以海绵铁为原料的电弧炉炼钢的趋势

    20世纪50年代以来,为了满足高纯净度钢种生产的需要,工业化国家开始把海绵铁(DRI/HBI)作为废钢的高质量替代物,用于电弧炉炼钢。以海绵铁为原料的电弧炉炼钢,表现出以下几方面特点:
    1、海绵铁含有较高的C,在熔清期间所释放的CO形成了泡沫渣,于是可能经常出现单位时间内CO气体的临界值超过熔池表面张力所允许的范围,形成大沸腾,造成相当的铁损;
    2、海绵铁含较高的脉石,在炼钢过程中产生较大渣量;
    3、海绵铁比重较小,在加入电弧炉的过程中很容易浮在熔池表面,形成“冰山现象”。20世纪70年代以来,以海绵铁为原料的炼钢工艺有所发展,但由于上述特点,尤其是“冰山现象”的存在,限制了海绵铁的加入量,并使出钢到出钢时间延长至约2h以上,电耗也大于以废钢为原料的电弧炉炼钢,诸项技术经济指标不能令人满意。
    20世纪90年代以后,直至本世纪初以来,用户对高质量产品的需求迅速增长。随着超高功率电弧炉技术的迅速发展,以及多种相关技术的应用,电弧炉炼钢稳步增长。由于废钢的短缺,使电弧炉炼钢对废钢替代品的需求量不断增加;而对高质量钢种的需求,使电弧炉炼钢对降低原材料有害残留元素的要求大为提高。这些因素导致对海绵铁需求增加,同时以海绵铁为原料的电弧炉炼钢工艺获得了长足的进步。目前海绵铁的加入比可以按需要而定,最高为100%。出钢到出钢时间已经缩短到1h以内。电耗降低到电弧炉炼钢的先进水平。各项技术经济指标也达到了高标准。
    总之,电弧炉炼钢工艺对海绵铁需求量的增加,促使海绵铁生产工艺不断进步,产量不断提高。2002年以来,全球海绵铁产量已经增长了近50% ,并呈继续增长态势。据报道, 2006年世界海绵铁产量为5979万t, 2007年同比增长12% ,达到6722万t。2007年许多新建产能在中东、印度和俄罗斯投产。印度仍然是最大的海绵铁生产国,产量达1900万t,其中70%是采用煤基回转窑生产的;委内瑞拉的产量居世界第二,产量为770万t。目前世界上有7座Midrex炉、4座采用HYLSA/Energiron技术的设备正在建设中,这两种工艺均为天然气基直接还原工艺,还有100座产能为2.5～5万t的回转窑将在印度建造。
    我国从1996年起粗钢产量一直居世界第一,2007年粗钢产量为4.9亿t, 占世界总产量的36%以上,而我国的海绵铁生产还处于起步阶段,生产能力滞后,远远不能满足需求。2007年我国海绵铁的产量仅为50万t, 不到世界产量的1.0%。据不完全统计, 2002年我国从国外进口海绵铁130万t, 2007年进口量达320万t。
    1992年我国引进国外先进技术和工艺设备,在天津建成年产30万t规模的海绵铁厂,与天津钢管公司炼钢厂容量为150t/100MVA的超高功率电弧炉配套,以一定比例海绵铁作为电弧炉炼钢的原料。天津钢管公司150t超高功率电弧炉的生产实践表明,海绵铁的确是电弧炉炼钢的一种优质炉料,在电弧炉炼钢过程中,从0～100%的使用量都是可行的,不过要获得好的操作结果,必须使用正确的加入方法、合适的加入速度,以及对熔池温度、炉渣碱度、碳粉喷入量等诸方面的精确控制。
    另外,东北的抚顺特钢、哈尔滨东方海绵铁厂等也已形成海绵铁的规模生产,海绵铁已在这些厂家以及第一重机厂用于大生产,作为废钢的替代炉料,无论对产品质量,还是对电弧炉炼钢的成本,均能满足电弧炉炼钢生产的需要。
    迄今为止,我国以海绵铁为原料的电弧炉炼钢工艺还不普遍,试验和生产过程中出现渣量大、“冰山现象”等,造成出钢到出钢时间延长、电耗增加、石墨电极消耗增加,炼钢工艺相当于Krupp公司20世纪70～80年代的水平。