解直接还原铁对转炉冶炼和钢质量的影响，在80t转炉上进行了直接还原铁替代部分专用废钢的应用试验。
1. 测试条件
1.1 测试条件
试验采用了两种不同比重的直接还原铁，一种为海绵铁，呈圆柱形，比重较低；另一种为金属化球团，呈球形，比重较大，其理化指标见表1。
1.2 试验钢种及工艺
试验钢种为HP295、SPHC、T510L等低硫钢种，试验时直接还原铁随废钢一起加入炉内，加入方式为投入废钢槽，加入量为每炉2.7~7.5吨，平均4.95吨。冶炼过程中根据转炉情况调整枪位，根据直接还原铁加入量调整石灰加入量，其余与正常生产相同。
1.3 直接还原铁替代废钢比例
据文献报道，用直接还原铁替代转炉中30%的废钢，对炼钢过程影响不大。只要控制好直接还原铁中SiO2含量和T.Fe，用100%直接还原铁替代转炉中废钢在技术上是可行的。实际试验过程中，当进入转炉的铁水w(Si)大于0.5%、直接还原铁替代废钢的比例大于60%时，会出现早期溢渣、溅渣现象。当直接还原铁替代废钢的比例控制在50%以下时，转炉冶炼过程稳定，最终炉渣粘度和流动性适中，对转炉冶炼影响较小。经试验确定直接还原铁的合理装填量为：废钢总量的35%～50%。
2 试验结果与分析
2.1对转炉脱硫的影响
试验过程中直接还原铁转炉冶炼原料及钢水w(S)统计情况如图1所示。
转炉炼钢的脱硫效果是有限的，这是因为转炉内的氧化环境使得硫的分配系数很低。直接还原铁的W(S)较低，平均为0.008%，低于专用低硫废钢(W(S)<0.020%)，因此，在低硫钢的生产中可以方便地采用直接还原铁。实际生产中，用直接还原铁代替部分专用废钢，转炉端及成品钢中硫含量较低，可以满足该钢种低硫含量的要求。图中给出了直接还原铁代替废钢的比例与转炉端硫含量的关系。
从图2中可以看出，随着直接还原铁替代废钢比例的增加，转炉终点硫含量呈下降趋势。
2.2对转炉脱磷的影响
转炉添加直接还原铁和全废钢冶炼各钢种时脱磷率统计数据如图3所示。
转炉使用直接还原铁有利于转炉脱磷，其原因一是直接还原铁中含有一定量的FeO，直接还原铁熔点低，在冶炼初期能很快熔化，迅速形成高FeO的早期渣，有利于转炉早期脱磷；二是废钢和铁水中的磷都是以单质状态存在的，所以需要经过氧化才能进入渣相。直接还原铁中的磷是以氧化物的形式存在的，所以在直接还原铁熔炼时，磷自然变成渣而被除去。所以使用直接还原铁减少了入炉的磷总量，有利于转炉脱磷。据统计，实际生产过程中使用直接还原铁的转炉平均脱磷率为87.9%，全部冶炼废钢的转炉平均脱磷率为85.5%。 采用直接还原铁的转炉平均脱磷率提高了2.4%。
2.3 对转炉渣形成的影响
直接还原铁含质量分数为4.42%～6.73%SiO2，在转炉冶炼过程中进入炉渣，降低炉渣碱度。为保证转炉脱磷、脱硫效果，应控制炉渣碱度稳定。转炉石灰加入量增加，炉渣量增加。
实际生产过程中，太原二炼钢厂80t转炉每炉加入直接还原铁量为5t，根据直接还原铁中SiO2含量，每炉加入石灰700～900kg，吨钢加入石灰量增加9.3kg/t。对转炉端渣样进行分析，用直接还原铁和全部废钢冶炼的转炉渣的w(T.0)和碱度分别为13.52%、13.37%、3.6、3.5，可见对转炉端影响很小。
2.4 钢中残余元素及有害元素
直接还原铁炉成品钢中残余元素铬、镍、铜含量与全部专用废钢基本相同，随机选取直接还原铁炉钢和全部废钢各10个钢样，对钢中有害元素进行分析，结果见表2。
从表2可以看出海绵铁，采用直接还原铁替代部分专用低硫废钢和全部使用废钢进行冶炼，可以降低钢中有害元素的含量，并且不会影响钢的质量。
3. 直接还原铁的用途
通过太钢二炼钢厂80吨转炉试验，采用直接还原铁替代部分专用低硫废钢冶炼等级钢，转炉冶炼过程正常，钢中磷、硫含量较低，钢中残余元素及有害元素含量较低，完全可以满足等级钢的要求。
2007年1月，在低硫特钢废钢不足的情况下，太钢二炼钢厂转炉开始使用直接还原铁替代部分低硫特钢废钢生产特钢，每炉配备5吨直接还原铁，2007年共使用直接还原铁1.57万吨，生产低硫特钢25万吨。统计显示，用直接还原铁生产的特钢质量完全可以满足钢种要求，与全部用低硫特钢废钢生产的特钢质量相当。
4 大优势
按照太钢2007年原材料内部计划价计算，专用废钢1900元/t，直接还原铁1550元/t，石灰600元/t，直接还原铁w（TO）为88.75%，每座转炉配5吨直接还原铁，石灰消耗增加9.3kg/t，渣量增加14.88kg/t，经测算，每使用1吨直接还原铁可带来经济效益9.82元。
5 结论
（1）在转炉冶炼特殊钢时，用直接还原铁替代专用废钢是可行的，直接还原铁替代专用废钢的合理比例为35%～50%。
（2）使用直接还原铁，提高了转炉的脱磷能力，脱磷率提高2.4%。每80t转炉增加5t直接还原铁，吨钢石灰消耗增加9.3kg/t。
（3）用直接还原铁代替部分专用废钢，钢中残余元素及有害元素含量极低，对钢材质量无影响。