低鐵耗條件下提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比的冶煉工藝優(yōu)化

張國(guó)裕，王志強(qiáng)

（西寧特殊鋼集團(tuán)有限責(zé)任公司，青海 西寧 810005）

廢鋼是轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)所用到金屬料的主要成分，通過(guò)提高廢鋼比可以有效降低鐵水消耗、節(jié)約煉鋼成本，但在提高廢鋼比的同時(shí)也意味著熱量支出的增加，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐內(nèi)的熱平衡被打破，對(duì)出鋼條件造成一定影響?；诖耍绾吾槍?duì)傳統(tǒng)冶煉工藝進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)低鐵耗、高廢鋼比的目標(biāo)，成為本文所探討的主要問(wèn)題。

1 低鐵耗、高廢鋼比對(duì)于煉鋼工藝的影響分析

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

基于物料平衡結(jié)果進(jìn)行由時(shí)段至?xí)r段范圍內(nèi)總焓量的計(jì)算，其計(jì)算公式為：

（2）低鐵耗、高廢鋼比對(duì)煉鋼工藝的影響。設(shè)該轉(zhuǎn)爐公稱(chēng)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(guī)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(qiáng)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(zhuǎn)爐廢鋼比的條件下，將廢鋼比控制在15%以?xún)?nèi)時(shí)可達(dá)到最優(yōu)冶金指標(biāo)，而當(dāng)廢鋼比超出20%時(shí)冶金指標(biāo)最差，在此過(guò)程中還需保障前期熔池溫度、彌補(bǔ)熱量不足問(wèn)題，以此保障出鋼質(zhì)量、提高生產(chǎn)效益[1]。

2 低鐵耗條件下通過(guò)優(yōu)化冶煉工藝提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比的實(shí)踐策略探討

2.1 添加動(dòng)力煤增熱劑方案

（1）增熱劑的選取。將增熱劑加入轉(zhuǎn)爐中可以起到增加熱量、提高廢鋼比的作用，當(dāng)前鋼廠常用增熱劑包含以下兩類(lèi)：其一是金屬系增熱劑，借助氧化熱反應(yīng)實(shí)現(xiàn)增溫目標(biāo)，然而氧化反應(yīng)生成的SiO2、Al2O3等反應(yīng)物將導(dǎo)致?tīng)t渣堿度下降，降低鐵、錳的收得率，進(jìn)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(diào)節(jié)爐渣堿度，降低爐襯侵蝕速度，且不會(huì)造成渣量增加問(wèn)題，因此推薦使用。但在使用碳系增熱劑的過(guò)程中還需兼顧硫含量問(wèn)題，綜合多重因素推薦選取動(dòng)力煤塊作為增熱劑，用以維持轉(zhuǎn)爐內(nèi)的熱平衡條件，實(shí)現(xiàn)提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比的目標(biāo)。

（2）加入量設(shè)計(jì)。從理論層面入手，每向熔池內(nèi)加入1kg動(dòng)力煤，其燃燒釋放出的熱量可熔化廢鋼量，其中動(dòng)力煤的平均煤燃值為25700kJ/kg，利用系數(shù)取值為20.5%～23.5%，冷卻效應(yīng)取值為1390kJ/kg，將上述參數(shù)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(dòng)力煤可增加3.79t～4.34t廢鋼。從實(shí)踐層面入手，選取某公稱(chēng)容量為50t的轉(zhuǎn)爐作為研究對(duì)象，在鐵水成分、10t廢鋼等條件不變的情況下，加入1000kg動(dòng)力煤可使轉(zhuǎn)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(dāng)加入1t動(dòng)力煤后可增加廢鋼量2.5t，利用系數(shù)為14%。

關(guān)于理論值與實(shí)際增量間出現(xiàn)偏差的原因，可歸納為以下兩項(xiàng)因素：其一是加入時(shí)機(jī)的選取，應(yīng)將動(dòng)力煤的加入時(shí)機(jī)選定為開(kāi)吹前5min～6min左右，保障熱效率得以充分發(fā)揮；其二是加入過(guò)程中的損耗問(wèn)題，在轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中加入動(dòng)力煤，有可能會(huì)引發(fā)爐渣漂浮、動(dòng)力煤被爐渣包裹的情況，影響到熱效率的發(fā)揮，并且在此過(guò)程中伴隨氣流沖出還會(huì)產(chǎn)生部分粉煤損失的情況，進(jìn)而減少實(shí)際加入量。選取動(dòng)力煤加入時(shí)機(jī)與整體冶煉周期進(jìn)行比較，在向爐內(nèi)加入800kg動(dòng)力煤后，加入廢鋼、開(kāi)吹，其冶煉周期較以往延長(zhǎng)約3min；在爐內(nèi)留渣，依次加入石灰、廢鋼和800kg動(dòng)力煤，待渣冷卻后加入鐵水、開(kāi)吹，冶煉周期增加6min；將渣倒出后加入800kg動(dòng)力煤，冶煉周期增加5min。

（3）造渣制度調(diào)整。將廢鋼加入量由120kg/t增至200kg/t，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫結(jié)果表明爐內(nèi)溫度呈現(xiàn)出大幅波動(dòng)，在廢鋼未完全熔化時(shí)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(duì)其造渣制度進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。結(jié)合有關(guān)動(dòng)力煤加入時(shí)機(jī)的選取要點(diǎn)，針對(duì)先加入廢鋼和鐵水、隨后同時(shí)加入首批渣料和動(dòng)力煤的工藝方法進(jìn)行改進(jìn)，調(diào)整氧槍槍位，伴隨冶煉時(shí)間的推移將氧化鐵皮、輕燒白云石、煤、石灰等加入量進(jìn)行調(diào)整，以此尋求最優(yōu)造渣操作方法，可以有效加快化渣速度，同時(shí)減少返干現(xiàn)象、解決噴濺問(wèn)題，有效保障冶煉過(guò)程中的穩(wěn)定性。

