南鋼煉鋼降低鐵耗促進(jìn)節(jié)能減排的生產(chǎn)實(shí)踐

張紅軍 呂長(zhǎng)海

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇南京 210000）

1 前言

隨著氣候變化的不斷發(fā)展，極端天氣及自然災(zāi)害事故引起人們的關(guān)注，其中溫室氣體CO2的排放對(duì)此影響最大，對(duì)氣候變化的影響度占50%以上。世界能源公布了2020年全球CO2排放數(shù)據(jù)，全球CO2排放量達(dá)到323.1億噸，與前一年相比降低6.2%[1-2]。在鋼鐵制造過(guò)程中，大量的碳基材料及化石燃料被消耗，排放的CO2對(duì)全球的貢獻(xiàn)約占6%-7%[3]。針對(duì)降低CO2排放，各國(guó)均開(kāi)展了減排技術(shù)的研究，2021 年中鋼協(xié)發(fā)布了《鋼鐵擔(dān)當(dāng)，開(kāi)啟低碳新征程--推進(jìn)鋼鐵行業(yè)低碳行動(dòng)倡議書(shū)》，倡議書(shū)中提出要力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)。

2 南鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝介紹及低鐵耗冶煉制約因素分析

2.1 南鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝介紹

南鋼第一煉鋼廠有三座150噸轉(zhuǎn)爐，精煉設(shè)備為L(zhǎng)F 和RH，采用板坯連鑄生產(chǎn)中厚板，主要鋼種為工程機(jī)械、管線(xiàn)鋼、高強(qiáng)鋼、耐磨、低溫容器等。鐵水預(yù)處理主要對(duì)鐵水進(jìn)行脫硫、扒渣，采用KR 脫硫工藝，將鐵水S 脫至0.005%以下。轉(zhuǎn)爐煉鋼的金屬料包括鐵水、廢鋼及少量鐵塊，輔料主要為石灰、白云石，冷卻劑為燒結(jié)礦、白云石，轉(zhuǎn)爐根據(jù)鐵水Si 含量，選擇合適的造渣工藝組織生產(chǎn)。

2.2 南鋼轉(zhuǎn)爐低鐵耗冶煉制約因素

（1）轉(zhuǎn)爐在低鐵耗冶煉時(shí)，由于熱量不足，造成轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)不穩(wěn)定，容易溢渣噴濺，總體冶煉損失及消耗較高，應(yīng)配加一定量的發(fā)熱劑。

（2）轉(zhuǎn)爐廢鋼加入方式單一，單純從轉(zhuǎn)爐增大廢鋼用量的方法，加劇了上述問(wèn)題的發(fā)生，應(yīng)考慮綜合降低鐵耗的方法。

（3）廢鋼的堆比重低，不滿(mǎn)足料槽配重，應(yīng)多方尋找試驗(yàn)高堆比重廢鋼料型。部分廢鋼料型油污重、尺寸過(guò)小，易粘爐底，在轉(zhuǎn)爐冶煉前期易低溫噴濺。

3 南鋼轉(zhuǎn)爐低鐵耗煉鋼工藝優(yōu)化及對(duì)節(jié)能減排的影響分析

3.1 優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程

轉(zhuǎn)爐煉鋼的造渣方法有單渣法、雙渣法，冶煉初期采用雙渣法工藝生產(chǎn)低磷鋼種，在吹煉前期倒渣，之后重新造渣，直至吹煉結(jié)束，其脫磷率可達(dá)94.5%及以上，該方法適用于鐵水Si高、P高的情況，同時(shí)對(duì)冶煉鋼種的終點(diǎn)成分要求較高的鋼種。

通過(guò)改進(jìn)吹煉過(guò)程的槍位、氧槍頭參數(shù)及原輔料的質(zhì)量等方法，實(shí)現(xiàn)了單渣法工藝冶煉低磷鋼，在吹煉過(guò)程中不倒渣，直至吹煉結(jié)束，通過(guò)吹煉工藝的優(yōu)化，其脫磷率也可達(dá)到94.5%以上，滿(mǎn)足了一般低磷鋼種的生產(chǎn)需求，同時(shí)輔料消耗顯著降低。

