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2022

直接還原鐵在煉鋼中的應用

關鍵詞:

DRI

來源：公司內部

在全球范圍內煉鋼都存在廢鋼短缺的問題，由于中國國內廢鋼自給量較少，可得到的廢鋼質量也不穩定，因此有必要尋找廢鋼的替代品。直接還原鐵(DRI)作為一種煉鋼原料已經有多年歷史，在國內正逐漸得到應用。

1. DRI的性能

作為煉鋼原料，DRI與廢鋼相比主要性能如下所示：

	DRI	廢鋼
成分穩定性	穩定	波動
雜質含量	非常低	高
脈石含量	含有	很少
碳含量	中	低
氣孔率	多孔	無

可以看出DRI是一種優質的煉鋼原料，只有脈石含量高會導致能耗較高，此外，煉鋼爐必須適合處理大渣量，由于導熱性差DRI理想的熔煉工藝應具有高溫熱源，如電弧爐和轉爐，以使在DRI及其周圍區域保持高溫。

DRI可以是球狀，團狀（海綿鐵）或塊狀（CDRI或HBI）,通常其物理性質如下：

	球團	海綿鐵	CDRI	HBI
粒度（mm）	8-16	6-40	37x45x24	30x55x106
氣孔率（%）	52	49	24	24
體積密度（t/m³）	1.8	2.0	2.6	2.8

DRI的化學成分對冶煉過程非常重要，應盡可能接近廢鋼，DRI的化學成分如下，該成分可能因不同的原料和生產工藝而不同。

全鐵（TFe） 92%

金屬鐵 83%

碳含量 0.25~1.0%

硫含量 0.025%max

磷含量 0.06%max

SiO₂2-3%

適合煉鋼的高質量DRI性能應是：

盡可能高的金屬化率（最好大于85%）
二氧化硅含量應盡可能低
DRI比重應大于3.5t/ m³,最好在5.5 t/ m³左右，體積密度影大于1.8 t/ m³，由于粒度小于3mm的小顆粒易懸浮在渣中，難以熔化，因此含量越少越好.

2. DRI在電爐煉鋼中的應用

采用DRI作為煉鋼原料具有如下優點：

成分穩定、雜質含量低，特別是硫含量低
熔化迅速
便于管理，運輸方便
可以實現連續加料

在理論上，DRI替代廢鋼比例可以達到100%，加入量少時可以由廢鋼料斗進料，加入量大時采用連續加料系統非常便利，目前電爐煉鋼應用DRI已取得如下進展：

① 提高了電爐生產率，由于DRI中硫、磷含量低，減少了電爐精煉時間。此外，由于能實現連續進料，減少了加料時間，熔化速度加快。

② 能生產優質鋼，因為廢鋼中雜質很多，在電爐中采用100%廢鋼生產優質鋼是困難的，但DRI中雜質含量很低，可以在電爐中生產出像深沖、超深沖等鋼號的鋼材。

③ 由于DRI成分穩定，可減小鋼成份出格的爐次，特別是生產低碳鋼時。

④ 減少電極斷裂，降低了電極消耗。

然而，與熔化廢鋼相比，在電爐中熔化DRI電耗有所增加。增加的電耗消耗于還原殘留的氧化鐵和DRI中的脈石熔化及成渣，與鐵分離。觀察還發現，當原料中DRI比例超過20%時，增加的電耗將維持不變。應用DRI還將增加石灰的消耗和渣量，當采用為熔化廢鋼而設計的電爐熔化DRI時，爐襯耐材壽命將有所降低，為解決上述問題，應設計一種新型、連續加DRI爐料的電爐，該電爐具有如下特征：

① 增加爐殼直徑；

② 減小電極極心圓直徑，或采用傾斜電極柱方法；

③ 使用水冷爐壁代替耐火材料；

④ 在熔化期，采用低功率因數，短弧操作方式，以及與此對應、變壓器合適的輸出電流，母線導管，撓性電纜以及電極；

⑤ 為爐子選擇備用的低電抗；

⑥ 在泡沫渣下熔煉，覆蓋電弧。

生產實踐表明，在電爐爐料中可配加高達30%的海綿鐵而沒有任何操作問題，但配料比例更高時，可能導致爐內結瘤。這表明DRI100%代替廢鋼還有困難。

3. DRI在氧氣轉爐煉鋼中的應用

在氧氣轉爐煉鋼中廢鋼是做為冷卻劑，隨著返回廢鋼量的減少，需要尋找其它類型冷卻劑以替代廢鋼，通常有兩種選擇方案：

使用鐵礦石或石灰石
使用DRI

采用DRI作為冷卻劑具有以下優點：

① 相對純凈，雜質較少

② 價格穩定

③ 與使用鐵礦石和石灰石相比，鋼液的回收率較高。

從理論上講，氧氣轉爐煉鋼中連續加入DRI是很適合的，因為氧氣轉爐能提供熔化DRI所需要的非常集中的熱量，因此DRI熔化迅速，在爐內氧化性氣氛中停留時間很短，在氧氣轉爐中應用DRI已經取得如下進展：

① 可生產低硫牌號鋼，如電工用鋼

② 因降低了爐渣溫度以及消除了加重廢鋼對爐襯的機械沖擊，而提高了爐襯使用壽命。

③ 當加入DRI比例高時，縮短了通過料斗的加料時間，從而減少了每爐鋼冶煉時間

氧氣轉爐中DRI進料方式可以通過廢鋼料斗（分批進料），也可通過高位料倉連續加料，采用后者具有如下優點：

① 由于可以在吹煉過程中進料，因此DRI熔化速度更快

② 通過調整進料速度，吹煉過程可隨時達到熱平衡，因此爐內溫度更容易控制。

③ 降低了渣中FeO含量，因而吹煉時噴濺減少，鋼液回收率提高

與海綿鐵相比，HBI或CDRI具有明顯的優點。某鋼廠試驗結果如下：

① 鋼水回收率降低1%

② 鐵水單耗增加11kg/t

③ 石灰單耗增加6kg/t

④ 作為廢鋼替代物，HBI用量可達到廢鋼量的32%，并不存在任何操作問題

根據試驗結果，可以估計在不影響轉爐操作的前提下，可用DRI來替代30%的廢鋼，如想使用更高比例的DRI必須采取如下措施：

① RI具有更高的金屬化率

② 采用DRI連續加料系統

③ 增加川路的噸鋼體積比

④ 增加渣處理設備

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