直接还原铁在一重炼钢生产中的应用

第7卷第1期辽宁科技学院学报V ol.7 No.1 2005年3月 JOURNAL OF LIAONING INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Mar. 2005

文章编号：1008-3723（2005）01-0007-02

直接还原铁在一重炼钢生产中的应用

李丽颖1，范春玲 2

( 1辽宁科技学院 冶金工程系,辽宁 本溪 117022;2中国一重集团公司，黑龙江 齐齐哈尔 161042 )

摘 要:介绍了一重炼钢过程中原材料的使用情况，分析了直接还原铁代替部分废钢的可行性，对直接还原铁在一重的应用前景进行了论述。

关键词:直接还原铁；废钢；电炉

中图分类号：TF 703.5 文献标识码：A

近年来，一重集团公司（以下简称一重）的产品结构发生了较大的变化，在原有的产品基础上开发了加氢、核电、管模、半钢辊等高技术产品，随着产品结构的变化，用户对产品的综合性能提出了更高的要求，因而，对钢水中的残余元素的要求也更加严格，返回废钢中残余元素的富集，已经难于保证产品的质量要求，而外购废钢严重匮乏，日益增加了生产组织难度。直接还原铁（DRI）（又名海绵铁）生产技术的不断发展，使其作为部分废钢的代用品成为可能。

1 一重炼钢原材料的现状

一重炼钢的主体设备为平炉和电炉[1]，炉外精炼设备为LF-VD，平、电炉均采用废钢、生铁冷装法冶炼钢水，平炉废钢所占比例为50%-70%，电炉为80%-90%，生产的钢种从一般碳素钢到合金量高达40%的高合金钢，多达200余种，一重的废钢来源以自产废钢为主，约占废钢总量的60%。自产废钢的多次循环，如若不及时用“干净”的废钢稀释和严格管理，必然导致残余元素的富集。从管理的角度来看，由于所生产的碳素钢与碳锰钢占的比例有限，此类废钢严重短缺，为生产如核电、加氢、高压容器等产品，需长时间地积累废钢，以做到专料专用，不仅影响了生产周期，同时也占用了场地和有限的资金，增加了生产的成本。特别是钢屑的管理难度更大，分类、拣选、加工极其困难，为避免废钢的严重污染，有大量的废钢屑长期积压不能使用，造成有限的资源浪费。

冶炼过程中采用生铁稀释金属炉料（平炉冶炼约须占装料量的60%，），由于生铁本身C、P、S含量高，为去除P、S须加入足够的石灰和萤石，增加了辅助材料的消耗，加之价格昂贵，必然会导致炼钢成本的增加。而外购碳素废钢，轻薄料居多，内部混有杂质和有色金属，不仅增加了装料次数，延长了冶炼时间，而且影响钢水质量；另外由于资金、

收稿日期：2004-09-17

作者简介：李丽颖（1971-），女，辽宁本溪人，辽宁科技学院冶金工程系讲师. 市场等因素，供给量严重不足。因此，就一重目前炼钢原材料的状况来看，仅仅依靠生铁和外购废钢是难以解决废钢中残余元素日益富集的问题，需要其它的废钢替代品来满足当前的需要。

2 产品性能的需求

一重所生产的产品以大型成套设备及其工矿备件为主，所冶炼的钢种繁多，废钢污染严重，废钢的现状很难满足生产的需要，十分迫切地需要一种材料作为废钢代用品应用于实践。主要表现在以下几方面：

2.1 对机械性能有具体要求的产品。由于原材料残余元素的富集，一方面，由于熔清后残Cr过高，直接影响冶炼的正常操作，延长冶炼时间，增加了能耗；另一方面，由于产品中Cr、Ni、Mo等残余元素超出标准规定，不仅影响产品的机械性能，如淬透性、冲击韧性、可焊性等，而且影响到后续的加工性能，延长了加工工时。

2.2 石化工业、锅炉和其它压力容器等产品。为提高产品的可焊性能，对Cr、 Ni、 Mo、Cu等常规残余元素的要求非常严格，如一重为齐鲁石化承制的三台加氢反应器，主体材料为R16Mn钢，按技术条件要求，在满足JB4726-94标准的前提下，要求碳当量CE≤0.43%，以保证具有良好的可焊性能。

2.3 核电产品。除对常规残余元素Cr、Ni、Mo、Cu具有严格的要求外，为提高产品的抗辐照性能和再热裂敏感性，对微量有害元素Sn、Sb、As、Co的要求极其严格。特别是对元素Co的要求，由于其直接影响到母体材料的抗辐照性能，为确保核电产品的安全性，因而，元素Co的高低决定了冶炼此钢种的成败。

2.4 超临界汽轮发电机转子。要求母体材料具有超纯性，即所有非Fe元素基本为残余。目前，一重对该类产品已进行了初期的开发，在今后的开发中，其限制性环节将是原材料本身。

3 直接还原铁代替部分废钢的可行性

在我国，自80年代初开发以来，随着生产技术的不断

发展，产品质量日益提高，现已有天津钢管有限公司、抚顺特钢、哈尔滨东方海绵铁厂等厂家形成规模生产[2]。作为炼钢用废钢的代用品，直接还原铁无论从产品质量还是从炼钢成本均能满足炼钢生产的需要。 3.1 直接还原铁对产品化学成份的影响

