鐵水包廢鋼預熔預熱新工藝在某鋼鐵公司的應用

楊得軍

（唐鋼國際工程技術股份有限公司，河北 唐山 063000）

在轉爐煉鋼過程中，鐵水和廢鋼是主要的金屬原料。近年來，國內外很多轉爐煉鋼廠為了降低能耗，都在努力為增加轉爐廢鋼的熔化能力，借此降低鐵水消耗量。同時，隨著國家工業化的發展，社會上的廢鋼越來越多，在鐵水供應能力不足的煉鋼廠，更是在采用各種方法、進行多種試驗，以增加廢鋼比例[1-4]。

1 轉爐高廢鋼比冶煉技術現狀

目前，國內外轉爐煉鋼增加廢鋼裝入量，主要采取下列措施：

（1）在轉爐外將廢鋼加熱，將加熱后的廢鋼裝入轉爐內，再兌鐵水，用通用的轉爐氧槍煉鋼。這種工藝可以提高轉爐廢鋼裝入量，但廢鋼在爐外加熱，數量有限，加熱的溫度有限，廢鋼比不能大幅度提高。

（2）將廢鋼裝入轉爐內，用燃燒器的高溫火焰加熱廢鋼。這種工藝可以大幅度地提高轉爐廢鋼裝入量，但廢鋼在轉爐內加熱，占用很多時間，降低轉爐作業率，影響鋼的產量。某鋼鐵公司采用在空鐵水包中加入廢鋼，采用新型多孔氧燃槍設備，通過新型多孔氧燃槍噴射出的燃氣與氧氣，對鐵水包內廢鋼進行預熔預熱。鐵水包中加入高爐鐵水后，可實現對預熔預熱后的廢鋼進行熔化。

2 新型多孔氧燃槍設備

（1）通用轉爐氧槍。氧氣頂吹轉爐是目前世界上最主要的煉鋼設備。通過設置在轉爐上方的轉爐氧槍，向轉爐內吹氧，精煉鋼水進行煉鋼。目前，各國通用的轉爐氧槍是由三層套管組成，內層鋼管通氧氣，氧氣通過紫銅的噴頭進行噴吹；冷卻水由中層鋼管進入，冷卻氧槍與噴頭；冷卻水經外層鋼管與中層鋼管之間的環縫返回。這種氧槍只有吹氧的功能。通過氧氣與鐵水中的碳、硅、錳、磷、硫及鐵等元素，進行化學反應，放熱進行煉鋼。除鐵水的內能外，不能引入外部熱源。

（2）新型多孔氧燃槍。多孔氧燃槍是一種具有燃燒和吹氧兩種功能的設備，既可以應用在鐵水包對廢鋼進行預熔預熱，又可以取代電爐供電設備或取代氧氣頂吹轉爐的普通轉爐氧槍來實現煉鋼。

圖1 多孔氧燃槍

如圖1所示，它由四層套管組成，四層套管由內向外依次形成氧氣通道1、燃氣通道2、冷卻水進水通道3和冷卻水的回水通道4，氧燃槍噴頭5于進氧氣通道、燃氣通道頭部出口對應處分別設氧氣噴孔7和燃氣噴孔6，進水通道和回水通道之間通過氧燃槍噴頭聯通，氧燃槍槍體上依次設置有與進氧氣通道1聯通的進氧氣支管8、與燃氣通道2聯通的進燃氣支管9，與冷卻水進水通道3聯通的進水支管10，與回水通道4聯通的回水支管11。同時向煉鋼爐內噴吹燃氣和氧氣，燃氣流股和氧氣流股形成伴隨流，每一股伴隨流，氧氣流股在中心，燃氣流股環繞在氧氣流股的周圍或者燃氣流股在中心，氧氣流股環繞在燃氣流股的周圍。

