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        淺談電弧爐熱裝部分鐵水煉鋼工藝

        2013-07-05 05:27:54王永峰
        關(guān)鍵詞:電弧爐鐵水

        王永峰

        【摘 要】在電弧爐爐料中加入部分鐵水,是最近發(fā)展起來(lái)的電弧爐煉鋼工藝。該工藝可以縮短冶煉時(shí)間,降低冶煉電耗,提高產(chǎn)品質(zhì)量,特別適用于中小型普通功率電弧爐冶煉高碳鋼,對(duì)發(fā)展我國(guó)電弧爐煉鋼有深遠(yuǎn)意義。

        【關(guān)鍵詞】電弧爐;熱裝;鐵水;轉(zhuǎn)爐化

        0.前言

        電弧爐熱裝部分鐵水冶煉工藝(下稱熱裝工藝)是最近發(fā)展起來(lái)的電爐煉鋼的一項(xiàng)節(jié)能新技術(shù)。該工藝不但緩解了廢鋼緊缺的形勢(shì),而且可顯著縮短冶煉周期,降低冶煉電耗,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。加入電爐中的鐵水,可以稀釋廢鋼中的有害殘余元素,提高鋼的質(zhì)量。如果鐵水進(jìn)行過(guò)預(yù)處理,還可以進(jìn)一步生產(chǎn)超低硫和超低磷鋼,因此,本工藝在國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快。

        1.工藝原理和鐵水加入方法

        電爐采用熱裝工藝后,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的等量生鐵配碳,使電爐的物料平衡和能量平衡發(fā)生顯著變化。鐵水帶入大量的碳,熔化期、氧化期充分利用吹氧脫碳化料升溫。提前結(jié)束熔化期,很快進(jìn)入氧化期,脫碳速度明顯高于傳統(tǒng)工藝,縮短冶煉時(shí)間。如果熔清碳較高,可充分利用碳—氧反應(yīng)熱,停電吹氧脫碳,使鋼水溫度迅速上升,順利進(jìn)入還原期。鐵水帶入大量的物理和化學(xué)熱,使供電制度發(fā)生變化,最終影響到整個(gè)電爐煉鋼工藝。

        實(shí)踐證明:電爐熱裝工藝對(duì)冶煉高碳鋼更為有利。

        鐵水加入方法對(duì)工藝效果有顯著影響。根據(jù)目前使用本工藝的工廠的經(jīng)驗(yàn),鐵水的加入方法大致有以下幾種。

        (1)出鋼后,補(bǔ)爐,裝石灰,加鐵水,最后加廢鋼,通電。

        (2)裝入一批廢鋼或兩批廢鋼,通電,基本熔化后再加鐵水。

        (3)先加廢鋼,通電5~10min穿井后,打開(kāi)爐蓋,用吊車從上方把鐵水倒入“井”內(nèi)。

        (4)采用可開(kāi)行的帶傾動(dòng)鐵水包的流槽車,從爐體上的固定孔加入鐵水。

        前兩種方法有較強(qiáng)的可操作性。第3種方法不但熱損大,事故多,而且易使鐵水與廢鋼粘結(jié)在一起,加劇了“搭橋”現(xiàn)象。鋼水溫度上升后,廢鋼不斷滑入熔池,造成嚴(yán)重沸騰,所以采用此法尤要謹(jǐn)慎。第4種方法大大降低了熱損失,減少了事故隱患。

        2.熱裝工藝特點(diǎn)

        電爐采用熱裝工藝的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

        首先是配料制度發(fā)生變化。鐵水配入量在10%~50%范圍內(nèi),一般為30%左右。

        其次是脫碳工藝和造渣制度有所不同。加入鐵水后,鐵水帶入大量碳,加上冶煉時(shí)間縮短,相應(yīng)要求大大加快脫碳速度(大于0.10%/min),供氧速度也要加大(大于2m3/t.min)。當(dāng)加入30%鐵水時(shí),氧氣耗量要達(dá)到25~35m3/t。加入鐵水,鋼中硅、磷增加,所以造渣用的石灰用量相應(yīng)增加。最好應(yīng)用泡沫渣操作,快速脫磷。

        第3是廢氣排放量也有影響。熱裝工藝的脫碳速度加快,爐內(nèi)CO廢氣量增加,增加了除塵設(shè)備的負(fù)荷。在有條件的工廠,可進(jìn)一步發(fā)揮二次燃燒和廢鋼預(yù)熱的作用,充分利用廢氣余熱。

        最后供電制度也要作相應(yīng)調(diào)整。如加入30%的鐵水,帶入的熱量相當(dāng)于電爐總輸入能量的40%左右,故電能輸入可相應(yīng)減少。節(jié)約電耗的關(guān)鍵在于供電制度最佳選擇和爐前操作工藝??紤]供電制度應(yīng)以熱平衡為基礎(chǔ),根據(jù)鐵水比、冶煉時(shí)間、終點(diǎn)鋼水溫度和成分等多種因素來(lái)確定?,F(xiàn)以公稱5t電弧爐冶煉20MnSi為例,傳統(tǒng)的供電制度,每爐鋼冶煉時(shí)間為155min左右,冶煉電耗483kWh/t。

        與傳統(tǒng)煉鋼方法相比,熱裝工藝配電制度的變化主要表現(xiàn)熔化期及氧化期??刂迫刍陔妷?、電流,使熔化期相對(duì)延長(zhǎng),增加熔化期脫碳量,保證化料過(guò)程中的熔池溫度。熔清時(shí),鋼液溫度較高,短時(shí)升溫即可滿足氧化期脫碳要求,減少了氧化期脫碳量和脫碳時(shí)間,這樣降低了電弧爐熔煉過(guò)程中的熱量損失,充分發(fā)揮了熱裝工藝在氧化期吹氧脫碳升溫化料的長(zhǎng)處。

