电弧炉炼钢用原辅材料

3电弧炉炼钢用原辅材料凡加入电弧炉（含感应炉和炉外精炼的钢包炉、VD/VOD炉）内直接参与炼钢冶金过程的物料统称为原材料。如废钢、生铁、铁水、铁合金、石灰、萤石、氧气等。生产中所指的原材料通常还包括辅助材料，即指那些虽不直接参与炉内反应，却是冶炼反应赖以正常有效地进行所必不可少的物质，如电极、耐火材料等。原材料是电弧炉炼钢的基础，没有好的原材料及现代的管理，要想炼出优质的、成本较低的钢是不可能的，国内外先进的炼钢厂无一不是特别注重原材料的优化与管理。我国炼钢行业过去曾对原材料供应与管理重视不够，对成品钢只就冶炼与浇注工艺而研究其质量，很多情况是欲速则不达。现在随着钢铁生产技术的发展，特别是对钢材质量的要求的不断提高，国内钢铁生产企业已认识到原材料对炼钢质量的重要性，这是我国钢铁工业赶超国际水平和新品研发的一个良好开端。对我公司来讲，生产油井管就必须重视炼钢原材料的供应与管理工作，以保证我公司的优质无缝钢管生产有一个可靠的坯料基础。3.1电弧炉炼钢原材料的分类电弧炉炼钢的原材料可分为两大类：金属料；非金属料。金属料：包括废钢、生铁、铁水、直接还原铁（DRI）、铁合金、铁矿石和氧化铁皮等。非金属料：包括造渣材料，如石灰、萤石、白云石、碳球（碳粉）、高铝钒土等；合成渣料，如脱硫剂，熔融合成精炼渣等；耐火材料，如炉底耐材、钢包耐材、中包耐材等；其它用途材料，如电极、增碳剂、保温剂、保护渣等。电弧炉炼钢的原材料按用途又可分为：金属料，氧化剂及造渣材料，还原剂，电极，耐火材料等。3.2金属料3.2.1废钢3.2.1.1废钢的种类及来源废钢是炼钢的主要金属料之一。电炉炼钢原料中，废钢用量约占60～100％。根据来源不同，废钢通常分为本厂返回废钢和社会购入废钢两类。返回废钢包括：炼钢车间的模铸汤道、注余、包底、连铸坯的头尾坯、锻轧废品、废钢材（坯）。返回废钢含锈及杂质较少，化学成份相近，收得率高，是炼钢优质原料，使用返回废钢可以大量回收贵重金属合金元素，减少贵重金属和铁合金消耗，节约电耗，降低成本，具有很大的经济意义。外购废钢包括废旧的机器、铁轨、军用及民用废钢、报废的轧辊、车船及其它设备等。这类废钢来源复杂、锈蚀程度不一，有害元素及杂质含量不易掌握，收得率波动较大。基于外购废钢的上述特点，国内外炼钢业目前都十分重视其对炼钢质量的影响。对于优质钢和特殊用钢(如石油管用钢)，在采用社会废钢作炼钢原料时，必须要慎重认真。不但要进行严格的化验分析、挑选、加工及管理，还应配有相应的原料纯净化措施（如配加直接还原铁、生铁或铁水），以稀释降低钢中不需要的残余元素和有害元素，如铜、五害元素（指Pb，Sn，As，Sb，Bi）等，保证钢的质量。3.2.1.2对废钢的质量要求为稳定生产，获得合格产品，对入炉废钢质量有一定的要求：1）有害元素含量要低废钢中不得含有各种对人员操作，设备安全运行及环境有害的物质，如放射性元素；对钢质量有害的元素，如Zn、Pb，Cu、Sn、As、Sb、P、S和所有轻金属、以及其它并非用作合金料的元素必须要尽量减少。⑴Zn、Pb在熔化期挥发，损坏腐蚀炉衬并且使废气中产生大量有毒物质，污染环境。⑵P、S元素不仅会使冶炼能耗增高，同时也是影响钢质量的有害元素。⑶Cu、Sn、As和Sb属于炼钢过程的“不氧化”元素，对钢的性能是大大有害的元素。鉴于废钢循环使用的原因，这些在炼钢中难以去除的元素在钢中的含量会不断增加。因此，任何时候都必须严格控制废钢中此类元素的含量。在非合金废钢中，对Cu、Sn的允许含量分别为0.15％和0.02％。国外冶金专家总结近四十年来钢材质量问题的经验教训，认识到Cu，Sn、As．Sb及P元素对冶炼一些关键钢种(如石油专用管．涡轮机主部件用钢)，其有害影响直接威胁产品使用的安全可靠性。由于这些元素在钢材中会在表面或沿内部晶界高倍富集，从而引发钢材表面的热脆裂纹、回火脆性倾向增长，高温蠕变强度和塑性下降；在含氢和碱性介质环境中的应力腐蚀门坎值下降。