直接还原铁在电炉特钢冶炼中的生产实践

摘要： 本文针对直接还原铁在电炉特钢冶炼生产中对钢水收得率及残余元素的影响进行试验研究。试验结果表明：采用直接还原铁替代部分废钢冶炼特钢时， 钢水收得率稳定；直接还原铁成分比较纯净，可以有效稀释钢水中的残余元素，显著改善了钢水质量。

关键词：直接还原铁；回收率；残余元素

1 引言

中信重工拥有国内最先进的超高功率电弧炉和与之配套的精炼炉。电炉炼钢质量主要取决于原材料，包括钢铁料、造渣材料、铁合金等。用户对高质量产品的需求迅速增长，使得电炉炼钢对降低原材料有害残余元素的要求越来越严格。我厂使用的原材料大多是锻造和机加工下来的返回废钢，返回废钢的长期循环利用，导致各种残余元素富集，已经很难满足高质量产品对钢水的质量要求。并且外购废钢匮乏，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日益增长［１］。直接还原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。在目前优质废钢供应日益紧张的情况下，作为废钢替代品的直接还原铁用在电弧炉炼钢生产中，能起到稀释有害残余元素和显著改善钢水质量的作用［２］。

２ 直接还原铁试验方案

炼钢的主体设备为电弧炉，炉外精炼为ＬＦ 炉，电炉采用废钢—生铁冷装法冶炼钢水。炉料中废钢和钢屑所占比例为80-90％，生铁为10-20％。生产钢种多为髙附加值合金钢，品种近300种。

此次中信重工重型铸锻厂50ｔ电炉试用的为Ｈ94直接还原铁，共采集２５ 炉数据，前５炉为试用直接还原铁炉次，后续20 炉正常炉次作为对比炉次。根据所采集数据，分析计算直接还原铁对钢水回收率以及残余元素的影响［３］。

３ 钢水及直接还原铁回收率

3.1钢水回收率

3.1.1对比炉次钢水回收率

对比炉次是连续的20炉，总物料明细如表１所示。

由表１ 可以计算出总回收率＝ 总钢水／总料量［２］＝87.3 ％。另外，根据车间实际操作经验知道钢屑回收率为80％， 可推算出50ｔ电炉现阶段重料（ 生铁、废钢、料头） 的实际回收率＝（总钢水－钢屑料重ｘ80％ ）／重料量［２］＝89.7 ％。

3.1.2 试验炉次钢水回收率

试验炉次的单炉物料明细如表２所示。

由表２ 数据可知，试验炉次钢水回收率较为稳定，钢水回收率加权平均值为87.475％，与对比炉次钢水回收率87.3 ％基本相当。

生产实践表明，采用合适的装料方式以及布料顺序，采取合理的操作方式， 电炉炼钢采用直接还原铁代替部分废钢可以保证钢水回收率稳定。

3.2直接还原铁回收率

试验炉次为连续的５炉， 总物料明细如表３所示。

由表３可以计算总回收率＝总钢水／总料量＝87.5％。根据由对比炉次测算出来的重料的实际回收率89.7％，以及钢屑的回收率80％，可以计算出此次试验直接还原铁的回收率为90.1 ％。

４ 直接还原铁残余及对钢水残余的影响

试验炉次和对比炉次是连续开炉，两者所使用的钢屑、生铁、废钢和料头为同一批次，故各炉料组分残余元素含量维持在同一水平。

4.1直接还原铁残余元素含量

试验炉次炉料组成为生铁、钢屑、废钢、直接还原铁和余钢。对各炉料组分分别取样分析，确定残余元素含量，如表4所示。

根据物料明细及残余含量，计算出直接还原铁残余元素含量。对此批直接还原铁取样，送中心化验室通过光电耦合等离子体发射光谱仪分析残余含量。结果如表5所示。

由表5可知， 根据实际生产数据计算出的直接还原铁残余含量与取样分析结果基本相当，生产实践与分析结果相互印证，说明此批直接还原铁残余含量处于较低水平。其中Ｂｉ元素含量的差别较大，应是废钢、钢屑等偶然因素所致，但也处于较低水平。

4.2钢水残余元素

对比炉次与试验炉次钢水的残余元素含量平均值如表６所示， 并给出了对比炉次与实验炉次残余元素含量差值和降低比率。

从表６ 中数据可以看出试验炉次相对于对比炉次钢水残余元素含量有明显的降低。

我厂生产的转子、加氢与支承辊钢对残余元素含量要求严格，其中对残余元素最严格要求如表７ 所示。

直接还原铁本身纯净，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，能够满足我厂产品对原材料残余元素要求。

５ 结论

（1）试验炉次与对比炉次钢水回收率基本一致， 直接还原铁代替部分废钢能够保证钢水回收率的稳定。此次试验直接还原铁的回收率为90.1％。

（2）使用直接还原铁能显著降低钢水中Ｐｂ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｓ 等有害元素的含量，改善钢水质量。能够满足我厂转子、加氢与支承辊钢生产对原材料的要求。

参考文献

［１］ 马廷温．电炉炼钢学［Ｍ］，北京：冶金工业出版社，1990 ：83-124［２］李士琦，李伟立，刘仁刚，等．现代电弧炉冶炼［Ｍ］，原子能出版社， 1995 ：236-238．

［３］ 张玺，姚嘉斌，袁洁．海绵铁在转炉炼钢中使用效果分析［Ｊ］，甘肃冶金，2019（05） ．

注：本文转自2020年第五届钢锭与锻件生产与新工艺、新技术峰会论文集

作者为中信重工机械股份有限公司 王立 周沛沛 甄燕翔。