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            廢鋼預熱溫度對廢鋼熔化速度的影響

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            廢鋼預熱溫度對廢鋼熔化速度的影響

            發布日期:2020-12-18 作者: 點擊:

               隨著國內廢鋼積蓄量的增加,未來3~5年,我國將迎來廢鋼應用的攀升期。2020年我國廢鋼年產出量超過2.1億t,預計2025年,廢鋼年產出量超過2.7~3億t,2030年,廢鋼年產出量超3.2~3.5億t。隨著我國廢鋼資源的增加,在未來20年內,我國廢鋼資源總量將非常充裕。工信部出臺的《鋼鐵行業政策調整計劃》:到2025年要把廢鋼應用比例提高到30%。2021年開年以來大商所鐵礦石指數由2020年內低點一度上漲超過100%,從價格指數來看,依舊維持高位。而對于鋼廠而言,由于鐵礦石、焦炭和廢鋼價格都在上漲,因此鋼鐵企業只能去尋求兩者比例間的平衡點,提高生產率,降低生產成本,增加經濟效益。


                   當前,國內外的專家開展了大量的轉爐利用廢鋼的研究工作。但相關的理論研究較少。為提高鋼鐵生產過程的廢鋼比,我公司在陳林權教授(國務院政府特殊津貼冶金專家、《煉鋼》雜志編委、全國冶金建設高級技術專家)的指導下,對廢鋼、生鐵塊在鐵水、鋼水中的熔化過程進行了研究和分析,從理論上進行計算,并進行實踐驗證。


             廢鋼在鐵水中的熔化過程


                   鐵水溫度通常在1250℃~1500℃,而廢鋼的熔點在1500℃以上。因廢鋼的熔點高于鐵水的溫度,那么廢鋼是如何在鐵水中熔化的?


                   根據廢鋼熔化的熱力學模型及試驗,認為廢鋼在鐵水中的熔化過程如下:熔化初期,廢鋼與鐵水的溫差大,鐵水在廢鋼表面發生凝固,形成凝固層;隨著時間的延長,而廢鋼溫度升高,表面的凝固層開始熔化;鐵水中碳向廢鋼表面傳質,形成滲碳層;廢鋼溫度繼續升高,廢鋼表面碳含量增加,熔點降低;當廢鋼表面滲碳層的熔點低于熔池溫度時,廢鋼熔化形成液態。然后廢鋼表面重復凝固→滲碳→熔化,直至廢鋼全部熔化。所以廢鋼在鐵水中熔化的限制環節是廢鋼表面的碳的傳質。


            鐵水初始溫度對廢鋼熔化的影響


                   通過鐵碳平衡圖查得,1400℃時,兩相區固相碳質量分數0.6%,兩相區液體碳質量分數2.05%,熔池中碳質量分數4.3%。廢鋼在鐵水中的熔化過程無攪拌,根據文獻取液體中碳的傳質系數=7×10-5m/s,界面遷移速率=0.109mm/s。取每塊廢鋼的當量直徑為50mm,經計算:廢鋼完全熔化需要~8min左右。此計算結果也得到了實踐的驗證。


                   鐵水溫度為1300℃和1400℃,廢鋼當量直徑為50mm、70mm、90mm的廢鋼的熔化時間,其熔化時間的計算結果如圖1所示。

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            圖1  1300℃和1400℃條件下不同廢鋼尺寸的熔化時間

                   由圖1可以看出:

                   (1)鐵水溫度對廢鋼熔化的影響很大;

                   (2)滲碳開始溫度越高,越有利于廢鋼的熔化。


            廢鋼烘烤溫度對廢鋼熔化的影響


                   廢鋼在鐵水中的熔化過程分為兩個階段:1)廢鋼吸熱升溫;2)滲碳熔化。


                   第一階段:鐵包接鐵后廢鋼吸熱升溫,而鐵水放熱降溫,其臨界狀態為鐵水和廢鋼達到熱平衡狀態,鐵水和廢鋼溫度相同。此時的溫度作為第二階段滲碳的開始溫度。


                   第二階段:鐵水中碳向廢鋼表面傳質,形成滲碳層;廢鋼表面碳含量增加,熔點降低;當廢鋼表面滲碳層的熔點低于熔池溫度時,廢鋼熔化形成液態。


                   以100t鐵水和10t廢鋼,鐵水初始溫度1450℃,廢鋼當量直徑為50mm,計算不同廢鋼初始溫度下的平衡溫度,計算結果如圖2。

            01.jpg

            圖2  不同初始溫度對廢鋼熔化的影響

                   由圖2可知,隨著廢鋼初始溫度的升高,廢鋼和鐵水界面層的平衡溫度升高,兩相區的固相碳質量分數降低,碳傳質的驅動力增加,所以有利于廢鋼的熔化。


                   當廢鋼25℃時,平衡溫度達到1340℃,熔化速度為0.07mm/s,廢鋼的熔化時間~13min;當廢鋼預熱溫度達到800℃時,平衡溫度達到1400℃,熔化速度為0.11mm/s,廢鋼的熔化時間~8min,廢鋼熔化時間縮短~5min左右。


             結論


                (1)鐵水溫度越高,熔化時間縮短。在1300℃和1400℃時,廢鋼的熔化速率分別時0.05mm/s和0.11mm/s;

                (2)廢鋼預熱有利于廢鋼在鐵水中的熔化。當廢鋼25℃時,廢鋼的熔化時間為~13min;當廢鋼預熱溫度達到800℃時,廢鋼的熔化時間為~8min,廢鋼熔化時間縮短~5min;

                (3)實現高廢鋼比下的熱量平衡,其熱量補償方式為:通過燃料燃燒進行熱補償。

                   結合以上研究成果,洛陽豫新在這個過程中通過多次實踐總結出大家比較認同的兩種方式:(1)純氧燃燒式;(2)爐后料倉式廢鋼預熱。


             建議

                   (1)采用熱效率高的設備(如純氧燃燒廢鋼預熱系統)對廢鋼進行預熱),火焰剛性要高,穿透了要強,廢鋼上下溫差小。

                   (2)在廢鋼預熱過程中應該注意補碳(噴煤粉、碳粉)的效果:不僅可以提高熱效率,降低廢鋼預熱過程中的氧化,提高廢鋼的收得率(碳可以還原鐵的氧化物);提高廢鋼在鐵水中的熔化速度。避免因廢鋼預熱溫度低、烤不透而帶來的風險——因凝鐵而造成罐底結殼!

                   以上是洛陽豫新在陳林權教授的指導下進行實踐過程中的總結,歡迎大家拍磚留言提出改進意見或者提出新的方式方法或者來電、來函垂詢,為提高廢鋼比、提高企業經濟效益做出積極努力。


            本文網址:http://www.jewelofdahab.com/news/601.html

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