关键词：电弧炉 热装铁水 炼钢工艺
前言
电弧炉热装部分铁水冶炼工艺( 下称热装工艺) 是最近发展起来的电炉炼钢的一项节能新技术。该工艺不但缓解了废钢紧缺的形势, 而且可显著缩短冶炼周期, 降低冶炼电耗, 提高劳动生产率。加入电炉中的铁水, 可以稀释废钢中的有害残余元素, 提高钢的质量。如果铁水进行过预处理, 还可以进一步生产超低硫和超低磷钢, 因此,本工艺在国内外发展很快。
一、热装工艺特点
电炉采用热装工艺的特点主要体现在以下几个方面
首先是配料制度发生变化。铁水配入量在10% ~ 50%范围内, 一般为30%左右。其次是脱碳工
艺和造渣制度有所不同。加入铁水后, 铁水带入大量碳, 加上冶炼时间缩短, 相应要求大大加快脱碳速度( 大于0. 10% / min) , 供氧速度也要加大( 大于2m3/ t#min) 。当加入30%铁水时, 氧气耗量要达到25~ 35m3/ t。加入铁水,钢中硅、磷增加, 所以造渣用的石灰用量相应增加。最好应用泡沫渣操作, 快速脱磷。第3 是废气排放量也有影响。热装工艺的脱碳速度加快, 炉内CO 废气量增加, 增加了除尘设备的负荷。在有条件的工厂, 可进一步发挥二次燃烧和废钢预热的作用, 充分利用废气余热。
二、试验设备
某钢电弧炉主要设备参数见表1 和表2。
三、初次试验工艺
初次试验工艺: 用高炉铁水取代第二、三批钢铁料, 熔氧、造渣、供电等工艺制度基本不变。
初次试验既验证了许多预期设想, 又发现了许多问题, 为热装铁水工艺的全面优化改进奠定了基础。
四、优化改进工艺
针对初次试验中出现的问题, 我们对整个工艺进行全面优化改进。
1 减少铁水运输途中的温降
( 1) 用汽车代替火车运输铁水, 缩短铁水运输时间;
( 2) 采用铁水包加保温盖, 液面上加发热剂等措施减少温减。这样, 温降由原来的60 ℃左右降到40℃左右, 既提高了铁水入炉温度, 又有效地减少了铁水粘结包底现象。
2 选取经济合理的铁水热装比例
铁水兑入过多, 会给冶炼操作带来诸多困难, 特别是增加了脱碳、脱硫和脱磷任务, 铁水兑入过少, 一包8t 铁水需多次兑入不同炉次才能消化掉, 会给组织生产增加难度。这样就达不到铁水热装增产降耗节能的目的。因此, 参照国内外电弧炉热装试验, 比照我厂实际情况, 确定铁水热装比例为30% ~ 50% , 使8t 铁水包所容纳的铁水一次兑入炉内。
3 优化冶炼工艺
通过试验情况总结, 结合我厂设备能力, 原料状况等实际情况, 针对冶炼不同的钢种, 我们制定
了一种电弧炉热装铁水冶炼新工艺) 热装铁水电弧炉炼钢转炉操作法,命名为“ZDL”法, 具体为:
改进铁水装入制度
( 1) 将原来废钢熔化后装入铁水改为在第一批料加入后即加入, 或熔化的炉料最多不超过30% 时加入, 以充分利用铁水物理热焓, 便于实现熔氧结合操作, 提前吹氧和喷氧脱碳。以前加入铁水是在第一批料熔化80% 以上时进行, 熔清电耗降低不太明显,主要因兑入铁水后未能显著缩短熔清时间。电弧炉炼钢熔化时间占冶炼过程的1/ 2, 熔化电耗占冶炼电耗的2/ 3 , 兑铁水时间是影响热装效果的关键问题。我公司高炉铁水温度在1280℃左右,根据资料, 吨铁热焓约111x 109J。经计算在装入量为18t 炉内热装30% 铁水,带入炉内显热约为100kWh/ t, 入炉化学能50kWh/ t, 可利用铁水能量达150kWh/ t ( 理论节能潜力) 。
(2) 预先向炉内加入金属料的2.5% 左右的石灰和矿石。目的是延缓铁水对炉底的冲击, 减少炉底散热, 利于提前造渣去磷,减轻后期任务。[ P] 含量较原来试验炉次明显降低, 脱磷率可达50% ~ 90% , 脱硫率可达10% ~ 20% 。
( 3) 为保证正常生产要求, 规定金属料合理加入量满足下列要求:
W= W1+ W2+ W3
式中 W-------正常装入量, t;
W1--------废钢量, t ;
W2--------铁水量, t ;