抚顺特钢和哈尔滨东方海绵铁厂所生产的直接还原铁化学成份列于表1和表2[3]。

表1 直接还原铁的化学成份 %

生产厂家

C S P TFe MFe FeO SiO2金属化率0.66 0.005 0.022 89.42 88.29 1.22 5.64

98.50 0.082 0.010 0.020 92.51 90.03 1.04 97.32 0.39 0.005 0.014 92.60 91.30 0.31 4.96 98.60 抚顺特钢

0.45 0.013 0.020 90.40 88.20 3.18

97.57

哈尔滨东方 0.05 0.015 0.005 88.00

7.00

表2 直接还原铁杂质元素含量 %

生产厂家 Sn Sb As Co Cu Ni Cr 抚顺特钢

＜0.005 ＜0.002 ＜0.005 ＜0.02 ＜0.02＜0.08

哈尔滨东方 0.002 0.001 0.001

0.02 0.0024

一重在电炉冶炼时向炉料中加入直接还原铁进行了试验(见表3和表4)。结果表明：炉料熔清时炉中P 、S 含量比不配入直接还原铁的冶炼相比含量降低50%，残余元素Cr 、Ni 、Mo 、Cu 也大为降低。

表3 熔清后P 、S 含量 %

炉 次 497621 497625 497636 597656497639 597699497642597702P 0.015 0.010 0.010 0.0160.008 0.010 0.0080.020S 0.020 0.023 0.027

表4 熔清后残余元素含量比较 %

采用工 艺 Cr Ni Mo Cu

配入DRI 平均值 0.17 0.17 0.07 0.044 不配入DRI 平均值 0.26 0.23 0.26

0.05

从杂质元素含量来看，配入直接还原铁前后也有明显的变化。一重和抚顺特钢配入直接还原铁前后的杂质元素含量列于表5。

表5 配入DRI 对杂质元素的影响 %

根据以上试用结果，采用直接还原铁代替部分废钢，无论是产品中单一残余元素的含量还是产品的综合指标（CE

—碳当量系数、△G —再热裂敏感系数），均能确保产品的技术条件。

3.2 直接还原铁对金属收得率的影响

一重、抚顺特钢、天津钢管有限公司的应用结果表明，配入直接还原铁， 由于其本身金属铁和全铁较之于生铁含量低，FeO 和SiO 2含量高，直接影响炼钢的金属收得率，据天津钢管有限公司的生产数据统计分析，在配入直接还原铁6%~21%范围内，每增加1%的直接还原铁，金属的综合收得率减少0.6%。一重厂在配入25%-30%直接还原铁的条件下，冶炼粗炼钢水时，直接还原铁的金属收得率85%-88%，但如果在电炉操作上采取适当措施，如直接还原铁在熔池形成后随二次料加入；炉前喷吹C 粉，在造泡沫渣的同时，可还原渣中的FeO ，产生CO 泡，活跃熔池，提高能效，不仅可适当提高金属收得率，还可缩短冶炼时间。

4 直接还原铁在一重的应用前景

一重集团公司炼钢生产中直接还原铁的应用结果表明： (1) 针对必要的产品在80吨电炉上使用，配套以富氧助熔降C 、炉前喷C 粉操作，及时形成泡沫渣；采用炉顶加料系统在熔池形成后由加料孔加入，使直接还原铁在短期内熔化，渣中FeO 充分得到还原，可以提供粗炼钢水。

(2) 电炉冶炼时直接还原铁的配入量以20%-30%为宜，使其既起到代替部分废钢的作用，又不增加电炉的能耗。

(3) 在精炼炉内直接加入适量的直接还原铁，可起到不用电炉追加钢水，达到既满足钢水量的需要，又起到减少电炉冶炼消耗和精炼炉的待炉时间，还可以处理因临时事故导致的钢水欠缺。在精炼炉加入时，应适当调整炉渣碱度，以防渣中（FeO ）含量过高，影响炉体寿命。

直接还原铁代替部分废钢作为炼钢生产原料，不仅解决了一重冶炼过程中炉料短缺和炉料质量差等问题，而且可以根据生产产品的不同特点，选用不同性能的直接还原铁，如作为增碳剂的高碳直接还原铁，用来冶炼不锈钢与工业纯铁的超低碳直接还原铁，可用来冶炼超纯净钢的杂质极低直接还原铁。

从国际国内的市场行情来看，直接还原铁的价格降低趋势已成为可能，据有关资料预测，直接还原铁的价格可接近优质废钢的水平，但就目前的使用情况来看，不宜扩大使用范围，应局限于残余元素要求严格、质量要求高的产品，如加氢、核电、护环等产品，不至于提高总体成本。

参考文献

[1] 管仲毅. 一重集团公司海绵铁应用实践[J].一重技术, 1999,（2）:16～18.

[2] 陈煜，李京社，武杰等. 直接还原铁在电弧炉炼钢中的应用[J].特殊钢，1999,(2):50～52. [3] 洪世辉,江国立,王东等. 抚钢50tUHP 电炉应用海绵铁生产实践[J].特殊钢，1999,(2);53～54.

(下转第14页)

使用厂家 采用工艺 As Sn Sb Co 配入30% 0.00350.0015 0.0025 抚顺特钢 不配入 0.00700.0135 0.0055

一重

配入30%

0.0010

0.0024

0.0017

0.0053