皓泉讲解：海绵铁在电炉中的应用

1海绵铁在电炉中的应用
　　
　　海绵铁指的是通过还原固态氧化铁（通常是赤铁矿）的方法，获得的金属化的产品，通常叫做直接还原铁（DRI）。海绵铁保留了铁矿石的外形，但其重量比铁矿石减少了30%，因为矿石中的氧已经被还原了。海绵铁的比重为4.4g/cm3，而固体铁的比重为7.8g/cm3。铁矿石在还原的过程中，内部形成了许多孔洞，因而被称为“海绵铁”
　　
　　。直接还原铁逐渐在电炉中得到应用，成为废钢的替代品之一。这主要是因为与废钢相比所具有的成本优势。它也是一种高质量的金属化产品，因而可以部分替代一些质量不高的废钢。
　　
　　直接还原铁是用还原剂还原矿石后形成的，所用的还原剂包括天然气或非焦煤。还原剂不同，所生产的DRI的化学成分也不同。、
　　
　　2对直接还原铁的质量要求
　　
　　尺寸：在连续装料的情况下，直接还原铁的尺寸是非常重要的参数。尺寸很小（1～2mm）的材料在接触炉渣的时候可能很快被氧化，也可能被烟道抽走。尺寸过大（＞30mm）在连续装料的时候也会产生问题。使用通过炉顶连续装料的方法时，应该限定＜2mm的海绵铁的比例。
　　
　　密度：直接还原铁从炉顶装入电炉后，必须能够穿过渣层，留在炉渣/钢液的界面，这样可以保证有效的传热和化学反应。如果直接还原铁的密度过低，就会浮在炉渣表面上；而密度过高，又会穿到钢液中去。所以，最好是将直接还原铁的密度控制在4～6g/cm3的范围内。
　　
　　单体的重量：块状直接还原铁穿过炉渣的时间取决于时机如何。如果直接还原铁块较小，留在炉渣中的时间过长，就会发生炉渣沸腾的现象。此时，炉渣的流动性起着非常重要的作用。然而，如果直接还原铁较大，就不会有严格控制炉渣流动性的要求。
　　
　　冲击强度：直接还原铁应该有良好的冲击强度，这样可以防止其形成大量的粉末。在电炉中应用时形成大量的粉末是不希望发生的现象。
　　
　　抵抗气候的能力：直接还原铁存放在空气中时，容易氧化和放热。将直接还原铁长期存放会降低其金属化率，部分原因是其结构疏松、表面积较大。如果将直接还原铁在开放的堆场中存放6个月，则其金属化率会降低1%。
　　
　　3直接还原铁的装入法
　　
　　分批装料法：如果单批装料，那么直接还原铁的装入量可以占总装入量的15%。如果超过这个限度，直接还原铁的颗粒会部分熔化，与石灰结合；直接还原铁中的脉石会粘在炉膛内，形成传热速度很慢的结块，难以熔化。这些甚至会堆在炉子装料处的中央，使电极穿井困难，由于辐射作用，降低炉顶和炉壁的耐材寿命。而且，加入过多的直接还原铁也使电炉的渣量增加。
　　
　　通过小批量加入的方法，直接还原铁的加入量可以占到总装入量的30%。但这样会频繁地打开炉盖，使热损失增加，降低电炉的生产效率。由于渣量加大，必须加强对化学成份的控制。
　　
　　4使用直接还原铁对电炉指标的影响
　　
　　使用直接还原铁对电炉的能量消耗、金属收得率、生产效率和电极消耗均有影响。
　　
　　能量消耗。如果直接还原铁的金属化率较低，那么装入炉内后就需要更多的FeO被还原。如果需要还原的FeO过多，就会减少电炉的热效率，因为电炉内产生的CO减少、熔池的搅拌减弱，这相应增加了电炉对能源的需求。当DRI的金属化率为94%～96%时，电炉的能耗可望获得最佳的结果。
　　
　　在使用热装直接还原铁的情况下，电炉的生产效率提高得更多。电极消耗。与全部使用冷态废钢的工艺相比，采用连续装入直接还原铁的方法时，电极消耗可降低30%。这主要是由于以下因素造成的：电炉的生产效率提高；电极的氧化减少；由于打开炉盖的次数减少，使电极受到的热冲击减少；炉气中CO的比例减少；由于废钢的冲击减小，断电极的次数减少。总之，直接还原铁将继续在电炉炼钢中发挥重要作用。直接还原铁能满足电炉炼钢对原料的质量要求，应用后能提高电炉的生产效率和能耗指标，从而使电炉炼钢成为低成本的工艺路线。