海绵铁在一重电炉炼钢中的应用

赵春华 巴钧涛 冯玉合 赵艳红

(中国一重铸锻钢有限责任公司炼钢分厂，黑龙江161042)

近几年，为了打造世界最大的铸锻钢基地，中国一重集团公司(以下简称一重)已经取消了平炉炼钢，随之增加了几台国内先进的高频电弧炉和与之配套的精炼炉。电炉炼钢用原材料是影响钢水洁净度的重要因素之一，一重炼钢使用的钢铁料大多是锻造和机加下来的返回废钢，返回废钢由于长期的循环使用，污染严重，各种残余元素富集，已经很难保证钢水质量要求。另外，外购废钢严重匮乏，只占30%左右，而优质废钢供需更加紧张，致使可替代优质废钢的直接还原铁市场需求正日趋增长[1]。海绵铁是一种优质电弧炉炼钢原料，尤其是生产优质钢和纯净钢的理想原材料。在目前废钢供应日趋紧张的情况下，作为废钢代用品的海绵铁被配用在一重电炉炼钢生产过程中，能起到稀释有害残余元素和显著改善钢质的作用。

1 海绵铁替代部分废钢的可行性分析

一重炼钢主要工艺路线为电炉(EAF)+炉外精炼(LF)+真空去气(VD)，电炉采用废钢—生铁冷装法冶炼钢水，废钢所占比例为80%～90%，生铁为20%～10%。生产钢种多为高附加值合金钢，品种多达200余种。废钢的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，必然导致残余元素的富集。为稀释废钢中的残余元素，净化炉料，保证返回废钢良性循环，就必须用“干净”的钢铁料来冲淡。海绵铁恰好能起到这种作用。如果大量采用生铁，由于生铁本身碳、磷、硫含量高，为去除磷、硫需加入足够的矿石、石灰和萤石，增加了辅助材料消耗，且价格昂贵，必然会导致炼钢成本的增加。另外，海绵铁中含有一定量的FeO，在冶炼过程中有利于泡沫渣的形成，为脱氧及去除夹杂创造了良好的动力学条件[2]。同时，在冶炼前期，也有利于快速脱P及减少弧光对炉衬的侵蚀。因此，海绵铁在一重成为部分废钢的代用品具有可行性。

2 海绵铁在一重100 t超高功率电弧炉中的应用

海绵铁的生产工艺主要有两种：一种是气基直接还原法，即以天然气为还原剂的竖炉法生产海绵铁；另一种则是煤基直接还原法，即以煤为还原剂的回转窑法生产海绵铁。表1、表2为一重电炉炼钢用海绵铁主要性能指标。

表1 海绵铁主要化学成分 (质量分数，%)Table 1 Main chemical composition of sponge iron(mass fraction, %)

表2 海绵铁杂质元素含量(质量分数，%)Table 2 Content of impurities in sponge iron(mass fraction, %)

图1 海绵铁配入量对冶炼时间的影响Figure 1 The effect of supplying amount of sponge iron on steelmaking time

图2 海绵铁配入量对吨钢电耗的影响Figure 2 The effect of supplying amount of sponge iron on power consumption per ton steel

图3 海绵铁配入量对钢水收得率的影响Figure 3 The effect of supplying amount of sponge iron on the yield of steel

2.1 海绵铁的加入方法

国内外比较成功的海绵铁加入方式为颗粒状海绵铁电炉炉顶连续加料，但我单位由于设备条件不具备，海绵铁无法实现顶加，只能与废钢同时入炉。为加速海绵铁熔化，减少富氧操作对其收得率的影响，采用第二、三次料分批加入海绵铁冶炼，布料顺序从上到下为海绵铁—钢屑—轻钢—重钢—生铁—钢屑。

2.2 海绵铁配入量对冶炼时间、吨钢电耗及钢水收得率的影响

图1～图3分别为海绵铁配入量对加氢产品(3Cr-1Mo-1/4V)冶炼时间、吨钢电耗及钢水收得率的影响，不同配入量各统计20炉。

大量工业生产实践表明，当海绵铁配比为12%时，冶炼时间最短，电耗最低，钢水收得率达到88%。当海绵铁配比小于12%时，随海绵铁的加入，入炉炉料堆比重增加，炉料间隙减少，电弧热量利用率提高，加快了熔化速度，且钢水收得率变化较小；另外，海绵铁本身含有一定量的FeO与喷入渣中的C粉反应，产生CO气体使泡沫渣埋弧操作时间延长，减少了电弧对炉衬的热辐射，充分利用了电弧热量；并且由于海绵铁本身P、S含量低，减少了脱P所需渣量，缩短了冶炼时间，降低电耗。当配比大于12%时，随海绵铁配入量的增加，氧化期大沸腾现象加剧，并由于海绵铁中含有脉石等成分，增加了石灰消耗量，冶炼时间、电耗均有所增加。

表3 海绵铁配入量对残余元素含量的影响(质量分数，%)Table 3 The effect of supplying amount of sponge iron on residual elements(mass fraction, %)

2.3 海绵铁对钢中残余元素的影响

钢中残余元素严重影响了钢材的性能，但现行冶炼工艺无法有效去除，只能依靠控制原材料降低钢中残余元素。海绵铁本身纯净，化学成分稳定，有害元素杂质含量少，加入后可以稀释废钢、生铁中的有害元素。表4为海绵铁的配入量对钢中残余元素含量的影响。

3 结论

(1)一重用海绵铁代替部分废钢冶炼高附加值合金钢工艺基本成熟，操作可行，较好地解决了外购优质废钢不足的问题。

(2)在现行工艺条件下，一重100 t超高功率电炉配入12%左右的海绵铁，能使冶炼时间缩短、电耗降低，钢水回收率可达88%。

(3)海绵铁的加入，有效稀释了残余元素的含量，提高了钢水洁净度，保证了产品质量。

[1] 马战军，齐新霞，刘栋.100 t电炉炼钢添加海绵铁的生产试验.河南冶金，2004，12(1)：14-16.

[2] 雷丙旺，张奇志，胡永平.采用海绵铁冶炼特种产品用钢的工业性实验.大型铸锻件，2003，Vol2：33-35.