提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比實踐

吳優(yōu)，于峰，程明剛

（鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司，遼寧 朝陽122000）

氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的原料主要是鐵水和廢鋼，其中廢鋼比為0～30%。廢鋼作為煉鋼的原料不僅有利于資源的綜合利用，而且節(jié)約能源，保護環(huán)境。提高轉(zhuǎn)爐入爐廢鋼比是鐵水不足情況下提高鋼產(chǎn)量的有效方法之一[1]。2010年我國轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量約為5.49億t，轉(zhuǎn)爐煉鋼的廢鋼用量平均為7.6%，歐美國家一般為20%左右[2]。鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司有1座2600 m3高爐、2座120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，實際鋼產(chǎn)量受制于生鐵產(chǎn)能，2016年鋼產(chǎn)量完成206萬t，廢鋼消耗量29.8萬t，廢鋼比為13%左右。為了保證轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量，采取了一系列“提廢降鐵”措施,提高了廢鋼比，降低了鐵水消耗，為其它鋼鐵企業(yè)“節(jié)鐵增鋼”提供了實踐經(jīng)驗。

1 基本概況

鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司煉鋼廠主要工藝設(shè)備包括：單噴顆粒鎂鐵水脫硫站2座，120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐2座，120 t LF精煉爐2座，ASP1700連鑄機2臺。生產(chǎn)的鋼種以低碳冷軋基料、低合金結(jié)構(gòu)用鋼、集裝箱用鋼為主。鐵水由高爐傳輸至轉(zhuǎn)爐采用“一罐制”工藝，鐵水主要化學(xué)成分見表1。廢鋼在專用料場裝槽后經(jīng)機動車運輸至轉(zhuǎn)爐跨，廢鋼結(jié)構(gòu)見表2。

2 提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比的措施

2.1 降低轉(zhuǎn)爐渣料消耗

在人工計算轉(zhuǎn)爐熱平衡的基礎(chǔ)上，設(shè)定各種入爐材料（除鐵水外）的冷卻比。冷卻比定義：設(shè)定每噸廢鋼的冷卻效果為l時，每噸原材料的冷卻效果相對于廢鋼的冷卻效果之比[3]。表3為不同入爐原材料的冷卻比。

表1 鐵水主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

表2 廢鋼結(jié)構(gòu) %

表3 不同入爐原材料的冷卻比

結(jié)合不同材料的冷卻比，計算轉(zhuǎn)爐入爐材料的冷卻效率，然后假定一個通過降低造渣輔料用量置換相應(yīng)冷卻效率廢鋼的轉(zhuǎn)爐裝入制度，選擇原操作條件與假定類似的同一組爐次作為參考爐次，據(jù)此理論設(shè)定造渣輔料用量及鐵水和廢鋼入爐模型。根據(jù)實踐效果優(yōu)化造渣材料使用量和轉(zhuǎn)爐裝入量，并采取留渣操作工藝配合完成轉(zhuǎn)爐“少渣”冶煉。由于轉(zhuǎn)爐終點熔渣堿度高，溫度高（起到預(yù)熱廢鋼的作用），并含有一定量的TFe，留渣操作有利于轉(zhuǎn)爐前期盡快形成具有一定堿度的爐渣，有利于前期去P，還可加快石灰的溶解。同時提高入爐冶金石灰的質(zhì)量，對有效CaO含量、活性度及塊度均提出比以往更加嚴(yán)格的要求，通過嚴(yán)控石灰質(zhì)量及留渣操作，節(jié)省石灰等造渣劑的用量，減少了化渣時需要的熱量，利于提高廢鋼比。

表4為優(yōu)化前后轉(zhuǎn)爐終渣指標(biāo)的對比，渣料優(yōu)化后熔渣指標(biāo)完全滿足轉(zhuǎn)爐冶煉工藝，堿度提高。表5為優(yōu)化前后的轉(zhuǎn)爐造渣輔料用量。

表4 優(yōu)化前后轉(zhuǎn)爐終渣指標(biāo)的對比

表5 優(yōu)化前后的轉(zhuǎn)爐造渣輔料用量 kg/t

經(jīng)統(tǒng)計，目前轉(zhuǎn)爐造渣輔料用量比優(yōu)化之初降低了22%，可提高轉(zhuǎn)爐廢鋼消耗28～34 kg/t。

2.2 降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度

由轉(zhuǎn)爐熱平衡計算結(jié)果可知，鋼液帶走的物理熱占熱量總支出的70%以上，適度降低轉(zhuǎn)爐終點鋼水溫度以節(jié)余部分熱量支出，通過提高廢鋼比補償熱量的收支平衡。降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度有利于降低鋼水的氧化性、保護爐襯，有利于轉(zhuǎn)爐操作，但是要采取鋼水提溫、控溫措施以保證鋼水順利連澆。分析認(rèn)為，煉鋼生產(chǎn)工藝變化如下：考慮到LF加熱能力（平均3.5℃/min）、上下工序生產(chǎn)節(jié)奏的控制、規(guī)模效應(yīng)（產(chǎn)量可以攤薄設(shè)備折舊及管理費用）及加熱成本（主要包括石墨電極和電能消耗），選定將終點鋼水溫度降低10℃，通過延長LF精煉爐加熱時間來補償這部分溫降，嚴(yán)格執(zhí)行“煉鋼調(diào)度列車時刻表”控制鋼水傳擱時間以適應(yīng)LF爐節(jié)奏的變化。在鋼水過程溫控方面采取措施保障生產(chǎn)順行，包括限定鋼包投用數(shù)量、完善鋼包在線烘烤制度、中間包覆蓋劑提質(zhì)、砌筑高質(zhì)量隔熱層等。實踐表明，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度降低10℃，提高轉(zhuǎn)爐廢鋼單耗12～15 kg/t。

