轉(zhuǎn)爐冶煉中爐外廢鋼的應(yīng)用

孫建新，馬兵書

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

廢鋼是一種可循環(huán)的再生資源，其回收和利用具有較高的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。使用1 t廢鋼鐵，可煉鋼約900 kg，可以替代鐵礦石1 600 kg，節(jié)約焦煤500 kg，廢氣排放量減少86%、廢水排放量減少76%、廢渣的排放可減少97%。用廢鋼煉1 t鋼可減少近1.6 t碳排放和1 t原煤消耗，同時(shí)大幅度降低噸鋼綜合能耗。

我國(guó)“十三五”規(guī)劃提出，到2020年，要把煉鋼廢鋼比提高到20%；工信部2015年12月出臺(tái)的《鋼鐵行業(yè)政策調(diào)整計(jì)劃》提出，到2025年要把廢鋼應(yīng)用比例提高到30%。對(duì)于鋼鐵廠，提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比，可以提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率，降低原材料生產(chǎn)成本，增加公司經(jīng)濟(jì)效益。因此，無論是從國(guó)家大政方針上，還是企業(yè)自身的經(jīng)營(yíng)效益上，提高廢鋼比是未來鋼鐵行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

根據(jù)廢鋼協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，2018年全國(guó)廢鋼鐵資源總量達(dá)到2.2億t，預(yù)計(jì)在2025年，我國(guó)鋼鐵蓄積量將達(dá)到 120 億 t，廢鋼年產(chǎn)出量超過 2.7～3.0 億 t；2030年，我國(guó)鋼鐵蓄積量達(dá)到132億t，廢鋼年產(chǎn)出量超過3.2～3.5億t。隨著我國(guó)鋼鐵蓄積量和廢鋼資源的增加以及廢鋼價(jià)格優(yōu)勢(shì)凸顯，在未來20年內(nèi)，我國(guó)廢鋼資源總量將非常充足。

我公司高爐生產(chǎn)能力小于煉鋼的生產(chǎn)能力，以前廢鋼的價(jià)格高于鐵水成本且鋼材始終處于微利或無利狀態(tài)，導(dǎo)致煉鋼的產(chǎn)能不能全部釋放。2016年廢鋼價(jià)格持續(xù)走低，給煉鋼全面釋放產(chǎn)能奠定了基礎(chǔ)。

加入轉(zhuǎn)爐的廢鋼數(shù)量受如下因素的限制：（1）廢鋼的種類及規(guī)格；（2）轉(zhuǎn)爐爐口尺寸；（3）廢鋼槽尺寸；（4）廢鋼吊車；（5）生產(chǎn)節(jié)奏；為此我們開發(fā)了在鐵水罐、爐后鋼包、鋼包爐等多點(diǎn)的爐外廢鋼加入工藝。

1 在鐵水罐加廢鋼

1.1 鐵水罐加入廢鋼種類及加入時(shí)機(jī)

鐵水罐內(nèi)的廢鋼主要以破碎料和鋼筋壓塊為主。在完成轉(zhuǎn)爐兌鐵以后，將破碎料或鋼筋壓塊加入鐵水罐。

1.2 鐵水罐加入廢鋼的優(yōu)點(diǎn)

（1）減少鐵水罐的溫降，對(duì)廢鋼進(jìn)行預(yù)熱。

（2）鐵水罐加廢鋼解決爐前轉(zhuǎn)爐一次性加入廢鋼量過大，縮短了轉(zhuǎn)爐加廢鋼的時(shí)間和降低了因廢鋼量過大入爐難度，轉(zhuǎn)爐因每爐加廢鋼時(shí)間減少縮短30s，為提高轉(zhuǎn)爐的冶煉節(jié)奏打下基礎(chǔ)。

1.3 鐵水罐加入廢鋼實(shí)踐

鐵水罐包容100 t，加入廢鋼7 t，出鐵量88 t，鐵水罐空包溫度1 100℃、出鐵溫度1 490℃、出鐵到煉鋼廠鐵水溫度1 300℃。鐵水罐加入廢鋼前后的溫度變化見表1。

