低鐵耗條件下提高轉爐廢鋼比的冶煉工藝優化

溫永才

（酒鋼集團宏興股份公司儲運部，甘肅 嘉峪關 735100）

2018年廢鋼市場價格呈窄幅震蕩，環保督查常態化與鋼廠利潤的壓縮對于傳統冶煉工藝提出了改進優化的需求。低鐵耗條件下提高轉爐煉鋼的廢鋼比能夠有效降低生產成本，然而如何保持轉爐冶煉過程中的熱平衡、解決出鋼溫度不足的問題，也成為當下冶煉工藝優化的關鍵要點，值得我們進行深入探討。

1 提高轉爐廢鋼比的冶煉工藝改造思路分析

（1）應用實例分析。以某煉鋼廠生產實際為例，該煉鋼廠擁有3座120t頂底復吹轉爐，其煉鐵產能低于煉鋼，鐵水供應不足現象較為顯著。為實現降低鐵水耗的生產目標，該廠開展了鐵包加廢鋼試驗，并采用加入雙斗廢鋼等方法，在個月時間內促使鐵水耗降至846.7kg/t鋼、廢鋼耗增至189.65kg/t鋼。由于該廠外購廢鋼多為輕薄料，重型占比僅為，且單斗爐次僅能裝入22t~23t廢鋼，因此還需針對常規廢鋼斗進行改造，并設法進一步降低鐵水耗、提高廢鋼比，在簡化轉爐煉鋼工序的基礎上實現冶煉工藝的有效優化。

（2）冶煉工藝改造思路。受廢鋼斗結構與單斗廢鋼配重的影響，廢鋼堆密度無法得到有效提升，而該廠采用加入雙斗廢鋼的方式雖然可以一定程度上提高廢鋼比，但同時也易產生廢鋼卡斗等問題，不利于提高轉爐生產效率。在此擬針對其工藝方案進行改造創新，針對現有廢鋼斗進行擴容處理，促使廢鋼斗體積增加4.2m3、重量增至25t~26t，有效降低對轉爐生產節奏的影響。基于物料冷卻原理可得出廢鋼冷卻效應的計算公式為：

其中C代表質量熱容，T代表溫度，272kJ/kg為廢鋼熔化潛熱。將實際生產數據代入到上式中，可得出1000kg廢鋼帶走熱量約為1421216kJ。基于鐵水熱量收入、熱量支出原理，可計算出Q富余為13146248kJ，在當前鐵水熱值較高的情況下，加入單斗廢鋼的爐次還可再增加9.25t廢鋼。由于現有鐵水條件無法實現持續降低鐵耗目標，在過吹情況下易造成爐襯侵蝕問題，因此該廠采用加入焦炭的方式進行熱補償，以此削弱過吹、過氧化所造成的影響[1]。通常焦炭在轉爐熔池內反應生成的一氧化碳與二氧化碳的比值為9：1，因此固定碳與焦炭的熱效應的計算公式分別為：

由此來看，1kg焦炭在轉爐熔池內反應釋放的熱量可使8.479kg廢鋼由常溫升高至1645℃，在實行廢鋼斗改造的情況下要想將增加的9.25t廢鋼進行全部消化，還需額外加入1090kg焦炭方可解決生產過程中熱量供應不足的問題。

2 低鐵耗條件下提高轉爐廢鋼比的冶煉工藝優化策略探討

2.1 廢鋼斗改造工藝

（1）轉爐裝入制度。將擴容改造后的廢鋼斗投入運行后，每個廢鋼斗平均容量為25t~26t，單斗廢鋼最高可達29t，雙斗平均可裝入32t廢鋼，在低鐵耗條件下入爐廢鋼比均值由21.9%增至24.6%，單斗廢鋼耗約為182.7kg/t，可有效實現多吃廢鋼、提高產量的目標。

（2）熱量平衡控制。在留渣量的設置上，為保障整體冶煉過程的穩定性，針對大批量爐次采用留渣操作，將留渣量控制在范圍內，針對個別存在鐵水熱值不足的爐次則采取不留渣操作。在渣料用量控制方面，將輕燒白云石用量設為固定值，采取少渣冶煉方式，將轉爐平均石灰耗控制在25kg/t~26kg/t范圍內，選取長度不超過5mm的鋼筋切頭上到高位料倉，以此降低渣料消耗量。倘若出現鐵水熱值不足的情況，則可加入1t焦炭進行熱補償，但需注重將焦炭用量最大值控制在10kg/t鋼范圍內。

（3）冶煉過程控制。由于多數爐次采用少留渣操作，在考慮到成渣、脫磷效果的情況下，應將開吹槍位提高50mm左右，待到起渣階段再逐漸高槍100mm，并結合爐內冶煉的實際情況進行壓槍處理，避免產生溢渣問題，促使廢鋼更好地熔化。針對加入焦炭的爐次，則需將開吹槍位控制在1.2m~1.3m左右，便于促進化渣。針對煉鋼廠內廢鋼比為24.7%的爐次，其鐵水熱值通常不會出現富余的情況，倘若出現高熱值的情況，則在冶煉中期其一氧化碳含量將迅速增至48%以上，致使爐口出現返干問題，在此情況下需適量加入鋼筋切頭、提高爐渣內FeO含量，以此優化脫磷效果。最后基于鐵水熱值情況，將終點倒爐C控制在0.08%~0.11%范圍內，將終點倒爐溫度控制在1640±10℃左右，并實行點吹出鋼，以此降低爐襯侵蝕影響[2]。