氧氣噴孔和燃氣噴孔的數目相同或呈一定倍數，噴孔數目為三孔、四孔、五孔、六孔的一定倍數。

氧燃槍的燃氣通道內使用可燃燒介質為煤氣、天然氣、石油液化氣或柴油。

3 鐵水包廢鋼預熔預熱新工藝

（1）工藝流程概述。轉爐裝鐵結束后，在100t規模的空鐵水包內加入5t～8t廢鋼，由多孔氧燃搶燃氣孔噴出的燃氣和氧氣噴孔噴出的部分氧氣，在鐵水包內燃燒，形成高溫火焰，并發出大量的熱量，實現對廢鋼的預熔預熱，至廢鋼快速預熱站進行廢鋼加熱，加熱時間5min～8min，加熱溫度至800℃左右，然后加蓋進行保溫，再轉移至煉鐵區加入鐵水。出鐵過程中，高溫鐵水將加熱烘烤過的廢鋼全部熔化。

鐵包廢鋼預熔預熱系統配套接入現有除塵系統。可以滿足高溫煙氣的除塵需要，粉塵單獨回收，風量核定按照氧燃槍氣體上限設計，約為20000Nm3/h。

轉爐廢鋼預熱系統不需增加額外水量，鐵包廢鋼預熱系統需增加設備冷卻水300m3/h。

控制系統為設備鐵水包廢鋼預熱成套設施。

（2）廢鋼技術經濟指標（理論計算）。按正常工況考慮，鐵水罐接鐵水110t、兌廢鋼4t～8t為基準，計算得出的鐵水包預熱廢鋼技術指標見表1。

表1 鐵水包預熱廢鋼技術指標（理論計算）

根據表1進行的測算，加廢鋼預熱800℃，鐵包廢鋼可增加8t左右（鐵水消耗降低80kg/t），但鐵水溫度降低36℃左右（按理論計算鐵水消耗升高36kg/t），最終可實現鐵水包廢鋼比最高位8%，并降低煉鋼鐵水消耗約40kg/t左右。

由于對轉爐裝鐵結束后的空鐵水包的余熱實現綜合利用，同時因為預熔預熱后減少鐵水溫降，縮短了轉爐冶煉所需要的時間，對企業實現節能減排起到一定作用。

3.3 廢鋼烘烤試驗實踐

廢鋼烘烤項目進行熱試兩個包次，分別為二期14#及6#鐵水包，測試情況見表2。

表2 鐵水包預熱廢鋼技術指標（試驗值）

烘烤結束拉至高爐接鐵水，接鐵水后廢鋼全部融化，撈渣及轉爐裝鐵過程未發現有結坨現象，達到相關技術指標要求（單次廢鋼加入量5t～8t，烘烤5min～8min，溫度500min～800min）。烘烤過程除塵系統良好，無煙塵溢出現象。

同時由上述數據可知，廢鋼烘烤后對鐵水溫度無明顯影響，但鐵水碳含量下降約0.20%，鐵水P含量降低約0.010%，與理論計算降低量基本一致。

廢鋼烘烤圖片見圖2。

4 優勢與特點

①由于帶來外部熱源，可大幅提高廢鋼比。②由于廢鋼比鐵水經濟并環保，特別是鐵水不足的鋼鐵公司，增加廢鋼裝入量，可以降低轉爐煉鋼成本，經濟效益顯著。③由于火焰溫度高，爐渣熔化快，可以縮短煉鋼時間，增加鋼產量。④由于化渣快、化渣好，有利于去除鋼中雜質，提高鋼的質量。⑤由于具有加熱功能，當鋼水溫度低時，可以快速升溫，有利于煉鋼的順利進行。⑥燃氣伴隨氧氣一起噴出，火焰溫度高，氧氣流股剛性好，穿透能力強，有利于溫度均勻。

圖2 廢鋼烘烤圖片

5 結論

本文通過敘述國內外增加轉爐廢鋼比冶煉技術，對國內某鋼鐵公司現有4#轉爐100t鐵水包建設預熔預熱處理工藝進行研究，使鐵水包廢鋼比最高為8%，理論上實現降低煉鋼鐵水消耗約40kg/t。同時因為預熔預熱后減少鐵水溫降，縮短了轉爐冶煉所需要的時間，對企業實現節能減排起到一定作用。