高廢鋼比轉爐冶煉工藝優化

孫實慶，梁靜召，朱世杰，王志磊

(1.河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067000；2.河鋼股份有限公司，河北 石家莊 050023)

隨著當前碳達峰、碳中和發展的需要，對鋼鐵工業的發展也提出了新的要求，鋼鐵工業如何實現碳達峰發展的需要，在嚴格控制產能的基礎上要不斷的減少CO2的排放量，在轉爐為主流的鋼鐵生產企業中，如何減少CO2的排放量，就要從源頭上減少煤炭的消耗。減少鐵水的使用量，增加冶煉過程中廢鋼的使用量，從而降低冶煉過程中煤炭的使用量，降低能源的消耗，減少CO2的排放量，因此，在轉爐生產過程中增加廢鋼的使用量，用廢鋼來替代部分鐵礦石，對降低能源消耗，降低碳排放有重要的意義。目前在鋼鐵行業中鐵耗控制好的企業，鐵耗控制水平在750 kg/t，隨著鐵耗的逐漸降低，傳統的轉爐冶煉工藝已經不能適應當前低鐵耗轉爐生產工藝的要求，因此，在高廢鋼比的情況下，對轉爐的工藝進行優化，分不同的工位分批次加入廢鋼，滿足轉爐加廢鋼的需要。本文就結合150噸轉爐在高廢鋼比冶煉過程中遇到的問題進行分析，闡述高廢鋼比轉爐冶煉工藝。

1 高廢鋼比存在的問題

在轉爐生產過程中，隨著廢鋼加入量的增加，生產過程中需要更多的熱量來熔化廢鋼，因此，要想在轉爐冶煉過程中提升廢鋼加入量就需要滿足熱量的要求，這就涉及到轉爐生產中熱平衡和物料平衡。因此在轉爐生產過程中，需要想辦法提高熱量，減少熱量的散失，保證溫度才能提升廢鋼的加入量。轉爐的物料平衡主要是指在煉鋼生產過程中加入的廢鋼、石灰、鎂球、礦石等，以及在煉鋼中產出的爐渣、噴濺等物料。熱量平衡是指鐵水的物理熱、元素氧化產生熱、碳氧反應熱；熱量損失是廢鋼、冷料吸收的熱，煙塵和噴濺帶走熱爐料分解熱、輻射熱等。減少熱量的損失或通過其他手段來提升熱量都能增加廢鋼的加入量。

在高廢鋼比的轉爐生產工藝中，隨著廢鋼加入量的增加，在操作過程中，加入廢鋼的次數，行車的運行速度，爐口的大小以及氧槍吹氧量的大小都會對冶煉周期產生影響；冶煉周期延長勢必會造成鋼產量的降低，這不符合增加廢鋼比，提產降耗的目標要求。因此，在高廢鋼比轉爐冶煉中，必須做好廢鋼加入和冶煉周期之間的平衡，不能因為廢鋼量的增加，影響轉爐的冶煉周期。

2 增加廢鋼比的工藝操作

在轉爐冶煉過程中廢鋼的加入量多少和生產工藝和熱量的平衡有直接關系，在目前鋼鐵企業生產的過程中高廢鋼比主要通過溫度的補償來實現。熱平衡主要包含轉爐生產過程中碳、硅、錳等元素氧化帶來的熱量，還包含轉爐爐渣帶走熱量及過程中的溫降。

2.1 對廢鋼進行預熱

理論上，在轉爐生產中，廢鋼的加入量在16%～17%左右，當廢鋼的比例大于16%～17%時就需要熱量的補償，廢鋼預熱是通過外部熱源將使用對廢鋼進行加熱，減少在廢鋼使用過程中吸收的熱量，提升廢鋼的使用量。一般情況下的廢鋼預熱使用的主要是煉鋼生產過程中產生的廢氣，對廢鋼進行預熱，這種預熱的廢鋼溫度較低，一般情況下可預熱到300 ℃左右，因為使用的是廢氣，生產成本較低。另一種途徑是通過轉爐煤氣或高爐煤氣對廢鋼進行專項烘烤，廢鋼烘烤10分鐘能達到800～1 000 ℃，通過對廢鋼進行預熱能大大降低在廢鋼使用過程中的吸熱，增加廢鋼的使用量，理論上廢鋼的加入比例為34%左右。