目前，国外在冶炼特殊用途钢种时，对上述元素都有特定的含量要求。国内研究人员也曾建议为确保在含有硫化氢的石油油井方面长期工作的石油专用管、井口设备部件的安全使用，钢材中杂质元素含量要求为：P≤0.020％；S≤0.005％；Sn＜0.010％；Sb＜0.010％；As＜0.010％。⑷Ni、Mo等难熔金属含量要低。2）特殊钢、不锈钢废钢要按化学成份分类储存各种特殊钢、不锈钢废钢及含有贵重金属的废钢（如Ni、Mo）必须有明确的钢号和化学成份，按级别和成份，对废钢必须严格按标准分类进行管理，不允许混放。3）废钢需具有合格的外形尺寸和单重轻薄料应打包或压块使用；重废应加工、切割成合格尺寸，以便顺利装料并保证在吹炼期全部熔化。4）清洁少锈废钢应清洁干燥、无锈或少锈、不含泥沙、冰雪、油污、耐火材料和混凝土及炉渣、油砂等杂质，必须将封闭容器、爆炸物和毒品挑出或处理，以保证安全、高效，低耗的生产秩序。5）各种重、轻废钢要有一定配比在对废钢分类时，注意将黑色金属成份、有色金属成份和非金属成份分离，以保证精确、合理地进行配料。对外形或单重过大的废钢，应进行解体和分割，以便顺利装料。重型废钢可用气割，轻型废钢可用大剪，气锤或气割来完成处理。对冲压废料、薄板、废钢片及类似等轻薄料，应打包或压块、减少装料次数。经处理合格的废钢、按不同种类分别装入料格，以平均成份作为配料依据。对合金返回废钢分类时，应特别注意贵重合金元素的含量或特殊钢、不锈钢的化学成份，存放时做好特别标记，以免配料时混杂给冶炼带来困难。向炼钢车间供应废钢按照炼钢厂技术部门的配料方案和生产计划表进行，按生产计划表注明的冶炼钢种和所对应的配料方案进行配料。此外，废钢料场和炼钢车间之间要保持稳定的联系，万一生产计划有变，废钢料场可给炼钢厂送去相应方案的废钢以保证生产的顺利进行。3.2.1.3废钢的检验以我公司为例说明废钢检验。1）废钢的检验标准⑴公司内部返回废钢免检，但有几何尺寸和单重的要求，详见表3.1。表3.1返回废钢规格要求类别单向尺寸(mm)重量（kg）备注铸余≦300≦500渣钢≦500≦500≧70%坯头≦300——管头≦500——其它对公司其它返回废钢铁料（未加工），按上述标准加工后使用。⑵各企业对外购废钢的检验标准各不相同，除执行国标外，分别有各自的企标。我公司执行的是Q/TGGB06-2006。分类要求见表3.2。表3.2废钢分类要求型号类别外形尺寸及重量要求重型废钢Ⅰ≦500*500mm厚度≧20mm单重≦500kg重型废钢Ⅱ≦500*500mm厚度≧10~20mm单重≦500kg中型废钢—≦400*400mm厚度4~10mm小型废钢—≦300*300mm厚度1.5~4mm轻薄料废钢—≦300*300mm长度≧100mm厚度≦1.5mm机铁—≦500*500mm单重5~400kg2）废钢的检验程序⑴外购废钢：需要经过废钢检判、现场处理和加工三个程序。废钢检判：负责扣除土杂、检查料型、确定废钢级别；废钢检判岗根据废钢质量保证书，对废钢的清洁、外形尺寸和单重用眼睛观察的方法检验，必要时可抽取试样对每批废钢进行抽查、复验。对废钢中的有色金属进行监控，根据废钢的实际情况，对于质量不合格的废钢采取降级、扣除部分重量、拒收。现场处理：负责捡出废钢中的大料、机铁、炸弹、密闭容器等；质量合格但单重和尺寸不合格的废钢进行加工处理，合格废钢按类存入料格内不得混类存放。加工：负责对不合格的废钢进行加工处理，采用人工分选、火焰切割、废钢打包、废钢剪切等处理手段，加工处理后的废钢最大尺寸为400×400×400mm3/块，监工处理合格的废钢分类存入废钢料格内。⑵返回废钢：包括炼钢的切头、切尾、注余、包底、锻轧废品、废钢材（坯）。由于返回废钢含锈及杂质较少，化学成分相近，收得率高，是炼钢优质原料，免验。使用返回废钢可以大量回收合金元素，减少贵重金属和铁合金消耗，节约电耗，降低成本。