低鐵耗條件下提高轉爐廢鋼比的冶煉工藝優化

張國裕，王志強

（西寧特殊鋼集團有限責任公司，青海 西寧 810005）

廢鋼是轉爐煉鋼生產所用到金屬料的主要成分，通過提高廢鋼比可以有效降低鐵水消耗、節約煉鋼成本，但在提高廢鋼比的同時也意味著熱量支出的增加，導致轉爐內的熱平衡被打破，對出鋼條件造成一定影響。基于此，如何針對傳統冶煉工藝進行優化，實現低鐵耗、高廢鋼比的目標，成為本文所探討的主要問題。

1 低鐵耗、高廢鋼比對于煉鋼工藝的影響分析

（1）模型建立。選取某鋼廠不銹鋼轉爐建立轉爐模型與熱平衡模型，其物料平衡的計算公式為：

基于物料平衡結果進行由時段至時段范圍內總焓量的計算，其計算公式為：

（2）低鐵耗、高廢鋼比對煉鋼工藝的影響。設該轉爐公稱容量為100t，原入爐鋼鐵料由95t～100t鐵水、10t～15t廢鋼組成，其中廢鋼在總裝入料中占比約為9.5%～13.5%。在鐵耗降低的條件下，常規鋼種裝入量為100t，廢鋼為22t～30t，出鋼溫度不小于1640℃，廢鋼比約為20%～27.3%；高強鋼種裝入量為110t，廢鋼為19t～27t，出鋼溫度不小于1660℃，廢鋼比約為17.3%～24.5%。在提高轉爐廢鋼比的條件下，將廢鋼比控制在15%以內時可達到最優冶金指標，而當廢鋼比超出20%時冶金指標最差，在此過程中還需保障前期熔池溫度、彌補熱量不足問題，以此保障出鋼質量、提高生產效益[1]。

2 低鐵耗條件下通過優化冶煉工藝提高轉爐廢鋼比的實踐策略探討

2.1 添加動力煤增熱劑方案

（1）增熱劑的選取。將增熱劑加入轉爐中可以起到增加熱量、提高廢鋼比的作用，當前鋼廠常用增熱劑包含以下兩類：其一是金屬系增熱劑，借助氧化熱反應實現增溫目標，然而氧化反應生成的SiO2、Al2O3等反應物將導致爐渣堿度下降，降低鐵、錳的收得率，進而影響到爐渣的脫硫、脫磷效果，因此不推薦使用；其二是碳系增熱劑，例如天然氣、柴油、碳化物、焦炭、石墨等，借助CaO調節爐渣堿度，降低爐襯侵蝕速度，且不會造成渣量增加問題，因此推薦使用。但在使用碳系增熱劑的過程中還需兼顧硫含量問題，綜合多重因素推薦選取動力煤塊作為增熱劑，用以維持轉爐內的熱平衡條件，實現提高轉爐廢鋼比的目標。

（2）加入量設計。從理論層面入手，每向熔池內加入1kg動力煤，其燃燒釋放出的熱量可熔化廢鋼量，其中動力煤的平均煤燃值為25700kJ/kg，利用系數取值為20.5%～23.5%，冷卻效應取值為1390kJ/kg，將上述參數代入式中得出廢鋼量熔化值約為3.79kg～4.34kg，由此推斷出每加入1t動力煤可增加3.79t～4.34t廢鋼。從實踐層面入手，選取某公稱容量為50t的轉爐作為研究對象，在鐵水成分、10t廢鋼等條件不變的情況下，加入1000kg動力煤可使轉爐一倒溫度均值由1600℃增至1690℃，熔池溫度同比提高80℃～90℃，廢鋼消耗量增加77kg/t，廢鋼比由以往的15%～17%增至20%～24%，由此推斷出當加入1t動力煤后可增加廢鋼量2.5t，利用系數為14%。

關于理論值與實際增量間出現偏差的原因，可歸納為以下兩項因素：其一是加入時機的選取，應將動力煤的加入時機選定為開吹前5min～6min左右，保障熱效率得以充分發揮；其二是加入過程中的損耗問題，在轉爐冶煉過程中加入動力煤，有可能會引發爐渣漂浮、動力煤被爐渣包裹的情況，影響到熱效率的發揮，并且在此過程中伴隨氣流沖出還會產生部分粉煤損失的情況，進而減少實際加入量。選取動力煤加入時機與整體冶煉周期進行比較，在向爐內加入800kg動力煤后，加入廢鋼、開吹，其冶煉周期較以往延長約3min；在爐內留渣，依次加入石灰、廢鋼和800kg動力煤，待渣冷卻后加入鐵水、開吹，冶煉周期增加6min；將渣倒出后加入800kg動力煤，冶煉周期增加5min。

（3）造渣制度調整。將廢鋼加入量由120kg/t增至200kg/t，現場測溫結果表明爐內溫度呈現出大幅波動，在廢鋼未完全熔化時熔池溫度為1510℃～1530℃，低于以往冶煉溫度，且化渣速度同比減慢40s～60s，因此還需針對其造渣制度進行調整優化。結合有關動力煤加入時機的選取要點，針對先加入廢鋼和鐵水、隨后同時加入首批渣料和動力煤的工藝方法進行改進，調整氧槍槍位，伴隨冶煉時間的推移將氧化鐵皮、輕燒白云石、煤、石灰等加入量進行調整，以此尋求最優造渣操作方法，可以有效加快化渣速度，同時減少返干現象、解決噴濺問題，有效保障冶煉過程中的穩定性。