為了提高低鐵耗下轉(zhuǎn)爐前期的化渣速度，由不留渣改為留渣操作，提高熱渣比例，降低冷物料的加入量，減少吹煉前期的鐵損。

3.2 優(yōu)化廢鋼原料種類(lèi)

針對(duì)前面提出的問(wèn)題，重點(diǎn)解決了廢鋼種類(lèi)問(wèn)題，料槽廢鋼以精剪、鋼板廢料、破碎料及鋼筋切粒搭配自產(chǎn)為主，同時(shí)采購(gòu)部分生鐵塊廢鋼，配合使用部分硅碳質(zhì)發(fā)熱劑，優(yōu)化前后的廢鋼料型見(jiàn)圖1。

圖1 優(yōu)化前后不同的廢鋼料型

以穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐冶煉為中心、兼顧爐料結(jié)構(gòu)綜合性?xún)r(jià)比最優(yōu)，分別試驗(yàn)了800kg/t-920kg/t鐵耗下的廢鋼料槽配料模型。當(dāng)鐵耗為875kg/t 及以下時(shí)，料槽廢鋼總量大于30t，優(yōu)先配普通料型廢鋼，嚴(yán)控高堆比重廢鋼使用量；當(dāng)鐵耗為820kg/t及以下時(shí)，料槽廢鋼配重以41t為上限，其余使用高位料倉(cāng)和合金倉(cāng)加料方式，綜合降低鐵水比，穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程。

3.3 操作工藝的精細(xì)化

試驗(yàn)大馬赫數(shù)氧槍頭，動(dòng)態(tài)調(diào)整總裝入量，提高熔池的沖擊深度比，加大熔池的攪拌，提高化渣效果和脫碳速率。加大對(duì)原輔料的抽查，特別是石灰的質(zhì)量控制，對(duì)于單渣法低鐵耗生產(chǎn)低磷鋼，石灰質(zhì)量直接影響脫磷效果。控制溢渣和噴濺發(fā)生次數(shù)，可有效降低金屬料損失和熔池的熱損失。通過(guò)操作工藝的精細(xì)化管理，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)一倒命中率由94.89%提高至96.37%，終點(diǎn)O 含量合格率由71.43%提高至75.35%，穩(wěn)定了低鐵耗下的鋼鐵料消耗指標(biāo)，及各類(lèi)介質(zhì)消耗和電耗。

3.4 煤氣熱值和蒸汽回收量

轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼主要依靠二次能源煤氣和蒸汽的回收利用，采用先進(jìn)技術(shù)提高煤氣和蒸汽的回收利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗是各煉鋼企業(yè)一直追求的目標(biāo)。低鐵耗操作時(shí)，回收煤氣的熱值會(huì)產(chǎn)生一定影響，同時(shí)吹煉時(shí)間延長(zhǎng)增加介質(zhì)消耗。2020 年和2021 年的平均鐵耗分別為920kg/t 和860kg/t，2020 年回收煤氣的熱值為0.86 GJ/t、蒸汽回收量35kg/t，2021 年回收煤氣的平均熱值為0.84 GJ/t、蒸汽回收量38kg/t。據(jù)此推斷低鐵耗生產(chǎn)在降低CO2排放的同時(shí)，使能耗升高。因此，應(yīng)根據(jù)新型配料結(jié)構(gòu)，調(diào)整轉(zhuǎn)爐的吹煉工藝，進(jìn)一步降低能源的投入產(chǎn)出比。

4 結(jié)論

轉(zhuǎn)爐低鐵耗生產(chǎn)可有效降低CO2的排放，同時(shí)能彌補(bǔ)公司鐵水產(chǎn)量低的影響，最大限度的提高產(chǎn)能。但是，低鐵耗操作也帶來(lái)一系列問(wèn)題，如轉(zhuǎn)爐穩(wěn)定性、廢鋼管理、轉(zhuǎn)爐煤氣回收減少等問(wèn)題，因此應(yīng)根據(jù)新型的配料結(jié)構(gòu)，及時(shí)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐吹煉工藝，保障轉(zhuǎn)爐冶煉的穩(wěn)定性，降低能源的投入產(chǎn)出比，實(shí)現(xiàn)鋼鐵全流程的節(jié)能減排。