电弧炉用碳化铁炼钢时有关问题的探讨

1、电弧炉用碳化铁炼钢时有关问题的探讨倪红卫苍大强姜钧普摘要碳化铁作为一种优质废钢的替代物已开始应用于电弧炉炼钢。文中对在电炉中用碳化铁炼钢的有关问题试分析讨论。关键词碳化铁电弧炉炼钢An Approach to Some Problems on EAF SteelmakingUsing Iron CarbideNi Hongwei(Wuhan Yejin University of Science and Technology)Cang Daqiang Jiang Junpu(University of Science and Technology Beijig)AbstractIron Car

2、bide is one of replacement materials of high quality scrap.Some problems of EAF steelmaking using iron carbide have been discussed.KeywordsIron carbideEAFSteelmaking1前言由于对优质钢材的需求量迅速增长,对优质废钢的需求量也在增加,但目前某些废钢中残余元素较高,质量很差,因此需要寻找优质废钢的替代品,碳化铁就是一种,兹对碳化铁在电炉炼钢中应用的有关问题进行分析探讨。2碳化铁在电弧炉冶炼中的加入方式及加入时间碳化铁可其压块向电弧炉中加

3、入,也可喷吹加入。由于碳化铁坚硬,无粘性,流动性好,不会在喷吹过程中发生由于粘结造成的管道堵塞,喷吹加入可在冶炼过程中进行而不必中断冶炼,缩短冶炼时间,还减少热损失,提高效率。碳化铁应在废钢大部分熔化后开始加入,避免在冶炼后期由于使用大功率加热而使钢中氮含量升高,碳化铁的熔点是2100K,难以熔化在钢水中,而是按以下反应式进行溶解。Fe3C=C+3Fe据估计,碳化铁从喷入熔池到溶解约为1s。3碳化铁的喷吹速度及加入量3.1碳化铁的喷吹速度碳化铁的喷吹速度必须考虑以下三方面的因素。3.1.1碳化铁碳化铁溶化及升温至出钢温度需要的能量来自两个方面:电能和碳化铁中的碳与氧反应放出的热量。按计算,典型

4、的含C 6%、Fe3O 46%的碳化铁在炼钢过程中所需能量的一半来自电能。碳化铁喷吹速度越大,单位时间电弧炉供给的能量也越大,否则会使熔池温度大幅度降低而影响后期操作。对于给定的碳化铁喷吹速度,能够计算出喷吹结束时整个熔池提高到出钢温度所需的输入功率。如果该功率大于实际输入功率,则表明碳化铁的喷吹速度过快,反之还可增大喷吹量。3.1.2供氧速度与碳化铁中碳反应的氧主要来自氧气。碳化铁的喷吹速度越大,要求脱碳用的供氧速度也越大,但供氧速度的增加是受供氧能力限制的。3.1.3废气处理能力电弧炉中用碳化铁炼钢时,碳化铁中的碳主要是以CO、CO2气体形式排出。随着电弧炉中碳化铁喷吹速度的增加,生成的炉

5、气量便迅速增加。因此,确定碳化铁的喷吹速度必须考虑废气的处理能力。3.2碳化铁的加入量碳化铁以溶解方式进入炼钢熔池,因此首先必须加入部分废钢,冶炼前期废钢熔化而形成熔池,用碳化铁炼钢,若要求其熔化时间不高于用废钢炼钢的熔化时间,就必然限制了碳化铁实际喷吹时间,也就限制了碳化铁的加入量。4电弧炉用碳化铁炼钢的冶金效果4.1降低电耗碳化铁喷入熔池后,发生以下反应:Fe3C=3Fe+CH298=125.4kJ/kgFe3C(1)4Fe3C+Fe3O4=15Fe+4COH298=2508kJ/kg(2)C+O=COH298=-13134.3kJ/kgC(3)CO+1/2O=CO2H298=-23544

6、kJ/kgC(4)从上式看,碳化铁中Fe3O4是吸热的,而碳的氧化反应是放热的。因此,碳化铁中的Fe3C及Fe3O4的多少决定了碳化铁加入到熔池中时的总体热效应。据计算,当碳化铁产品中Fe3O419%时,将会是负的热效应,即此时随炉料中碳化铁比例增大,电弧炉所需的输入功率也增大。图1是炉料中碳化铁的比例与电弧炉输入功率的关系。图1炉料中碳化铁比例与电弧炉输入功率的关系a典型的直接还原铁b含Fe3O411%的碳化铁c含Fe3O45%的碳化铁同氧气转炉一样,电弧炉中碳氧反应的气体产物主是是CO,因此,采用二次燃烧技术,对碳化铁炼钢也是进一步降低电耗的一个有效的途径。4.2降低钢中的氮含量表1是EA

7、F、BOF一般操作条件下的氮含量。表2是EAF操作时钢中氮的来源2。从表2中可以看出,焦炭中带入的氮占了钢中氮含量的40%50%,由于碳化铁含有很高的碳含量,因此可以在冶炼过程中少加或不加焦炭,减少或避免因加焦炭而带入钢中的氮,同时,碳化铁中的碳与氧反应生成大量的CO气泡具有很好的脱氮作用。据报道,电弧炉喷吹碳化铁炼钢时,钢中的氮含量从原始的0.007%可降低到0.003%0.004%1。表1EAF、BOF中一般操作条件下的氮含量冶炼方法BOFEAF氮含量/×10-6104070120表2EAF钢中氮的来源来源平均含量/×10-6范围/×10-6废钢685977焦

8、炭6025121残留钢水10714石灰14.3提高金属收得率碳化铁中的碳除与碳化铁产品中Fe3O4反应外，其余部分参与碳氧反应，由于电弧炉使用碳化铁炼钢，特别是炉料中碳化铁比例较高时，剧烈的碳氧反应降低了炉渣中的FeO含量，所以电弧炉中用碳化铁炼钢时，金属收得率较高。4.4减少脱硫量,降低造渣材料消耗碳化铁产品几乎不含硫,同时在冶炼过程中不需要增碳,避免了由于加入焦炭粉而造成熔池硫含量的升高。因此,用碳化铁炼钢时脱硫量较小,这不仅降低了造渣材料的消耗,也有利于其他冶炼指标的提高。 5结语碳化铁代替或部分代替废钢在电弧炉中进行炼钢,具有降低电耗,提高产品质量,提高金属收得率,降低炼钢原材料消耗等优点,故碳化铁作为优质废钢的替代物在电炉炼钢中的应用颇有前途。*国家自然科学基金资助项目联系人:倪红卫,博士,副教授,武汉市(430081)武汉冶金科技大学122信箱作者单位：倪红卫武汉冶金科技大学苍大强姜钧普北京科技大学参考文献1G.H.Geiger and Frank.A.Stephens.Steelmaking With Iron carbide.IronmakingConferrence Proceedings,