以100低品质隧道窑直接还原铁为原料的电炉炼钢方法

摘要

本发明提供一种以100％低品质隧道窑直接还原铁为原料的电炉炼钢方法，它在电炉中加入直接还原铁，并按直接还原铁质量的1～1.5％计加入废电极，再按直接还原铁质量的2.5～3.5％计加入低S焦炭或无烟煤，按常规给电炉通电加热、吹氧助熔至炉内直接还原铁全部熔化，造渣脱P升温，合格后出钢，出钢后留钢留渣操作。有效克服隧道窑直接还原铁难熔化、渣量大，以及钢水熔池碳含量低等困难，实现电炉100％冶炼低品质隧道窑直接还原铁，有助于直接还原炼铁技术的推广。可向不具备实施传统钢铁流程条件的地区推广应用短流程非高炉炼铁技术，带动该区域经济的发展。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电炉炼钢方法，尤其是一种以100％低品质隧道窑直接还原铁为原料的电炉炼钢方法，属钢铁冶金技术领域。

技术背景

直接还原炼铁技术，是指铁矿石在低于熔化温度之下，还原成海绵铁的生产过程。它是未来炼铁技术的发展方向，也是国家产业政策鼓励和重点支持的重大技术创新项目之一。按照所使用的增炭剂分类，可以将直接还原炼铁技术分为：用还原性气体作为增炭剂的气基法，和用煤作为增炭剂的煤基法两大类。气基法主要以天然气作增炭剂，但在中国天然气资源比较匮乏，因而不适合推广使用气基法直接还原工艺，而应该结合我国的资源特点，开发应用具有自身特色的煤基法直接还原铁工艺。

煤基隧道窑生产直接还原铁的工艺又叫赫格纳斯煤基隧道窑还原法，是瑞典的赫格纳斯公司于20世纪初发明的。该工艺是：将铁精矿粉、煤粉增炭剂、石灰粉脱硫剂，按照一定的比例和装料方法分别装入还原反应罐中，之后将还原反应罐放在窑车上推入隧道窑中，加热至1150℃的温度还原55小时，得到金属化率≥90％的空心圆柱状直接还原铁块。隧道窑工艺首先应用于粉末冶金行业，并一直在这一行业占主导地位。近年来，我国将该工艺应用于炼钢直接还原铁领域并取得成功，这对缓解我国炼钢用废钢特别是优质废钢紧缺的矛盾具有重要意义。但由于工艺特点的影响，隧道窑直接还原铁几乎不含C(一般≤0.5％)，与用其它工艺生产的直接还原铁相比较，其含C量要低2～3个百分点，这样就造成隧道窑直接还原铁难于熔化，并使金属熔池碳含量降低等一系列工艺技术难题，因而难以在后序的炼钢工序中大量使用。另外，为减轻后序炼钢工艺的冶炼负荷，一般要求直接还原铁的TFe≥88％，SiO₂≤4.0％，即要求直接还原工艺所使用的铁原料的TFe≥67.5％，SiO₂≤3.0％，这样苛刻的要求一方面造成原料供应困难，另一方面造成直接还原铁成本居高不下，致使目前国内电炉炼钢厂配加直接还原铁的比例一般不超过30％。因此，在很大程度上限制了直接还原铁工艺的推广应用。

发明内容

针对短流程电炉炼钢工艺和隧道窑直接还原铁的固有特性，本发明提供一种以100％低品质隧道窑直接还原铁为原料的电炉炼钢方法，以满足短流程电炉炼钢生产要求。

本发明通过下列技术方案完成：一种以100％低品质隧道窑直接还原铁为原料的电炉炼钢方法，其特征在于经过下列工艺步骤：

A、将质量百分比为：TFe 83.3～87.5％、SiO₂ 6.6～9.8％、C≤0.2％的低品质直接还原铁加入电炉中，同时在电炉中，按直接还原铁质量的1～1.5％计加入废电极，再按直接还原铁质量的2.5～3.5％计，加入总质量的30％的低S增炭剂，按常规加入造渣剂石灰；

B、按常规给电炉通电加热、吹氧助熔至炉内直接还原铁熔化率达到85～95％之后再向电炉中加入与步骤A相同的直接还原铁，同时按直接还原铁质量的2.5～3.5％计，加入总质量的40％的低S增炭剂，按常规加入造渣剂石灰；

C、继续加热、吹氧助熔至炉内直接还原铁熔化率达到85～95％，之后向电炉中加入与步骤A相同的直接还原铁，同时按直接还原铁质量的2.5～3.5％计，加入总质量的30％的低S增炭剂，按常规加入造渣剂石灰；

D、继续加热、吹氧助熔至炉内直接还原铁熔化率达到85～95％时流部份渣，之后向电炉中加入剩余的直接还原铁，按常规加入造渣剂石灰；继续加热、吹氧助熔至炉内直接还原铁全部熔化，按二元碱度达到1.5的要求造渣脱P，升温→出钢，采取留钢留渣操作，在炉内留总质量的15～30％的钢水，以利下一炉的正常冶炼。

所述低S增炭剂为S≤0.4％的焦炭或无烟煤。

所述步骤D的直接还原铁的加入次数至少为一次，具体次数视电炉炼钢按钢种配料工艺要求确定碎电极、焦炭的装入量。

本发明的技术关键在于：

A、由于隧道窑直接还原铁含C量低，达不到炼钢工艺要求，故而要在电炉冶炼过程中采用配加废电极、低S增炭剂(S≤0.4％)的方式向金属熔池增C，使碳的回收率达25～60％。

