直接还原铁（DRI）对电弧炉炼钢工艺的影响

直接还原铁（DRI）对电弧炉炼钢工艺的影响

生产率与收得率的影响

在实际生产中，DRI的添加对电弧炉的生产率和收得率产生了显著影响。近年来，中国大型电弧炉钢厂数量持续增长，但许多厂的废钢质量较差，密度范围从0.3至0.7 t/m³不等。常规情况下，电弧炉需要多次加料（通常为3~4次）才能完成一次冶炼，但使用DRI可以减少加料次数，从而缩短冶炼周期，提升生产效率。通过连续加入20%~50%的DRI，能够显著提高电弧炉的生产率。而随着氧燃助熔、泡沫渣及废钢预热技术的应用，只要DRI取代低密度废钢，电弧炉的生产率将随之提高。

钢水的收得率受到DRI的金属化率、脉石含量及碳含量等因素的影响。为了获得更高的收得率，必须使用高金属化率的DRI，并可添加增碳剂以促进铁的还原。同时，炉渣的性质和渣量也会对收得率产生影响。在相同的碱度条件下，通过使用泡沫渣技术，可以有效降低渣量。

生产物料消耗的变化

1）电极消耗

DRI的含碳量较低，因此在电弧炉中加入DRI后，需要适量添加增碳剂以保持炉内还原气氛，进而减少电极的氧化，降低其消耗。然而，当钢水中的碳含量较高时，电弧炉可能采用泡沫渣工艺进行埋弧操作，这种情况下电弧集中度增大，可能导致电极断裂。综合来看，电极的消耗量并不会因DRI的使用而显著增加。

2）耐火材料消耗

在分批加入DRI的过程中，由于加料方式未发生显著变化，耐火材料消耗不会增加。然而，采用连续加料时，可能会产生“飞溅”现象，使炉渣飞溅而暴露电弧，从而增加耐材的消耗。使用DRI后，炉渣中FeO含量较高，C-O反应时间也较长，可能会加剧耐火材料的化学侵蚀。但通过优化泡沫渣工艺及调整

其他参数，可以控制耐材消耗在原有水平。

3）熔剂消耗

DRI的使用增加了炉渣中的酸性脉石含量，从而需要增加熔剂的消耗以维持炉渣的碱度。有研究表明，每增加1% DRI的使用量，熔剂的消耗量会增

加1 kg/t。然而，使用DRI作为原料时，钢水中的磷（P）和硫（S）含量较低，因此无需过高的炉渣碱度，熔剂的总体消耗不会显著增加。

能耗的变化

在电弧炉炼钢中加入DRI会增加能量消耗。主要的原因包括：

1）DRI熔化的能量消耗

DRI的金属化率越低，FeO含量越高，而在冶炼过程中，FeO的还原反应是一个吸热过程。在冶炼温度下，1吨FeO的还原反应需要消耗大约800 kWh的电能。

2）脉石含量对能耗的影响

DRI中脉石（如SiO2）的含量越高，能量消耗越大。为了保持炉渣的碱度，随着SiO2含量的增加，必须增加生石灰的添加量，这将导致炉渣的增加。而熔化这些炉渣需要更多电力，约为530 kWh/t。

3）含碳量的影响

高碳含量的DRI会影响能量消耗。在适当氧气量的吹入下，[C] + [O] → CO的反应是放热反应，每增加1 Nm³的氧气，电耗可减少2~4 kWh。

4）加料方式对能耗的影响

在采用连续加料DRI的情况下，若加料速率与供电功率匹配（如冷装28-38 kg/MW·min，热装50 kg/MW·min），可以有效缩短冶炼周期，提升电弧炉的生产能力。反之，分批加料时，如果加料不当（如DRI堆积或靠近炉壁），则会导致熔化时间延长，电耗增加。

5）DRI的温度对电耗的影响

DRI的温度对电耗影响较大。使用全冷装DRI时，电耗会比全废钢冶炼高100~150 kWh/t；而使用全热装DRI时，电耗与废钢冶炼相当。

为了降低能耗，钢厂采取了多种措施，如预热DRI，但需要防止其二次氧化。总的来说，为了降低能耗，应选用高金属化率、低SiO2含量的DRI，并采用热装连续加料工艺。

钢水质量的改善

在国内外电弧炉的应用中，DRI主要用于生产高质量的钢种，如石油套管、钻杆、深冲汽车板、特殊用途钢丝及其他特种钢材（如弹簧钢、轴承钢、汽轮发电机转子等）。由于DRI不含残余元素，可以直接生产出没有残余杂质的钢，从而显著减少钢中的夹杂物数量。这种效果尤其对热轧和冷轧性能有显著改善，特别是在拉伸性能方面。此外，使用DRI还可以有效降低钢中的硫（S）含量，改善钢的质量，增强钢材的抗扩张性和抗扭转性。