3.2.2生铁、铁水生铁或铁水的使用主要是满足入炉钢铁料的配碳和稀释废钢中的有害元素含量，同时使用铁水还可以有效地利用铁水的物理热，达到缩短冶炼周期，提高生产效率，节能降耗，降低冶炼电耗的目的。1）生铁生铁分为炼钢生铁和铸造生铁，由于铸造生铁硅含量高，用于炼钢生产所产生的炉渣量大，因此炼钢生产主要使用炼钢生铁。炼钢生铁应符合GB/T717的规定（见表3.1）。表3.1炼钢生铁GB/T717的标准牌号L04L08L10化学成分，％C≥3.05Si≤0.45＞0.45～0.85＞0.85～1.25Mn≤0.40P≤0.100S≤0.020注：各牌号生铁的含碳量，均不作报废依据。2）铁水电弧炉热装铁水是现代电弧炉提高生产效率、节能降耗所开发的新的生产工艺技术，因此炼钢生产对所使用的铁水质量要求除化学成分应符合炼钢生铁要求外，还对其温度有一定的要求，我公司要求铁水温度应≥1250℃。3.2.3直接还原铁（DRI）直接还原铁是在回转窑或竖炉内，以比较低的温度对铁矿石进行还原而得到的海绵状金属铁，通常称为“海绵铁”、“预还原铁”，简称DRI（直接还原铁）。根据所采用的直接还原工艺不同，直接还原铁有几种不同形式：1）海绵铁：由铁矿石或粉矿球团化后在回转窑或竖炉内直接还原得到的海绵状金属铁，简称为DRI。2）热压块：把海绵铁趁热加压成形，使其密度增大具有一定尺寸和形状的还原铁（间歇工艺），简称为HBI。直接还原铁具有含铁量高、含C量低且可按要求进行调节、杂质及微量元素含量甚微等特点，因此，它是高质量的废钢代用品，DRI可以稀释废钢中的有害杂质元素，有效保证钢材质量。在当今优质废钢资源日趋紧张，采用直还原铁部分及至大量地代替废钢，可以解决废钢供应不足的困难。直接还原铁（DRI）的使用主要是稀释废钢中的有害元素含量，DRI通过电弧炉高位料仓系统可在冶炼时连续加入炉内，减少入炉钢铁料的加入量和加入次数，提高电弧炉生产效率，同时DRI在冶炼时加入还可以利用其碳含量造泡沫渣，进行埋弧冶炼。3.2.3.1对直接还原铁的技术要求1）化学成份直接还原铁的主要化学特性包括：含铁量、金属化率、含碳量、脉石含量和其它杂质等。⑴含铁量：直接还原铁中铁元素总含量为全铁量，含铁量高说明杂质量少。为降低成本，含铁量应尽可能高，我厂要求该值≥92%。⑵金属化率：直接还原铁的还原程度常用金属化率表示，即金属铁被全铁来除所得比值。作为炼钢原料来讲，要求金属化率越高越好，我厂要求该值≥92%。⑶碳含量：直接还原铁的碳含量可根据需要尽可能低，但最低不得低于1.3%，以保证残余Fe2O3和Fe3O4的最终顺利还原。通常，该值波动范围为1.0~3.0%，我厂要求1.0~1.5%。⑷脉石含量：直接还原铁中脉石主要成分是SiO2和Al2O3，在直接还原过程中，脉石全部为保留物质，显然，作为炼钢原料，直接还原铁的脉石含量必须尽可能低。我厂要求SiO2≤2.5%。⑸杂质和微量元素：在废钢中经常发现的Cu、Zn、Pb、Sn、Ni、Mo、等微量元素及其它杂质在直还铁中只是痕迹；直接还原铁的硫、磷含量通常只有≤0.01%和0.01~0.04%，是相当低的。这些都利于炼钢质量的控制。公司对直接还原铁的技术要求化学成份应符合我公司企业标准Q/TGGB16-2001，见表3.2。表3.2：直接还原铁的化学成份标准全铁%金属铁%金属化率%C%S%P%五害元素%脉石总计%(Sio2+Al2o3)各≥91≥83≥91≥0.2≤0.025≤0.06≤0.002≤6.02）物理性能⑴密度：直接还原铁密度是指其有效密度，即直接还原铁落入渣中被渣子覆盖时的密度。密度过低，入炉后会在渣面堆积形成“冰山”；反之，直接还原铁会穿过渣层被钢液所吸收，不利于热量传递及冶金反应的进行。直接还原铁的最佳有效密度应介于熔渣（2.5g/Cm3）与钢液（7.0g/Cm3）之间，4.0~6.0g/Cm3是公认的理想密度。它可使直还铁存在于渣—钢界面。⑵粒度：直接还原铁通常以连续加料方式加入电炉内，粒度过大，会使加料系统复杂化；粒度过小，则加料过程中易氧化或被抽进除尘装置里去。