100 t電弧爐提高鐵水比生產實踐與討論

張 雷 王小平 藺學浩

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 引言

隨著電弧爐煉鋼生產比例的不斷上升，廢鋼供應日益緊張，很多電弧爐廠家都采用提高電弧爐鐵水比例的方法來作為緩解廢鋼供應和提高電弧爐鋼水質量的一項主要措施。這不僅緩解了廢鋼短缺的矛盾、降低了冶煉電耗，同時也降低了鋼中殘余有害元素的含量，提高了鋼水質量[1]。鑒于長期以來鐵水與廢鋼持續存在較大價差，各鋼企一般都是依據自身鐵水條件來制定鐵水比，如鐵水供應量、電爐裝備情況等。通過不斷優化冶煉工藝，實現高效、低耗生產，降低了生產成本，提高了鋼水質量。

1 電弧爐主要技術參數

安鋼100 t超高功率交流電弧爐的主要技術參數見表1。

表1 主要技術參數

2 熱裝鐵水的生產實踐

近年來，筆者一直致力于縮短冶煉效率、降低生產成本、提高鐵水比例的研究，并進行了多次試驗，以下分別對40%和65%鐵水比例下的冶煉指標、鋼水成分、爐渣成分、原料消耗和生產成本等進行了對比分析。

2.1 主要原料

主要原料為廢鋼和鐵水。廢鋼在爐蓋旋開后通過料籃從爐頂加入，鐵水在第一批廢鋼加入后通過爐后兌鐵槽加入。入爐廢鋼主要有重型廢鋼、統料、破碎料、鋼屑等，鐵水為高爐自產，具體成分見表2。

表2 鐵水成分 %

2.2 泡沫渣控制

100 t電弧爐采用偏心底出鋼，留鋼量為15～25 t，兌鐵帶入大量物理熱，熔池液面升高，熔池迅速形成，尤其爐渣中豐富的氧化鐵與鐵水中的Si、Mn等易氧化元素快速反應，加之鐵水中的碳含量較高，因此能夠在較短時間內形成泡沫渣。

泡沫渣形成的兩個因素是渣層中不斷地產生CO氣泡（內因）和爐渣具有一定的容泡性（氣泡能在渣層中停留一段時間，外因）。因此，泡沫渣形成和發展的最根本因素是活躍的碳氧反應，同時也有賴于渣的物化性質，包括渣的溫度、粘度、表面張力、堿度、氧化鐵含量及其他成分的含量等[2]。熱裝鐵水比例較小時，熔池碳含量不足，氧化期劇烈的碳氧反應的持續時間短，需通過多功能氧槍的碳槍向爐內噴吹一定量的碳粉以保持造泡沫渣的效果。熱裝鐵水比例增加后，熔池碳含量增加，大流量吹氧有利于泡沫渣的形成和發展，同時，可以通過快速升溫、增加渣中的氧化鐵含量來獲得合適的粘度和有效堿度的泡沫渣。由于高鐵水比例時脫碳時間延長，有效促進了泡沫渣的發展，所以熔煉后期不進行噴碳操作。

熱裝鐵水比例較小時，適當增加石灰、白云石消耗即可達到脫磷和保證爐渣堿度的目的；氧化期末期，碳氧反應速率較低，需依靠噴吹碳粉造泡沫渣，并根據流渣情況調整碳粉流量（10～30 kg/min），后期以涌渣或不流渣為主。熱裝鐵水比例較高時，鐵水中的總磷、硅含量較高，為快速脫磷并提高爐渣堿度，在氧化初期應采用大渣量流渣作業；氧化期重新造泡沫渣，氧化后期再根據鋼中的磷含量適當控制流渣。通過對兩種鐵水比例的生產工藝的電爐終點渣樣進行分析，發現熔渣成分基本符合泡沫渣的工藝要求，爐渣成分見表3。

表3 爐渣成分 %

2.3 脫磷控制

隨著鐵水兌入比例的增加，鐵水帶入的磷含量增多，總入爐磷負荷有所增加，脫磷任務加重。而實際上，鐵水中的磷在電爐熔池溫度較低的冶煉前期就能大部分脫除[3]，要求鐵水磷含量小于0.10%，較好的鐵水條件為電弧爐脫磷創造了良好的條件。在第一批料送電5 000 kWh后，采用小批多次的方法加入石灰，鐵水在一批料兌入，一批料的穿井和熔化速度較快，這時應盡快吹氧造渣，充分利用熔池的低溫條件充分脫磷，并在加二批料之前適當采用流渣操作。第二批料熔清進入氧化期后，以脫碳為主，熔池溫度迅速升高，由于熔池劇烈沸騰，渣鋼接觸界面大，脫磷的動力學條件較好。因此，在二批料熔清后的氧化初期應采用大渣量流渣作業，將磷容量較高的爐渣排除40%～60%，加入石灰重新造泡沫渣，保持熔渣的堿度和爐渣中的氧化鐵含量，以保證在氧化期可以繼續有效脫磷。控制好熔池溫度，既要做到脫磷、去氣、去夾雜，又要防止升溫太快，影響去磷。脫磷任務結束后，應加大電能輸入功率，增大吹氧量和噴吹碳粉，盡快脫碳升溫。