（4）技術經濟分析。通過選取動力煤作為增熱劑可有效提高轉爐熱效率，每噸鋼轉爐加入16kg～20kg動力煤，可使噸鋼廢鋼消耗量提高80kg，有效提高廢鋼比。以某年產150萬噸煉鋼廠為例，采用添加動力煤作為增熱劑這一工藝方法，全年經濟效益可達1200萬元，累計廢鋼消耗量達12萬噸，具有顯著的經濟與環保效益。

2.2 爐后增加廢鋼用量方案

（1）鋼包預熱廢鋼工藝。選取合格打包廢鋼加入鋼包中，將預熱裝置溫度提高到600℃～800℃，隨后利用鋼包車將其運輸至指定出鋼位，實行轉爐出鋼，并底吹氬氣進行攪拌，最后再將其吊運至鋼包爐處。采用該方法可以有效提高廢鋼預熱速度，依據出鋼溫度進行加入廢鋼量的調節，保障廢鋼與鋼水混合后溫度達到1540℃，以此完成預熱廢鋼。

（2）增設爐后廢鋼料倉。選取合格廢鋼碎料，將其加入底開式料罐內，運輸至料倉，隨后將其預熱至600℃～800℃，振動給料器，中間稱量料倉，最終調運至鋼包處。采用該方法可以有效實現廢鋼的快速預熱，但需注重針對廢鋼碎料質量進行嚴格控制，配合吹氬攪拌操作，在爐后廢鋼料倉中實現廢鋼預熱。

（3）出鋼環節加入廢鋼。先將鋼包車運輸至轉爐出鋼處，待轉爐出鋼后觀察出鋼溫度，控制廢鋼碎料的加入量，隨后底吹氬氣進行攪拌，再將其調運至鋼包爐處。在此過程中，采用“一罐制”工藝向轉爐內加入鐵水，注重合理調節鐵水與廢鋼中碳、硅、錳、磷、硫等成分的含量，配合100t鐵水罐進行運輸，其出鐵溫度可達到1490℃；在轉爐冶煉環節，注重控制終點鋼水的化學成分，設碳為0.05%～0.1%、錳為0.3%～0.4%、磷為0.3%、硫為0.03%，最終冶煉時長約為27min、出鋼量為110t，出鋼溫度為1600℃，廢鋼比可達31.67%；在轉爐出鋼結束后，結合鋼水溫度向其中加入1t～3t廢鋼，待吊運后將其加熱至1580℃、送連鑄，可使最終廢鋼比達到32.9%，具有顯著的應用價值。

（4）效益分析。以某鋼廠為例，該鋼廠于2018年采用在出鋼環節加入廢鋼的方法，較2017年節約190717t標準煤，噸鋼能耗同比減少42.29kg標準煤。同時，NOx排放量由上年的0.85kg/t減少至0.36kg/t，SO2排放量由0.402kg/t轉變為0.302kg/t，CO2排放量由1803kg/t減少至1287kg/t，有效減少環境污染，發揮了顯著的環保效能。

2.3 采用釩鈦磁鐵礦冶煉方案

（1）熱平衡分析。采用釩鈦磁鐵礦進行冶煉，在煉鋼前進行提釩處理，將鐵水內的釩、鈦元素取出后，實行半鋼冶煉。其工藝流程為：高爐鐵水——采用200t提釩爐提釩——運用200t脫硫站噴吹脫硫——運用200t煉鋼爐煉鋼——鋼水精煉——連鑄。選取自產、外購廢鋼作為煉鋼轉爐廢鋼，針對鐵水質量進行優化，在提釩環節注重控制反應溫度，調節爐渣內的FeO含量與升溫速度，選取適量生鐵塊作為冷卻劑，以此提高轉爐廢鋼比。

（2）增加廢鋼消耗。要想確保釩收率滿足冶煉要求，需在前期注重將FeO含量控制在45%以上，分多個批次向其中加入冷卻劑，以此調節半鋼的升溫速率，使其V值降至0.05%以下。在冷卻劑的選取上，在確保冷卻強度符合要求的基礎上，選取生鐵塊、廢鋼置換冷壓塊與冷卻劑，可提高提釩生鐵塊15kg/t；同時提釩出鋼溫度每降低10℃，可增加廢鋼消耗約7kg/t～8kg/t，提釩生鐵塊用量約為35kg/t。

（3）提高廢鋼比。在提高廢鋼比的工藝優化層面，其一是采用提溫劑，推薦每爐選取400kg～450kg硅鐵、500kg～2000kg增碳劑進行提溫，可使廢鋼消耗同比增加16kg/t～23kg/t，進而使轉爐廢鋼消耗達到65kg/t；其二是降低轉爐出鋼溫度，將出鋼口直徑由增至后，可使出鋼溫度下降5℃，并將鋼包熱包溫度控制在800℃以上，最終可使轉爐廢鋼消耗增加4.3kg/t；其三是降低爐內熱損耗，結合轉爐實際情況增加留渣比例，當留渣比例由34%提高到57%時可使廢鋼消耗水平增加4kg/t，當轉爐內渣量由50kg/t減少至45kg/t時可使廢鋼消耗量提高2kg/t。某鋼廠采用硅鐵提溫與增碳劑進行溫度補償，配合少渣冶煉、留渣加料、降低出鋼溫度等方法，最終使廢鋼消耗量達到67.8kg/t鋼，廢鋼比達7%～10%。

3 結論

在低鐵耗條件下提高轉爐廢鋼比可以有效增加鋼產量、降低噸鋼能耗，既有助于提高鋼廠生產效益，同時還能夠大幅減少環境污染。對此鋼廠還需結合自身轉爐設備配置情況與生產工藝技術水平，綜合運用添加增熱劑、爐后增加廢鋼用量、選取釩鈦磁鐵礦冶煉等工藝手段，進一步促進鋼廠綜合效益的顯著提升。