以海綿鐵為原料的電弧爐煉鋼的趨勢

    20世紀50年代以來,為了滿足高純凈度鋼種生產的需要,工業化國家開始把海綿鐵(DRI/HBI)作為廢鋼的高質量替代物,用于電弧爐煉鋼。以海綿鐵為原料的電弧爐煉鋼,表現出以下幾方面特點:
    1、海綿鐵含有較高的C,在熔清期間所釋放的CO形成了泡沫渣,于是可能經常出現單位時間內CO氣體的臨界值超過熔池表面張力所允許的范圍,形成大沸騰,造成相當的鐵損;
    2、海綿鐵含較高的脈石,在煉鋼過程中產生較大渣量;
    3、海綿鐵比重較小,在加入電弧爐的過程中很容易浮在熔池表面,形成“冰山現象”。20世紀70年代以來,以海綿鐵為原料的煉鋼工藝有所發展,但由于上述特點,尤其是“冰山現象”的存在,限制了海綿鐵的加入量,并使出鋼到出鋼時間延長至約2h以上,電耗也大于以廢鋼為原料的電弧爐煉鋼,諸項技術經濟指標不能令人滿意。
    20世紀90年代以后,直至本世紀初以來,用戶對高質量產品的需求迅速增長。隨著超高功率電弧爐技術的迅速發展,以及多種相關技術的應用,電弧爐煉鋼穩步增長。由于廢鋼的短缺,使電弧爐煉鋼對廢鋼替代品的需求量不斷增加;而對高質量鋼種的需求,使電弧爐煉鋼對降低原材料有害殘留元素的要求大為提高。這些因素導致對海綿鐵需求增加,同時以海綿鐵為原料的電弧爐煉鋼工藝獲得了長足的進步。目前海綿鐵的加入比可以按需要而定,最高為100%。出鋼到出鋼時間已經縮短到1h以內。電耗降低到電弧爐煉鋼的先進水平。各項技術經濟指標也達到了高標準。
    總之,電弧爐煉鋼工藝對海綿鐵需求量的增加,促使海綿鐵生產工藝不斷進步,產量不斷提高。2002年以來,全球海綿鐵產量已經增長了近50% ,并呈繼續增長態勢。據報道, 2006年世界海綿鐵產量為5979萬t, 2007年同比增長12% ,達到6722萬t。2007年許多新建產能在中東、印度和俄羅斯投產。印度仍然是最大的海綿鐵生產國,產量達1900萬t,其中70%是采用煤基回轉窯生產的;委內瑞拉的產量居世界第二,產量為770萬t。目前世界上有7座Midrex爐、4座采用HYLSA/Energiron技術的設備正在建設中,這兩種工藝均為天然氣基直接還原工藝,還有100座產能為2.5～5萬t的回轉窯將在印度建造。
    我國從1996年起粗鋼產量一直居世界第一,2007年粗鋼產量為4.9億t, 占世界總產量的36%以上,而我國的海綿鐵生產還處于起步階段,生產能力滯后,遠遠不能滿足需求。2007年我國海綿鐵的產量僅為50萬t, 不到世界產量的1.0%。據不完全統計, 2002年我國從國外進口海綿鐵130萬t, 2007年進口量達320萬t。
    1992年我國引進國外先進技術和工藝設備,在天津建成年產30萬t規模的海綿鐵廠,與天津鋼管公司煉鋼廠容量為150t/100MVA的超高功率電弧爐配套,以一定比例海綿鐵作為電弧爐煉鋼的原料。天津鋼管公司150t超高功率電弧爐的生產實踐表明,海綿鐵的確是電弧爐煉鋼的一種優質爐料,在電弧爐煉鋼過程中,從0～100%的使用量都是可行的,不過要獲得好的操作結果,必須使用正確的加入方法、合適的加入速度,以及對熔池溫度、爐渣堿度、碳粉噴入量等諸方面的精確控制。
    另外,東北的撫順特鋼、哈爾濱東方海綿鐵廠等也已形成海綿鐵的規模生產,海綿鐵已在這些廠家以及第一重機廠用于大生產,作為廢鋼的替代爐料,無論對產品質量,還是對電弧爐煉鋼的成本,均能滿足電弧爐煉鋼生產的需要。
    迄今為止,我國以海綿鐵為原料的電弧爐煉鋼工藝還不普遍,試驗和生產過程中出現渣量大、“冰山現象”等,造成出鋼到出鋼時間延長、電耗增加、石墨電極消耗增加,煉鋼工藝相當于Krupp公司20世紀70～80年代的水平。