2.4 冶煉工藝效果分析

對本公司100 t電弧爐實際生產數據進行分析，鐵水比由40%提高到65%后的主要技術質量指標、主要經濟指標和成本的對比分別見表4、表5和表6。

表4 主要技術質量指標對比

表5 主要經濟指標

從表4可以看出，鐵水比由40%提高到65%后，噸鋼氧氣消耗提高了6 m3/t，鐵水帶入的物理熱和化學熱使得通電時間和冶煉電耗大幅降低，平均每提高1%的鐵比，電能消耗降低5.6 kWh/t；由于鐵水的稀釋作用，鐵水比例提高25%后，Cr、Cu、Sn等殘余元素的總量降低了約26.6%，其中Cu和Sn的含量分別由0.082%和0.003 8%降低到0.058%和0.027%，分別降低了29.3%和28.9%；冶煉終點的有害元素S的含量隨著鐵水比的提高降低了29.6%；兌鐵比例提高后，熔池內劇烈的碳氧反應促進了鋼中N、H等氣體的去除，稀釋了有害殘余元素，有利于鋼水質量的提高。

表6 成本對比

從表5和表6可以看出，提高鐵水比例后，鋼鐵料消耗和成本均有所降低。鐵水的金屬收得率高于廢鋼，提高鐵水比例可顯著降低電爐鋼鐵料成本；鐵水比提高25%后，鋼鐵料消耗減少了21.9 kg/t，鋼鐵料成本降低了38.8元/ t；相比廢鋼，鐵水可帶入大量的物理熱和化學熱，隨著鐵水比的增加，冶煉電耗顯著降低，總冶煉過程電耗降低了137.5 kWh/t，電能成本降低了74.9元/t。鐵水比由40%提高到65%后，100 t電弧爐的主要經濟指標得到了優化，噸鋼生產成本降低113.7元/t。

3 問題與討論

100 t電弧爐鐵水比提高到65%后，存在的問題主要為冶煉周期較長。

3.1 加料方式

結合現有裝備、廢鋼資源及其質量情況，兌鐵比例為65%的加料方式為兩罐鐵和兩籃廢鋼，非通電時間較長，影響冶煉節奏。通過優化廢鋼料型結構增加單料籃裝入量，可采用減少一次旋開爐蓋加廢鋼時間來縮短冶煉周期，或采用在不旋開爐蓋的情況，小批多次加入爐內或鋼包以及利用大留鋼量來縮短非通電時間，改善運行效果。

3.2 供氧方式

隨著兌鐵比例的提高，碳含量增加，給吹氧脫碳造成一定困難，影響電弧爐冶煉節奏的主要因素由供電功率變為吹氧脫碳速率。爐壁3支集束射流槍將氧氣以集束射流形式吹入鋼水中，可以提高氧氣的利用效率，使鋼水快速脫碳和升溫。在實際生產中，因為一方面鐵水需要分批次兌入，控制兌鐵速度，另一方面需要兼顧除塵系統，所以脫碳難度大，脫碳時間較長。國內部分鋼企采用電弧爐頂部水冷氧槍來增加氧氣與鋼水的接觸面積，提高了氧氣利用率，也有的采用調整爐壁氧槍位置或角度來提高吹氧效果，并利用二次燃燒技術使爐頂二次燃燒充分，提高熱效率。

4 結論

（1）鐵水帶入的物理熱和化學熱使得冶煉電耗大幅降低，平均每提高1%的鐵比，電能消耗降低5.6 kWh/t。

（2）隨著鐵水比例由40%提高到65%，Cr、Cu、 Sn等殘余元素的總量降低了約26.6%，冶煉終點S、Cu、Sn有害元素的含量分別降低了29.6%、29.3%和28.9%，稀釋有害殘余元素的同時熔池內劇烈的碳氧反應促進了鋼中N、H等氣體的去除，顯著提高了鋼水質量。

（3）100 t電弧爐鐵水比例由40%提高到65%，主要經濟指標得到了優化，噸鋼生產成本降低 113.7 元 /t。