1.4 鐵水罐加廢鋼后，轉(zhuǎn)爐冶煉操作數(shù)據(jù)

在如上鐵水條件下，入爐鐵水(含廢鋼7 t)95 t、爐前加入廢鋼27 t、轉(zhuǎn)爐出鋼量113 t，高位料倉(cāng)1.5t、入爐鐵水罐測(cè)溫 1 300 ℃、石灰加入量 3.0 t、輕燒白云石2.0t，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度可以達(dá)到1 600℃。

此時(shí)轉(zhuǎn)爐的操作指標(biāo)為：鐵水量778.761 kg/t，廢鋼 300.885 kg/t，廢鋼比 27.87%，石灰消耗 26.55 kg/t，白云石 17.7 kg/t，渣中氧化鐵（法 FeO+Fe2O3）23%。

2 爐后鋼包中加廢鋼

2.1 爐后加入廢鋼種類及加入時(shí)機(jī)

轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，從轉(zhuǎn)爐高位料倉(cāng)向鋼包中加入一定量的廢鋼。廢鋼品種為：無油無水的沖子料、破碎料、鋼筋頭、硅鋼片、高錳生鐵塊。

2.2 爐后加入廢鋼優(yōu)點(diǎn)

（1）廢鋼的收得率高，達(dá)到99%。

（2）降低了脫氧劑的使用量，尤其是出鋼過程加入高錳生鐵塊，節(jié)約了大量的合金成本。

2.3 爐后加廢鋼與否對(duì)鋼種冶煉的影響

以Q235B為例。在冶煉Q235B鋼種時(shí)，上述品種的廢鋼在爐后出鋼過程中使用，實(shí)踐數(shù)據(jù)證明鋼坯低倍組織和軋制后帶鋼機(jī)械性能完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。爐后加廢鋼與否對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量沒有造成影響。爐后是否加廢鋼Q235B中低倍組織的對(duì)比見表2。爐后是否加廢鋼Q235B機(jī)械性能的對(duì)比見表3。

2.4 爐后出鋼過程加高錳生鐵與鋼筋頭的成本優(yōu)勢(shì)比較

高錳鐵在爐后應(yīng)用的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表4。

爐后加1 t高錳生鐵與1 t鋼筋頭廢鋼比較（平均出鋼量112.5 t），化學(xué)成分及降低合金量見表5。

爐后鋼包加入1 t高錳鐵塊（Fe收得率約13.46%）與 1 t鋼筋頭廢鋼（Fe收得率約 1.93%）比較減少 Fe收得率 11.53%，減少鋼產(chǎn)量 115.3 kg。

材料單價(jià)：鋼坯價(jià)格3448.00元/t，高錳鐵塊單價(jià) 2737.44 元/t，廢鋼 2578.67 元/t，增碳劑 2652.60元/t，硅錳合金 7529.69 元/t，硅鐵合金 5989.76 元/t。