2.3 提高鐵水“一罐制”比例

鐵水溫度的高低對轉(zhuǎn)爐冶煉工藝影響很大，冶煉的熱量基本源于鐵水的物理熱和化學(xué)熱，在化學(xué)熱一定的情況下，鐵水的物理熱是決定冶煉能否順利的關(guān)鍵因素。鐵水“一罐制”是指采用轉(zhuǎn)爐兌鐵的鐵水罐直接到高爐承接鐵水，是一項將鐵水儲運、緩沖、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐兌鐵、鐵水保溫等功能集于一體的新工藝技術(shù)[4]。該工藝具有工藝流程短、鐵水溫降小等優(yōu)點。在實際生產(chǎn)中，把單罐鐵水重量達(dá)到轉(zhuǎn)爐一次兌鐵量要求定義為“一罐制”合格，鐵水“一罐制”比例是指一定周期內(nèi)“一罐制”合格量占同期高爐出鐵鐵水罐總數(shù)量的百分比。當(dāng)“一罐制”不合格時，需要通過鐵水罐之間相互折鐵調(diào)整單罐鐵水重量以達(dá)到“一罐制”合格標(biāo)準(zhǔn)，但折鐵作業(yè)勢必造成鐵水物理熱的散失，導(dǎo)致鐵水溫度下降，從而影響轉(zhuǎn)爐廢鋼比。經(jīng)統(tǒng)計，當(dāng)“一罐制”不合格進(jìn)行折鐵作業(yè)時，單罐鐵水溫度損失15～27℃，平均21.3℃，影響廢鋼入爐量15.2 kg/t?；诖耍ㄟ^采取控制鐵水軌道衡計量精度、控制鐵水帶渣量、定周期清理鐵水罐、定數(shù)量熱罐周轉(zhuǎn)、定待罐周期等措施，使鐵水“一罐制”比例增加了17.6%，入轉(zhuǎn)爐鐵水平均溫度增加了5.3℃，可增加轉(zhuǎn)爐廢鋼單耗3～5 kg/t。

2.4 提高廢鋼容重

轉(zhuǎn)爐入爐廢鋼的來源主要是外購，占比超過95%。廢鋼的外形尺寸按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)控制，長度不允許超過1 000 mm，廢鋼料槽有效容積20 m3，單槽廢鋼重量10～12 t，每爐配加2槽廢鋼。隨著轉(zhuǎn)爐廢鋼比的增加，單槽廢鋼重量不能滿足生產(chǎn)要求，配加3槽廢鋼將嚴(yán)重影響煉鋼節(jié)奏。為此，首先進(jìn)行廢鋼料槽增容改造，將料槽高度增加300 mm，可多盛裝廢鋼 2～3 t；其次是使用破碎廢鋼，其最大尺寸不超過150 mm，可增加廢鋼堆比重0.08 t/m3，單槽廢鋼增重近2 t，但要關(guān)注破碎料的質(zhì)量；第三是修訂廢鋼采購標(biāo)準(zhǔn)，要求其外形尺寸不超過800 mm×500 mm，料型以中重型廢鋼為主。優(yōu)化調(diào)整后，單槽廢鋼重量穩(wěn)定在14～15 t，較好地滿足了提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比的要求。

3 提高廢鋼比經(jīng)濟評價

3.1 轉(zhuǎn)爐廢鋼比及鐵水單耗的變化

通過實施“提廢降鐵”的措施，廢鋼比逐月提高，2017年10月份轉(zhuǎn)爐廢鋼比達(dá)到21.5%，與年初相比增加近7%，轉(zhuǎn)爐鐵水單耗降低60 kg/t。圖1為2017年轉(zhuǎn)爐廢鋼比月變化趨勢圖，表6為轉(zhuǎn)爐廢鋼比與鐵水單耗對照表。

圖1 2017年轉(zhuǎn)爐廢鋼比月變化趨勢圖

表6 轉(zhuǎn)爐廢鋼比與鐵水單耗對照表

3.2 經(jīng)濟性分析

由于廢鋼市場價格低于內(nèi)部鐵水單位成本，提高廢鋼比對企業(yè)經(jīng)濟效益的增加非常有利。但要考慮轉(zhuǎn)爐冶煉條件變化對生產(chǎn)成本的影響，影響因素包括廢鋼收得率波動導(dǎo)致鋼鐵料成本變化、通過LF爐精煉提高鋼水溫度導(dǎo)致的電極成本增加 （近期電極單價的大幅攀升導(dǎo)致電極成本升高的影響）、電耗增加等。綜合不同鐵水單耗條件下對應(yīng)的成本投入與產(chǎn)出的關(guān)系得出，當(dāng)轉(zhuǎn)爐鐵水單耗達(dá)到880 kg/t時經(jīng)濟效益最佳。圖2為煉鋼工序單位利潤與鐵水單耗的關(guān)系。按照煉鋼工序單位利潤42元/t，年產(chǎn)鋼200萬t粗略計算，預(yù)計年創(chuàng)效益可達(dá)8 400萬元。

圖2 煉鋼工序利潤與鐵水單耗的關(guān)系

4 結(jié)語

為了解決煉鐵和煉鋼工序間產(chǎn)能不匹配難以保證鋼產(chǎn)量的問題，鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司煉鋼廠采取了降低轉(zhuǎn)爐造渣材料消耗、降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度、提高鐵水“一罐制”比例、提高廢鋼容重等措施。采取措施后，轉(zhuǎn)爐廢鋼比提高到21.5%，鐵水單耗降低了60 kg/t。當(dāng)轉(zhuǎn)爐鐵水單耗為880 kg/t時，煉鋼年創(chuàng)效益可達(dá)8 400萬元，取得較高的經(jīng)濟效益。