W3--------铁合金总量, t。
并要求30% ≤W2/W≤50% , W1 尽可能是轧钢切头, 尽量减少其它高碳废钢, 在此装入制度下, 金属料熔清后[ C] 、[ S] 、[P] 等元素含量显著降低( 见表3) , 改善了冶炼条件和热装效果。
改进供氧制度
( 1) 将原来单管吹氧改为双管吹氧, 增加供氧量, 加速氧化脱磷脱碳进程。供氧量由原来的26Nm3/ t 增到46Nm3/ t , 供氧强度由原来的0.35~ 0.47Nm3/ t . min 增到0.61~ 0.70Nm3/ t. min, 显著缩短了氧化期。
(2) 供氧压力限制在0.6MPa~ 0.8MPa,吹氧时间在铁水兑入后即可开始, 取消在炉料温度≥800 ℃ 时才可吹氧的规定, 在兑铁后全熔前即可喷煤粉, 而初次试验未进行煤氧喷吹操作。
( 3) 随时调整吹氧管深度与角度, 以实现脱磷与脱碳作用, 并可防止塌料与喷溅。
( 4) 氧化期按下列次序氧化杂质元素:Si、P、C, 吹氧浅吹化渣去P, 深吹去C、调整终点C, 避免了原来无序吹氧造成氧化时间过长现象。
(5) 供氧量Q 受不同铁水成分和不同铁水兑入比例及冶炼不同钢种影响, 其关系式表达为:
式中 9.333-------氧化铁水中1%[ C] 耗氧量ηO2
-------氧气用于脱C 的效率, 近似值取0.75
优化造渣工艺
( 1) 调整炉渣碱度熔化渣碱度控制由原来1.5~ 1.7 调整到2.0~ 2.5; 氧化渣碱度由原来2.0~ 2.5调整为三期控制, 氧化前期2.5~ 3.0, 氧化中后期2.0 铁水温度左右; 还原期碱度控制在2.0~2.5。调整炉渣碱度的目的是使熔池内形成良好的脱P、脱S 条件。参照转炉炼钢的碱度控制, 提高热
装铁水的电弧炉炼钢炉渣碱度, 是本“ZDL”工艺的最大创新。
( 2) 调整炉渣的氧化性
按下列要求控制( FeO)熔化渣: 12% ~ 20%;氧化渣: 前期由原来的12% ~ 20% 改为20% ~ 30%; 中期由原来的10% ~ 15%改为10% 左右; 后期由原来的< 15% 改为< 13%。
上述控制的主要目的是利于去磷, 减少金属铁氧化损失, 提高金属收得率。为减少随炉渣损失的金属铁, 氧化后期必须把( FeO) 控制在< 13%, 并且( SiO2%+ P2O5% + Al2O3% ) < 18% 和1< A< 2。
式中 nSiO4----------为100kg 炉渣中各组分离子数
( 3) 确定合理渣量
熔氧期分批加入萤石、石灰造渣, 采取自动流渣办法脱磷50% ~ 90%, 渣量控制在钢水量3% ~ 4% 。[ P] 特别高时才采取换渣操作, 避免原来工艺中热装铁水炉次因[ P] 较高一律采取换渣操作所造成的热量损失和渣料损失。按这一工艺造渣, 电炉热装铁水取得了较好的效果, 实际效果可见表4。
改进供电制度
采用合理供电制度, 使输入功率最佳化。在吹氧过程中可视温度状况减少电流直至为零。改进后供电曲线如图1。
4 电弧炉热装铁水优化工艺效果
实施电弧炉热装铁水的目的是增产节能降耗, 而对其工艺的不断优化则可以使增产节能降耗效果得到显著提高。不同工艺主要指标完成情况如表5 所示。经济效益评价( 铁水热装优化工艺与未热装工艺比较) :
( 1) 收入项
E = C1T1+ C2T2+ C3T3+ C4T4+ C5T5= 121.87 x0.45+ 1.26 x9.5+ 63/ 227x30+ 2.96x 1.50+ 63/ 227 x18 x10= 121.03 元/ t
式中
C1 --------电耗下降值, kWh/ t; T1 -------电价,元/ kWh
C2 -------电极消耗下降值, kg/ t ; T2 -------电极价格, 元/ kg
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