直接还原铁在炼钢中的应用

1、前言

在全球范围内炼钢都存在废钢短缺的问题，由于中国国内废钢自给量较少，可得到的废钢质量也不稳定，因此有必要寻找废钢的替代品。

直接还原铁(DRI)作为一种炼钢原料已经有多年历史，在国内正逐渐得到应用。

2、DRI的性能

作为炼钢原料，DRI与废钢相比主要性能如下所示：

     可以看出DRI是一种优质的炼钢原料，只有脉石含量高会导致能耗较高，此外，炼钢炉必须适合处理大渣量，由于导热性差DRI理想的熔炼工艺应具有高温热源，如电弧炉和转炉，以使在DRI及其周围区域保持高温。

DRI可以是球状，团状（海绵铁）或块状（CDRI或HBI）,通常其物理性质如下：

      DRI的化学成分对冶炼过程非常重要，应尽可能接近废钢，DRI的化学成分如下，该成分可能因不同的原料和生产工艺而不同。

    全铁 （TFe）  92%

      金属铁         83%

      碳含量         0.25~1.0%

      硫含量        0.025%max

      磷含量        0.06%max

     SiO₂            2-3%

    适合炼钢的高质量DRI性能应是：

   (1)尽可能高的金属化率（大于85%）；

  （2）二氧化硅含量应尽可能低

 （3）DRI比重应大于3.5t/ m³,在5.5 t/ m³左右，体积密度影大于1.8 t/ m³，由于粒度小于3mm的小颗粒易悬浮在渣中，难以熔化，因此含量越少越好。

    1、DRI在电炉炼钢中的应用

    采用DRI作为炼钢原料具有如下优点：

   （1）成分稳定、杂质含量低，特别是硫含量低

  （2）熔化迅速；

  （3）便于管理，运输方便；

  （4）可以实现连续加料

    在理论上,DRI替代废钢比例可以达到100%，加入量少时可以由废钢料斗进料，加入量大时采用连续加料系统非常便利，目前电炉炼钢应用DRI已取得如下进展：

  （1）提高了电炉生产率，由于DRI中硫、磷含量低，减少了电炉精炼时间。此外，由于能实现连续进料，减少了加料时间，熔化速度加快。

  （2）能生产优质钢，因为废钢中杂质很多，在电炉中采用100%废钢生产优质钢是困难的，但DRI中杂质含量很低，可以在电炉中生产出像深冲、超深冲等钢号的钢材。

  （3）由于DRI成分稳定，可减小钢成份出格的炉次，特别是生产低碳钢时。

  （4）减少电极断裂，降低了电极消耗。

     然而，与熔化废钢相比，在电炉中熔化DRI电耗有所增加。增加的电耗消耗于还原残留的氧化铁和DRI中的脉石熔化及成渣，与铁分离。观察还发现，当原料中DRI比例超过20%时，增加的电耗将维持不变。应用DRI还将增加石灰的消耗和渣量，当采用为熔化废钢而设计的电炉熔化DRI时，炉衬耐材寿命将有所降低，为解决上述问题，应设计一种新型、连续加DRI炉料的电炉，该电炉具有如下特征：

  （1）增加炉壳直径；

 （2）减小电极极心园直径，或采用倾斜电极柱方法；

 （3）使用水冷炉壁代替耐火材料；

 （4）在熔化期，采用低功率因数，短弧操作方式，以及与此对应、变压器合适的输出电流，母线导管，挠性电缆以及电极；

 （5）为炉子选择备用的低电抗；

 （6）在泡沫渣下熔炼，覆盖电弧。

    生产实践表明，在电炉炉料中可配加高达30%的海绵铁而没有任何操作问题，但配料比例更高时，可能导致炉内结瘤。这表明DRI100%代替废钢还有困难。

2、DRI在氧气转炉炼钢中的应用

    在氧气转炉炼钢中废钢是做为冷却剂，随着返回废钢量的减少，需要寻找其它类型冷却剂以替代废钢，通常有两种选择方案：

  （1）使用铁矿石或石灰石

  （2）使用DRI

  采用DRI作为冷却剂具有以下优点：

 （1）相对纯净，杂质较少

 （2）价格稳定

 （3）与使用铁矿石和石灰石相比，钢液的回收率较高。

   从理论上讲，氧气转炉炼钢中连续加入DRI是很适合的，因为氧气转炉能提供熔化DRI所需要的非常集中的热量，因此DRI熔化迅速，在炉内氧化性气氛中停留时间很短，在氧气转炉中应用DRI已经取得如下进展。

 （1）可生产低硫牌号钢，如电工用钢

 （2）因降低了炉渣温度以及消除了加重废钢对炉衬的机械冲击，而提高了炉衬使用寿命

 （3） 当加入DRI比例高时，缩短了通过料斗的加料时间，从而减少了每炉钢冶炼时间

  氧气转炉中DRI进料方式可以通过废钢料斗（分批进料），也可通过高位料仓连续加料，采用后者具有如下优点：

   （1）由于可以在吹炼过程中进料，因此DRI熔化速度更快

   （2）通过调整进料速度，吹炼过程可随时达到热平衡，因此炉内温度更容易控制。

   （3）降低了渣中FeO含量，因而吹炼时喷溅减少，钢液回收率提高

    与海绵铁相比，HBI或CDRI具有明显的优点。某钢厂试验结果如下：

   （1）钢水回收率降低1%

   （2）铁水单耗增加11kg/t

   （3）石灰单耗增加6kg/t

   （4）作为废钢替代物，HBI用量可达到废钢量的32%，并不存在任何操作问题

    根据试验结果，可以估计在不影响转炉操作的前提下，可用DRI来替代30%的废钢，如想使用更高比例的DRI必须采取如下措施：

   （1）DRI具有更高的金属化率

   （2）采用DRI连续加料系统

   （3）增加川路的吨钢体积比

    （4）增加渣处理设备