2.2 使用升溫劑外加熱源

熱量的損失是影響廢鋼加入量的主要因素，在高廢鋼比的工藝條件下轉爐生產過程中，隨著廢鋼的加入量增加，轉爐內的溫度會逐漸地降低；可以通過增加焦炭、碳化硅等低價的升溫物料[1]，給轉爐提供足夠的外部能源，抵消廢鋼熔化吸收的熱量。為提升焦炭、焦丁或碳化硅發熱物料的精準加入，一般情況下是通過高位料倉和遭渣物料一同加入，提升物料的利用率，降低成本。

2.3 少渣留渣操作工藝

煉鋼過程中爐渣屬于副產品，在生產過程中多余的爐渣會在冶煉結束后倒掉，倒掉的爐渣會帶走熱量；在生產過程中一方面通過少渣量減少爐渣帶走熱量；另一方面在轉爐冶煉終點在轉爐內留一部分爐渣，留渣能帶來部分物理熱的同時，留渣操作能使在冶煉初期快速形成堿性渣，增加石灰的溶解速度，減少冶煉過程中優質石灰的加入量，將轉爐的終點渣的堿度按照3.3～3.4進行控制，對加入的渣料進行計算，根據以往的渣料經驗計算，輕燒白云石的加入量為1.2噸/爐、鎂球的加入量為500公斤/爐，石灰的加入量為2 700公斤/爐，這樣的渣料配比，既能起到爐襯保護的作用，還能減少外來物料的加入量，減少外來物料融化所需要的熱量，通過少渣和留渣工藝操作在減少爐渣熱量帶走的同時，減少爐渣的使用量(見表1)，理論上，每減少10 kg渣量，可增加5～8 kg/t廢鋼用量[2]，減少熱量的吸收，有效地提高廢鋼的加入量。

表1 不同造渣工藝對廢鋼的影響

2.4 過程溫度精準把控

煉鋼的過程中對溫度的把控至關重要，溫度是煉鋼的生命線，各環節都要對溫度進行精準的控制，從鐵水的溫度、煉鋼終點的溫度、鋼包的溫降、出鋼過程的溫降、運輸過程中的保溫措施等方面對煉鋼的溫度進行控制，尤其是煉鋼終點溫度和出鋼過程的溫降，終點溫度降低1 ℃就能多加入2 kg的廢鋼[3]，轉爐終點溫度降低增加廢鋼加入量的同時，還能降低吹損，降低鋼鐵料消耗。

鋼包全程加蓋技術，從轉爐——連鑄——連鑄對鋼包進行全程加蓋，加蓋率達到97%，對鋼包加蓋前后的溫降進行對比，鋼包加蓋后減少鋼包在運輸過程中鋼包口向周圍環境產生的輔熱，通過統計，鋼包加蓋后溫降能減少6～8 ℃[5]；通過對出鋼口的優化，將內徑為150 mm的出鋼口，優化到內徑為160 mm的出鋼口，過鋼面積增加了15%，降低轉爐的出鋼時間30 s，減少在出鋼過程的溫降，通過統計，出鋼口優化后，減少出鋼過程中的溫度損失為10～15 ℃。

3 增加廢鋼比的工序

在傳統的煉鋼工藝中，廢鋼主要從轉爐中加入，在廢鋼加入過程中受到轉爐爐口尺寸、廢鋼斗、冶煉節奏、終點吹煉溫度等影響，廢鋼的加入量受到限制。在高廢鋼比的工藝中，為增加廢鋼的加入量，可從不同的工位加入廢鋼，根據當前煉鋼生產工藝流程，從魚雷灌、鐵水包、轉爐、精煉爐、鋼包等不同工位加入廢鋼，提升廢鋼的配比，降低鐵耗。