（4）技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。通過(guò)選取動(dòng)力煤作為增熱劑可有效提高轉(zhuǎn)爐熱效率，每噸鋼轉(zhuǎn)爐加入16kg～20kg動(dòng)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(chǎn)150萬(wàn)噸煉鋼廠為例，采用添加動(dòng)力煤作為增熱劑這一工藝方法，全年經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)1200萬(wàn)元，累計(jì)廢鋼消耗量達(dá)12萬(wàn)噸，具有顯著的經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益。

2.2 爐后增加廢鋼用量方案

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

（2）增設(shè)爐后廢鋼料倉(cāng)。選取合格廢鋼碎料，將其加入底開(kāi)式料罐內(nèi)，運(yùn)輸至料倉(cāng)，隨后將其預(yù)熱至600℃～800℃，振動(dòng)給料器，中間稱(chēng)量料倉(cāng)，最終調(diào)運(yùn)至鋼包處。采用該方法可以有效實(shí)現(xiàn)廢鋼的快速預(yù)熱，但需注重針對(duì)廢鋼碎料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，配合吹氬攪拌操作，在爐后廢鋼料倉(cāng)中實(shí)現(xiàn)廢鋼預(yù)熱。

（3）出鋼環(huán)節(jié)加入廢鋼。先將鋼包車(chē)運(yùn)輸至轉(zhuǎn)爐出鋼處，待轉(zhuǎn)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(jìn)行攪拌，再將其調(diào)運(yùn)至鋼包爐處。在此過(guò)程中，采用“一罐制”工藝向轉(zhuǎn)爐內(nèi)加入鐵水，注重合理調(diào)節(jié)鐵水與廢鋼中碳、硅、錳、磷、硫等成分的含量，配合100t鐵水罐進(jìn)行運(yùn)輸，其出鐵溫度可達(dá)到1490℃；在轉(zhuǎn)爐冶煉環(huán)節(jié)，注重控制終點(diǎn)鋼水的化學(xué)成分，設(shè)碳為0.05%～0.1%、錳為0.3%～0.4%、磷為0.3%、硫?yàn)?.03%，最終冶煉時(shí)長(zhǎng)約為27min、出鋼量為110t，出鋼溫度為1600℃，廢鋼比可達(dá)31.67%；在轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束后，結(jié)合鋼水溫度向其中加入1t～3t廢鋼，待吊運(yùn)后將其加熱至1580℃、送連鑄，可使最終廢鋼比達(dá)到32.9%，具有顯著的應(yīng)用價(jià)值。

（4）效益分析。以某鋼廠為例，該鋼廠于2018年采用在出鋼環(huán)節(jié)加入廢鋼的方法，較2017年節(jié)約190717t標(biāo)準(zhǔn)煤，噸鋼能耗同比減少42.29kg標(biāo)準(zhǔn)煤。同時(shí)，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(zhuǎn)變?yōu)?.302kg/t，CO2排放量由1803kg/t減少至1287kg/t，有效減少環(huán)境污染，發(fā)揮了顯著的環(huán)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(jìn)行冶煉，在煉鋼前進(jìn)行提釩處理，將鐵水內(nèi)的釩、鈦元素取出后，實(shí)行半鋼冶煉。其工藝流程為：高爐鐵水——采用200t提釩爐提釩——運(yùn)用200t脫硫站噴吹脫硫——運(yùn)用200t煉鋼爐煉鋼——鋼水精煉——連鑄。選取自產(chǎn)、外購(gòu)廢鋼作為煉鋼轉(zhuǎn)爐廢鋼，針對(duì)鐵水質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化，在提釩環(huán)節(jié)注重控制反應(yīng)溫度，調(diào)節(jié)爐渣內(nèi)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(zhuǎn)爐廢鋼比。

（2）增加廢鋼消耗。要想確保釩收率滿(mǎn)足冶煉要求，需在前期注重將FeO含量控制在45%以上，分多個(gè)批次向其中加入冷卻劑，以此調(diào)節(jié)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(qiáng)度符合要求的基礎(chǔ)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(shí)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(yōu)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(jìn)行提溫，可使廢鋼消耗同比增加16kg/t～23kg/t，進(jìn)而使轉(zhuǎn)爐廢鋼消耗達(dá)到65kg/t；其二是降低轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐廢鋼消耗增加4.3kg/t；其三是降低爐內(nèi)熱損耗，結(jié)合轉(zhuǎn)爐實(shí)際情況增加留渣比例，當(dāng)留渣比例由34%提高到57%時(shí)可使廢鋼消耗水平增加4kg/t，當(dāng)轉(zhuǎn)爐內(nèi)渣量由50kg/t減少至45kg/t時(shí)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(jìn)行溫度補(bǔ)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(dá)到67.8kg/t鋼，廢鋼比達(dá)7%～10%。

3 結(jié)論

在低鐵耗條件下提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比可以有效增加鋼產(chǎn)量、降低噸鋼能耗，既有助于提高鋼廠生產(chǎn)效益，同時(shí)還能夠大幅減少環(huán)境污染。對(duì)此鋼廠還需結(jié)合自身轉(zhuǎn)爐設(shè)備配置情況與生產(chǎn)工藝技術(shù)水平，綜合運(yùn)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(jìn)一步促進(jìn)鋼廠綜合效益的顯著提升。