B、为克服隧道窑直接还原铁密度低、熔化困难的问题，电炉冶炼过程中采取分次加料进行的冶炼方式。一次进料加入全部废电极，总量的30％的低S增炭剂，直接还原铁及造渣剂石灰；二次进料加入总量的40％的低S增炭剂，直接还原铁及造渣剂石灰；三次进料加入总量的30％的低S增炭剂，直接还原铁及造渣剂石灰，之后的进料仅加入直接还原铁及造渣剂石灰。从而保证直接还原铁正常的熔化速度、造渣冶炼的进行。

C、为克服隧道窑直接还原铁中SiO₂含量偏高，冶炼渣量大的问题，在3次进料前先流渣，减少渣量，从而保证直接还原铁的正常熔化速度、造渣冶炼的进行。

D、结合隧道窑直接还原铁中不含Si、Mn等发热元素，渣量大、FeO含量高的特点，电炉采用留钢留渣操作方式，以加快下一炉钢的冶炼速度。

本发明具有下列优点和效果：采用上述方案，可有效克服隧道窑直接还原铁难熔化、渣量大，以及钢水熔池碳含量低等困难，实现电炉100％冶炼低品质隧道窑直接还原铁，此外，还具有下列优点：

1、在电力条件允许的区域地区，可以实现电炉100％冶炼低品质隧道窑直接还原铁，生产出优质钢坯，开发高附加值钢种使用，创造良好的经济效益。

2、成熟的隧道窑直接还原铁生产工艺与电炉炼钢短流程工艺相结合，形成有效的直接还原铁→电炉短流程炼钢工艺，可以有效克服直接还原铁TFe低、杂质含量高带来的难熔化、渣量大、电耗高等不足，实现100％直接还原铁电炉短流程炼钢工艺，有助于直接还原炼铁技术的推广。

3、电炉100％冶炼低品质隧道窑直接还原铁的工艺流程，不但有利于综合利用普通品位铁矿石以及其它含铁原料，而且可以向不具备实施传统钢铁流程条件的地区输出短流程非高炉炼铁技术，带动该区域经济的发展。

具体实施方式

下面通过实例对本发明做进一步描述。

实施例1

A、将TFe含量为62.5％、SiO₂含量为7.5％的铁精矿送入常规隧道窑中，加热至1150℃，并在此温度条件下还原55小时，得到：TFe为83.3％，SiO₂为9.80％，C含量为0.18％，S含量为0.071％的直接还原铁12吨，其金属化率为95.87％；

B、将步骤A所得12吨直接还原铁平均分四份，每份3吨，按直接还原铁12吨的1％和3％计，分别备足废电极12000×1％＝120kg和S含量为0.4％的低S焦炭12000×3％＝360kg；

C、将3吨直接还原铁、120kg废电极、108kg低S焦炭、100kg造渣剂石灰投入3t电炉中，按常规给电炉通电加热、吹氧助熔至炉内直接还原铁熔化率达到85％，之后再向电炉中加入与步骤A相同的直接还原铁3吨，同时加入与步骤A相同的低S焦炭144kg和100kg造渣剂石灰；

D、继续加热、吹氧助熔至炉内直接还原铁熔化率达到85％，之后向电炉中加入与步骤A相同的直接还原铁3吨，同时加入与步骤A相同的低S焦炭108kg和80kg造渣剂石灰；

E、继续加热、吹氧助熔至炉内直接还原铁熔化率达到85％，流渣之后向电炉中加入与步骤A相同的直接还原铁3吨，以及100kg造渣剂石灰；继续加热、吹氧助熔熔化并流渣，直至炉内直接还原铁全部熔化，按二元碱度达到1.5的要求造渣脱P，达到合格的Q235粗钢水后还原精炼出钢；出钢后在炉内留1吨钢水(由于试验型小电炉只具备留钢操作工艺条件)，以利下一炉钢的正常冶炼。

本实施例1的平均吨钢冶炼电耗为825kwh，直接还原铁消耗为1480kg/t，在条件适宜的情况下，可以获取较好经济效益。

实施例2

A、将TFe含量为65.5％、SiO₂含量为5.1％的铁精矿送入常规隧道窑中，加热至1150℃，并在此温度下还原55小时，得到：其质量情况为：TFe为87.52％，SiO₂为6.61％，C含量为0.20％，S含量为0.015％的直接还原铁38吨，其金属化率为92.07％；

B、将步骤A所得38吨直接还原铁平均分四份，每份9.5吨，按直接还原铁38吨的1.5％和3.5％计，分别备足废电极38000×1.5％＝570kg和S含量为0.48％的低S无烟煤38000×3.5％＝1330kg；

C、将9.5吨直接还原铁、570kg废电极、399kg低S无烟煤、300kg造渣剂石灰投入30t电炉中，按常规给电炉通电加热、吹氧助熔至炉内直接还原铁熔化率达到85％，之后再向电炉中加入与步骤A相同的直接还原铁9.5吨，同时加入与步骤A相同的低S无烟煤532kg和300kg造渣剂石灰；

D、继续加热、吹氧助熔至炉内直接还原铁熔化率达到85％，之后向电炉中加入与步骤A相同的直接还原铁9.5吨，同时加入与步骤A相同的低S无烟煤矿399kg和300kg造渣剂石灰；

E、继续加热、吹氧助熔至炉内直接还原铁熔化率达到85％，流渣之后向电炉中加入与步骤A相同的直接还原铁9.5吨，以及300kg造渣剂石灰；继续加热、吹氧助熔至炉内直接还原铁全部熔化，按二元碱度达到1.5的要求造渣脱P，达到合格的Q235粗钢水后还原精炼出钢；出钢后在炉内留有3.5～4吨钢水和冶炼熔渣，以利下一炉钢的正常冶炼。

本实施例2的平均吨钢冶炼电耗为785kwh，直接还原铁消耗为1.38t/t，在条件适宜的情况下，可以获取较好经济效益。