3.1 鐵水罐或鐵包加入

鐵水罐或鐵包中加入廢鋼，首先利用鐵水包的預熱對廢鋼進行預熱，但在鐵水包中加入廢鋼會造成鐵水的溫度下降，如果加入的量過大，會造成鐵水包底部結冷鋼，在此工位加入廢鋼要控制廢鋼的加入量。因此，配合預熱裝置對鐵水罐(或鐵包)內部廢鋼進行預加熱的情況下是最好的選擇。

3.2 轉爐加入

在轉爐中加入廢鋼是常見的廢鋼加入方式，隨著鐵耗的降低，轉爐廢鋼加入比例不斷地增加；為了配合廢鋼比例的提升，廢鋼斗、轉爐的爐口、轉爐的氧槍都在不斷地優化[4]；轉爐主要加入的廢鋼類型有重型廢鋼、熱壓鐵塊、破碎料配加自產廢鋼；在轉爐冶煉過程中考慮到轉爐的熱平衡情況，轉爐最經濟的鐵耗在850～870 kg/t，在此鐵耗下不使用氧化鐵皮球、礦石等冷料進行降溫，熱量做到相對平衡，減少熱量的損失，實現最優的冶煉工藝。

3.3 爐后加入

出鋼前在鋼包跨利用天車吸盤向鋼包內加廢鋼，鋼包跨天車加裝吸盤，向鋼包內加鋼筋切頭、沖豆廢鋼及板邊等優質廢鋼，能夠降低鐵耗30～50 kg/t。這種方式配合鋼包預熱廢鋼設備對廢鋼進行預熱更經濟，效益能達到400元/噸廢鋼。

另外爐后通過加料孔加廢鋼，設計、制作專用料斗，改造叉車，在出鋼過程中，通過加料孔向鋼包內加入鋼筋切頭、破碎料等廢鋼1～2 t，也能降低鐵耗5～10 kg/t。

3.4 精煉加入

精煉加入廢鋼，主要加入的是鋼筋切頭，粒子鋼等廢鋼，廢鋼的綜合收得率能達到98%左右；精煉加廢鋼要考慮鋼包的凈空和加入的方式，通常情況下廢鋼在精煉加入是通過漏斗的方式，也有的企業是將鋼筋切頭加入到料倉中，精煉過程中隨輔料一同加入，廢鋼的加入量能更加準確的控制，在精煉工位一般廢鋼的加入量在10噸左右，降鐵耗在80～90 kg/t。

4 結 論

綜上所述，在高廢鋼比的生產工藝中，需要不斷模擬廢鋼加入和工藝的匹配，通過熱量平衡，生產工藝優化，不斷降低鐵耗，在降低能耗的情況下，降低轉爐生產成本，拓展原料渠道，實現經濟合理的冶煉工藝控制。

(1)轉爐高廢鋼比的冶煉工藝，尤其是在傳統的高爐——轉爐冶煉工藝中，增加廢鋼比能有效地減少對鐵礦石的使用量，突破了轉爐對原料的限制。

(2)通過轉爐高廢鋼比的工藝優化，能減少石灰、白云石等造渣物料的使用量；減少煉鋼冷料的使用量，減少熱量的流失，為降低煉鋼成本奠定基礎。

(3)廢鋼加熱技術能快速的將廢鋼加熱到800 ℃以上，廢鋼的加熱技術為轉爐高廢鋼比煉鋼工藝提供了強大的基礎。

(4)不同工位的廢鋼加入工藝，打破了轉爐爐口尺寸、廢鋼斗、冶煉周期的限制環節，提高了廢鋼比。