1发展历程
天津钢管是目前国内规模最大的石油套管生产基地,炼钢厂150t电弧炉生产工艺流程为:EAF→LF(VD)→CCM,其对炼钢生产中添加还原铁做了长期的系统的使用:
1)1992年5月7日开始热试,投产初期使用全废钢进行冶炼,每炉加料3次,冶炼周期较长且“五害”元素含量较高,每天冶炼10炉左右。
2)为提高冶炼速度,降低钢中“五害”元素含量,炼钢厂使用了进口的还原铁进行冶炼,为保证优质还原铁的及时供应,公司自己的直接还原铁厂于1996年11月份正式投入生产。
3)2003年炼钢厂开始采用热兑铁水工艺,实现了“废钢+铁水+还原铁”的一篮料冶炼操作,冶炼速度大幅度提高,2004年实现年产120万吨合格坯。
2 应用方向
2004年钢厂具备了废钢、铁水、还原铁三大料型进行配料的条件,为了取得高效的产能和低廉的制造成本,以优化配料作为切入点,降低冶炼成本。在铁水固定(单罐重~40吨)的情况下,通过加入不同量的还原铁进行冶炼过程指标测算,以低电耗、短周期为最终确定最优还原铁加入量。
3 加料方式
电炉采用高料仓连续加料装置,还原铁通过电炉高位料仓,经炉盖第五孔,连续加入炉内,从而减少了1次加料时间,缩短了冶炼周期。其他钢厂均无连续加料方式、主要通过料篮加入的方式加入。考虑到还原铁比重较轻、导磁性差,放在最底部不宜熔化,一般加入到电炉的中下部。布料顺序从底部到上部依次为生铁/铁水-还原铁-重钢-轻钢-钢屑。
4 加料方案
天管使用还原铁进行冶炼的加料方案有两种,分别为“废钢+铁水+还原铁” 和“废钢+还原铁”,两种配料见表1。还原铁的化学成分见表2。
表1 采用还原铁冶炼的配料方案
配料方案 | 废钢/t | 铁水/t | 还原铁/t |
方案1:废钢+铁水+还原铁 | 90 | 40 | 30~35 |
方案2:废钢+还原铁 | 130(80+50) | 30~35 | |
方案3:废钢 | 130+30 |
表2 还原铁的化学成分
元素 | TFe | MFe | C | S | P | 粒度≥3mm |
含量 /% | 94.54 | 89.74 | 0.32 | 0.017 | 0.032 | 97.3% |
5 还原铁使用效果
从还原铁加入量对电炉冶炼电耗、冶炼周期和钢中“五害”元素三个方面的影响分别进行比较。根据钢种“磷”含量要求的高低,即普通钢种(P≤0.025%)和高级钢种(P≤0.015%),分别进行对比。拟通过数据的统计分析,确定还原铁的最佳加入量。既能降低冶炼能耗、缩短冶炼周期,同时“五害”元素满足标准要求,指导后续的生产。
表3 钢种分类
分 类 | 钢种牌号 |
普通钢种 | 20 45 Q345B 30Mn5 34Mn5 37Mn5 |
高级钢种 | 27CrMo27Vs 27CrMo44s 12MnNbVs 25CrMo48V 1Cr5Mo |
1)还原铁加入量对冶炼电耗及冶炼周期的影响
在方案1中,随着还原铁量的增加,电耗逐渐升高,冶炼时间先减少,后增大当超过35t加入量的时候,电耗急剧增加,冶炼时间急剧增大,对应加入比例为22.5%。
方案2表明,废钢+海绵铁的冶炼方式,随着海绵铁加入量的增加,电耗和冶炼时间均先降低,后增大,当加入量为30-35吨时,有利于冶炼操作,对应的海绵铁加入比例为不超过25%。
3)还原铁加入量对“五害”元素的影响
目前炼钢厂对于“五害”元素的分析主要考虑砷(As)和锡(Sn),由于铁水和生铁的五害元素含量比较稳定。下面我们将还原铁不同的加入量对于砷(As)和锡(Sn)平均含量的影响进行比较,见表4。
表4 还原铁加入量对五害的影响
还原铁加入量 t | 0 | ≤10 | 11~15 | 16~20 | 21~25 | 26~30 |
统计炉数 | 90 | 73 | 153 | 151 | 200 | 278 |
平均As+Sn ppm | 287 | 279 | 260 | 248 | 212 | 187 |
根据表4作趋势图如下图3:
图3 还原铁加入量对五害元素影响
由图3可知,当入炉铁水和生铁总量一定的情况下,钢中“五害”元素(As和Sn)的残留随着还原铁加入量的增加而降低。因此,可以说,还原铁稀释了钢中的“五害”元素,对冶炼纯净钢提供了保证。
4)与全废钢冶炼的对比
考虑方案3全废钢冶炼,与方案1和2进行对比。
图3 三种方案电耗对比结果(4000炉数据)
由上图可知,不同的方案,对应的电耗水平稳定,波动性不大,方案之间全废钢冶炼电耗最高,废钢+还原铁电耗较低,低30kwh左右,废钢+铁水+还原铁最低,主要是由于铁水带入了大量的物理热。
图4 三种方案冶炼周期对比结果(4000炉数据)
由上图可知,不同的方案,对应的冶炼周期稳定,波动性不大,方案之间全废钢冶炼周期最高,废钢+还原铁周期较短,低5-10min左右,废钢+铁水+还原铁最低,原因也主要是由于铁水带入了大量的物理热。
图5 三种方案五害元素对比结果(2100炉数据)
图6 三种方案Cu元素对比结果(3000炉数据)
由图5、图6可知,全废钢五害及Cu残余最高,废钢+还原铁次之,废钢+铁水+还原铁最低,主要是由于还原铁和铁水相对废钢纯净,带入的有害元素少。
6小结
生产实践表明:
1)当还原铁加入量在30~35t的时候,即加入比例20-25%时,对废钢+还原铁或废钢+铁水+还原铁这两种方案,其吨钢电耗、冶炼周期和“五害”元素等各项指标均处于最佳状态。
2)相对于全废钢冶炼,适当加入还原铁和铁水的生产方式,更有利于降低电耗、缩短冶炼时间以及降低钢水中的残余元素。
7 结语
对于电炉钢厂而言,由于废钢使用比例高、且自产废钢多次循环导致残余元素富集。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'的钢铁料来稀释,还原铁恰好能起到这种作用。而如果大量采用生铁,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、石灰和萤石才能做到。这样,增加了辅助材料的消耗,增加炼钢成本,延长冶炼时间。因此,质量要求较高的钢厂尤其是在对产品有特殊要求时,使用还原铁是很好的选择之一。
(科思瑞迪工试基地出口海外冷压块海绵铁)
联系客服