        3.經(jīng)濟(jì)效益

        電爐熱裝工藝最明顯的效益是降低電耗 。但其降低電耗的效果與多種因素有關(guān),例如:鐵水加入方法、電爐容量大小、爐料的組成、爐料預(yù)熱情況等。一般認(rèn)為每增加1%的鐵水,噸鋼可節(jié)電3~4kWh。

        熱裝工藝除降低電耗外,還有多種效益,如:

        (1)縮短冶煉周期,提高生產(chǎn)率,提高產(chǎn)量,在實(shí)驗(yàn)型180kVA直流電弧爐上裝入10%~50%鐵水試驗(yàn)表明,每加入10%鐵水,可使冶煉時(shí)間縮短7%,電耗降低6%。

        (2)減少耐材、電極等各種消耗。

        (3)可稀釋劣質(zhì)廢鋼帶入的有害元素,減少殘余有害元素含量,提高產(chǎn)品質(zhì)量。

        (4)充分利用碳—氧反應(yīng),降低鋼水的氮含量,比利時(shí)Cockorill廠全廢鋼出鋼氮(7~8)×10-3%,熱裝35%鐵水出鋼氮低于4.5×10-3%。

        4.存在的問(wèn)題及解決辦法

        4.1廢氣除塵及排放問(wèn)題

        電爐熱裝工藝雖可節(jié)約能源,提高產(chǎn)量和質(zhì)量,但由于脫碳量加大,脫碳速度加快,要產(chǎn)生大量的過(guò)程氣體(主要是CO)。在有二次燃燒或廢鋼預(yù)熱設(shè)備的工廠,可充分利用這些廢氣,進(jìn)一步發(fā)揮二次燃燒或(和)廢鋼預(yù)熱的作用,強(qiáng)化余熱利用。在沒(méi)有二次燃燒和(或)廢鋼預(yù)熱的工廠,勢(shì)必要增加環(huán)境污染,即使原來(lái)有除塵裝置的電爐,想利用原裝置來(lái)排除所有過(guò)程氣體,恐怕也會(huì)顯得能力不足。

        如何處理電爐熱裝工藝過(guò)程中產(chǎn)生的多余氣體,Lcor公司Pretoria廠利用成本—效益法,很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。對(duì)于成功使用鐵水煉鋼工藝具有廣泛的借鑒作用。

        該廠現(xiàn)有125t電弧爐兩座,使用Corex設(shè)備年產(chǎn)鐵水30萬(wàn)t,取代了原有高爐,電弧爐最多裝入50%鐵水。鐵水平均含碳量為4.5%。由于碳的氧化,在煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生大量廢氣。原車間的廢氣排放系統(tǒng)是為采用100%廢鋼設(shè)計(jì)的,改用鐵水/廢鋼混合料后,原排放系統(tǒng)來(lái)不及排放這些氣體,而且由于廢氣溫度過(guò)高(150℃),使濾袋器無(wú)法工作。

        Ppetoria廠重新設(shè)計(jì)了廢氣管道,采用下列措施,較好地解決了加入鐵水后廢氣過(guò)量和環(huán)境污染問(wèn)題:

        (1)使用大功率風(fēng)扇,安裝固定的廢氣排放系統(tǒng),保證壓力維持在7KPa左右。

        (2)不但對(duì)現(xiàn)有的主要除塵設(shè)備進(jìn)行改造,而且再投資安裝新風(fēng)扇,加大排放管道直徑。

        (3)對(duì)彎頭、大小頭、過(guò)濾器管道等具有較大阻力的管道進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和安裝。

        Pretoria廠采用100%廢鋼,生產(chǎn)率為45t/h,加入50%鐵水后,生產(chǎn)率提高到72t/h。

        4.2鐵水來(lái)源問(wèn)題

        如何解決電爐鐵水的來(lái)源問(wèn)題也是國(guó)內(nèi)外采用熱裝工藝的電爐鋼廠迫切需要解決的課題。目前,有以下幾種方法供電爐用鐵水:

        (1)應(yīng)用現(xiàn)有的高爐鐵水。

        (2)與轉(zhuǎn)爐統(tǒng)籌安排,擠出鐵水供電爐使用。

        (3)有條件的地方計(jì)劃上小高爐,專為電爐供鐵水。

        近年來(lái),國(guó)外有些短流程鋼廠已開(kāi)發(fā)出專供電爐熱裝鐵水的新工藝。典型工藝有以下兩種:

        (1)Fastmet直接還原+DRI預(yù)熔器鐵水生產(chǎn)工藝。

        (2)新型豎爐工藝。

        根據(jù)國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),電弧爐熱裝工藝主要適合于中小型普通功率電弧爐,也可用于高功率、超高功率大型電弧爐,但前者效果更為明顯。我國(guó)電爐裝備的特點(diǎn)是數(shù)量多,容量小,比功率低,工藝設(shè)備較落后,目前全國(guó)有電爐1400多座,大多數(shù)為中小型普通功率電弧爐,公稱容量3t以下的電弧爐要占50%左右。對(duì)于這些小型電爐,應(yīng)結(jié)合其設(shè)備及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的具體情況,有條件的要積極應(yīng)用熱裝工藝,暫時(shí)沒(méi)有條件的要?jiǎng)?chuàng)造條件,加強(qiáng)電弧爐—精煉爐—連鑄三位一體工藝的進(jìn)一步配合。隨著電弧爐熱裝工藝的進(jìn)一步推廣和成熟,電弧爐除保留固有的特點(diǎn)外,逐步吸收轉(zhuǎn)爐煉鋼的長(zhǎng)處,電爐轉(zhuǎn)爐化的日子不會(huì)太遠(yuǎn)。

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