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05

2024

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01

影响电弧炉炼钢能耗的5个因素

关键词:

电弧炉,直接还原铁

来源:公司内部


1. 金属化率和w(FeO)

国际上电弧炉采用直接还原铁的金属化率一般>90%。直接还原铁的熔化使得能量消耗增加,同时就直接还原铁看,金属化率越低,则w(FeO)越高,而FeO的还原反应是吸热反应,在炼钢温度时,还原1tFeO需消耗电约800kWh。不同金属化率对直接还原铁熔化电耗的影响如图1所示。由图1可以看出,随着金属化率的增加,冶炼电耗逐渐降低。当原料全部采用直接还原铁时,冶炼电耗近似线性变化,金属化率每降1%,冶炼电耗增加约9kWh/t。当原料采用65%直接还原铁,金属化率>90%时,金属化率每降1%,电耗增加约8kWh/t,而金属化率继续降低时,则电耗显著增加。

 

1 金属化率对直接还原铁熔化电耗的影响

 

2. 脉石含量和碱度

直接还原铁的脉石含量(SiO2+Al2O3)≤10%。一般电弧炉采用直接还原铁的SiO2含量应控制不高于6%。脉石的含量和碱度不仅决定冶炼过程造渣料的加入量,也影响着最终渣量,进而影响冶炼能耗。脉石含量和碱度对冶炼1t钢液所需能耗的影响如图2所示。其中,冶炼终渣取碱度为2,渣中w(FeO)为20%,直接还原铁w(C)为1.2%。可见,直接还原铁中脉石含量和碱度对能量消耗影响显著。w(SiO2)越高,则电耗越高,而为了保持熔渣碱度,加入炉内的生石灰等熔剂也相应增加,这样就导致渣量的增加,而熔化1t钢渣至1600℃耗电约530kWh,且SiO2和锻烧后的生石灰熔化都需耗能。研究表明,每增加1%直接还原铁的量要增加熔剂量1kg/t。而在将熔渣碱度由2.0降低至1.4~1.7时,渣量可以实现一定程度的减少,铁损降低,电耗降低8~17kWh/t。有实验表明,当连续加料10%~30%直接还原铁时,与全废钢相比能耗降低,原因在于直接还原铁必须是优质且脉石含量较低(金属化率≥94%,脉石含量≤3%),而直接还原铁超过30%,能耗会增加。

 

图2    脉石含量和碱度对冶炼 1t钢液所需能耗的影响

 

3. 直接还原铁中P和S含量(质量分数)

直接还原铁的P和S不超过0.1%和0.04%。钢的等级不同,出钢时P和S的要求也不同。钢中的P、S一般低于0.03%,一些优质钢要求低于0.015%,甚至更低。脱P需造氧化渣,如果过程中渣的FeO含量一定,要降低P含量,则必须加入更多生石灰,这也导致了电耗的增加和收得率的降低。而脱S需造还原渣,而电弧炉炼钢是典型的碱性氧化渣,当加入的生石灰在去除部分S时,不但不会再产生效果,还会增加电耗。因此,为了降低能耗,脱磷在电弧炉中,而脱硫应在钢包炉中进行。

 

4. 直接还原铁中C含量(质量分数)

根据工艺的不同,直接还原铁C约为1%~4.5%。直接还原铁中含有较高的C,能与其中剩余的氧化物发生化学反应,产生的气体使炉渣泡沫化,采用大电压长弧操作有利于降低电耗。此外,熔池中碳氧反应是放热反应,若在适宜的吹氧量的范围,每增加1m3的氧气(标准态),电耗将降低2~4kWh。

 

5. 直接还原铁的热装

为降低电弧炉炼钢的能耗,直接还原铁热装热送技术备受关注,但需要注意氧化的问题,可以将热直接还原铁通过密封系统直接送入电弧炉内。通常直接还原铁热装热送温度在500~700℃,在气基竖炉-电弧炉的热装热送方式上主要有Hytemp气动输送系统、Hotlink热连接方式等。气基竖炉生产的直接还原铁可以实现热出料,并通过热装加入电弧炉冶炼。基于相关统计数据,不同热态直接还原铁比例和温度对节电的影响如图3所示。墨西哥Hylsa公司采用直接还原铁650℃热装,同冷态炉料相比,电耗大大降低。当加入70%时,可实现节电112kWh/t钢,缩短冶炼时间20min。当将100%直接还原铁加入电弧炉中后,每吨钢可节电140kWh。普遍来看,热装直接还原铁每提升100℃,可节省20~30kWh。

 

3 热态直接还原铁比例和温度对节能的影响

 

综上,为降低电耗,应控制w[C]1%~4.5%、金属化率≥90%、w[SiO2]≤6%、w[P]≤0.1%、w[S]≤0.04%,使用高C、高金属化率、低SiO2、低P、低S和较高温度的热直接还原铁。

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