1t高錳鐵塊與1t鋼筋頭廢鋼比較見表6。

消耗1t高錳鐵對(duì)比1t爐后廢鋼效益增加值：44.8+631.74+164.20-397.55-158.77=284.42 元。

每月按照消耗2000t高錳生鐵塊計(jì)算，可以節(jié)約成本56.88萬(wàn)元，全年可以降低消耗682.61萬(wàn)元。

3 LF精煉爐處理過程中廢鋼的使用

3.1 LF精煉爐加入廢鋼種類及加入時(shí)機(jī)

LF精煉爐處理過程使用的廢鋼品種和規(guī)格主要是無油無水80 mm以下的沖子料、80 mm以下的鋼筋切頭，通過精煉爐的料倉(cāng)加入鋼包。

3.2 LF精煉爐加入廢鋼的數(shù)量

根據(jù)LF精煉爐鋼水進(jìn)站溫度和在站處理時(shí)間確定具體的使用量。

3.3 精煉加熱補(bǔ)償時(shí)的廢鋼加入量計(jì)算

1 000 kg廢鋼熔化并加熱至1 590℃所需熱量：

1 000×0.637×（1515-25）+1 000×0.837×（1 590-1 515）+1 000×272=1 283 905 kJ式中，1000 為廢鋼加入量，kg；0.637 為廢鋼固態(tài)平均熱容，kJ/kg·K；1 515為Q235B液相線溫度，℃；25為廢鋼初始溫度，℃；0.837 為液態(tài)鋼水平均熱容，kJ/kg·K；1 590為加熱終點(diǎn)溫度，℃；272為廢鋼熔化潛熱，kJ/kg。

表2 爐后是否加廢鋼Q235B機(jī)械性能的對(duì)比

表3 爐后是否加廢鋼Q235B機(jī)械性能的對(duì)比

表4 高錳鐵在爐后應(yīng)用的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)

表5 化學(xué)成分及降低合金量

表6 1 t高錳鐵塊與1t鋼筋頭廢鋼比較

精煉通電加熱功率為18MVA，鋼水靜置溫降按1.2℃/min考慮，最大升溫速度4℃/min,則通電加熱20 min，對(duì)精煉爐加熱熱效率η，進(jìn)行估算：

η=100×1 000×0.837×（1.2+4）/（18 000×60）=0.40 式中，1 000 為廢鋼加入量，kg；0.837 為液態(tài)鋼水平均熱容，kJ/kgK；1.2 為鋼水靜置溫降，℃/min；4為鋼水升溫速度，℃/min；18 000為變壓器加熱功率，kVA；60為 1 h的分鐘數(shù)，min。

則加熱 20 min可加廢鋼量=(18 000×20×60×0.4-100×1 000×0.837×1.2×20)/1 283 905=5.16 t 3.4 LF精煉爐加入每噸廢鋼成本

LF精煉爐每噸廢鋼熔化并加熱至1 590℃所需熱量 1 283 905 kJ，耗電量 1 283 905 kJ/3 600=356.64kWh。

電極消耗：356.64×0.0115=4.1 kg

廢鋼價(jià)格 3 000 元/t，電價(jià)格 0.69 元/kWh，電極價(jià)格32 000元/t。

LF精煉爐加入每噸廢鋼成本 1/0.98×3 000+0.69×356.64+4.1×32 000/1 000=3438.5 元/t，鋼水澆鑄成本及大包耐材費(fèi)用68元/t。

從LF精煉爐加入廢鋼產(chǎn)1t鋼坯成本大約3506.5元，按照當(dāng)期鋼坯市場(chǎng)價(jià)格3580元/t計(jì)算每噸廢鋼效益73.5元。

全年產(chǎn)鋼54 000爐，每爐加入廢鋼2.5 t，全年增加鋼產(chǎn)量=54 000×2.5×0.98=132 300 t，增加效益=132 300×73.5=972.41 萬(wàn)元。

4 結(jié)論

轉(zhuǎn)爐爐外使用廢鋼，只要執(zhí)行相應(yīng)的工藝，完全能保證鋼坯的質(zhì)量?？梢酝ㄟ^爐外增加廢鋼的使用量來增加鋼水冶煉的廢鋼比，其中在鐵水罐出鐵前、轉(zhuǎn)爐出鋼過程、LF精煉過程比較合理。通過爐外廢鋼的使用可以進(jìn)一步降低鐵耗，尤其是高爐產(chǎn)能不能滿足轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能的企業(yè)，更是提高鋼產(chǎn)量的手段。轉(zhuǎn)爐出鋼過程加入鋼包高錳生鐵較鋼筋短頭廢鋼，每年可以降低682.61萬(wàn)元成本。LF精煉爐加入廢鋼每年可以增加鋼產(chǎn)量 13.23 萬(wàn) t，創(chuàng)效益 972.41 萬(wàn)元。