（4）脫磷效果分析。在實行廢鋼斗改造工藝后，單斗廢鋼入爐重量平均可增至25.8t，終點倒爐C下降0.8×10-3%、倒爐P下降3.8×10-3%，促使脫磷率提高2.3%。選取常規入爐鐵水熱值與加入焦炭爐次的鐵水熱值進行對比，加入800kg~1000kg焦炭后可使終點倒爐溫度提高12.9℃，然而脫磷率同比卻下降4.5%，造成這一現象的主要原因為前期升溫過快、出現返干問題，對脫磷效果造成了一定的影響。因此還需注重在中后期實行吊槍操作，結合冶煉實際情況補充300kg~500kg石灰，以此保障脫磷效果。

選取廢鋼比分別為19%、22%、25%的三個爐次進行消耗情況對比，其轉爐料耗分別為1057.7kg/t、1059.4kg/t與1060.2kg/t，金屬料耗分別為1076.6kg/t、1078.5kg/t以及1078.9kg/t。從中可以看出，在熱值增幅有限的情況下，廢鋼比的增加將加劇返干與吹損問題，導致轉爐料耗與金屬料耗相應增大，但綜合來看平均廢鋼耗將由189.65kg/t鋼增至206.05kg/t鋼，具有較為顯著的經濟效益。因此需在廢鋼斗擴容改造的基礎上，采用加入焦炭的方式實現熱補償，能夠彌補冶煉過程中熱值不足的缺陷，減輕爐襯侵蝕問題，配合開吹槍位調整、吊槍操作、補充石灰等方式，有效提高爐渣堿度，保障良好的脫磷效果。

2.2 爐內溫度控制

在低鐵耗條件下，由于鐵水裝入量較少、冷料占比較大，因此導致冶煉前期溫升速度較慢，不利于保障良好的成渣效果，因此需勻速加入少量輕燒白云石，避免因前期升溫過慢導致熔池內含有大量FeO而產生低溫泡沫噴濺問題，待碳火焰起來后再勻速加入適量石灰。在用量控制上，應注重將吹煉前期與中后期的加料量控制在2：1左右，其原因包含以下兩方面：其一是爐內冷料偏多，在中期爐內廢鋼熔化致使脫碳反應釋放的熱量被抵消，倘若加料量過大、速度過快，將導致其溫度迅速下降，爐渣內的FeO含量升高，進而在后期溫度上升時引發噴濺問題；其二是受中期爐內溫度的影響，生鐵、廢鋼熔化量較少，待溫度增至1470℃時其熔化速度才能加快，因此需利用爐內渣料起到抑制溫差的作用，控制溫度上升速度，并且在后期廢鋼熔化時需適當提高槍位，以此控制脫碳反應速度，實現對爐內溫升速度的有效調節。

2.3 爐渣噴濺控制

通常爐渣噴濺現象集中體現在前期泡沫噴濺、中后期泡沫金屬噴濺兩個節點：在前期噴濺階段，由于鐵水中Si、P含量較高，因此爐渣中的SiO2、P2O5含量也會偏高，受前期溫升速度的影響，爐渣表面張力下降引發泡沫化問題，渣層厚度增加影響到氣體的順利排出，進而引發噴濺問題，對此還需注重將槍位壓低、減少前期渣量，以此降低噴濺現象發生的幾率。在中后期噴濺階段，主要需控制爐渣中FeO的含量，防范因溫度升高引發碳氧反應，并注重控制加料量，防范因爐渣化得不好而造成金屬噴濺問題。

2.4 調節液面上漲速度

通常爐內液面上漲速度與泡沫溢渣現象也存在密切關聯，倘若液面上漲速度較快，爐內泡沫渣含量較多，也極易引發噴濺問題。而爐內碳氧反應速度、一氧化碳氣體停留時間是決定液面上漲速度的重要因素，在鐵水溫度較高的情況下，將導致前期溫升速度加快，泡沫渣含量的增多將進一步加快液面上漲速度，進而引發噴濺問題。在產生泡沫溢渣的情況下，需結合爐內反應情況進行調節，當爐內反應較為穩定時，可以向爐內加入適量渣料促進氣體排出。因此還需密切觀察爐內反應情況，選取調節槍位、控制加料速度等方式，以此控制液面上漲速度、解決噴濺問題。

3 結論

在低鐵耗條件下提高轉爐廢鋼比是節約生產成本、實現產能最大化的重要舉措，本文采用改造廢鋼斗的方式，通過添加焦炭實現熱補償，有效減輕爐襯侵蝕、降低爐次終點脫磷率，在冶煉中后期配合吊槍操作、補充石灰等方法，促使爐渣堿度與平均廢鋼比得到顯著提升，進一步提高煉鋼企業的經濟效益。