鞍鋼提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比的生產(chǎn)實踐

李偉東，何海龍，李冰，李泊，王國慶，張立宏

（1.鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021；2.鞍鋼實業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧 鞍山114021）

隨著國內(nèi)外高品位鐵礦資源和優(yōu)質(zhì)焦煤資源的大量消耗及節(jié)能減排壓力的日益加大，高爐鐵水的生產(chǎn)成本預(yù)計會逐步升高；另外，隨著非高爐煉鐵技術(shù)的逐漸成熟和生產(chǎn)效率的提高，直接還原鐵、熱壓塊等廢鋼替代品的供應(yīng)量將會逐漸增多；同時，近年來中國鋼產(chǎn)量增長迅猛，社會廢鋼存儲量日漸增多[1]。而在中國，轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量占85%以上，這些因素綜合起來使得提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比已經(jīng)勢在必行，將成為一段時期內(nèi)我國煉鋼發(fā)展的必然趨勢。為此，鞍鋼近年來在提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比方面做出了諸多嘗試，力爭在廢鋼比控制上實現(xiàn)突破，以適應(yīng)鐵礦和廢鋼價格的頻繁變化，并為鞍鋼未來發(fā)展做好技術(shù)儲備。

1 提高廢鋼比的意義

1.1 釋放轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)能

鞍鋼本部煉鋼區(qū)域整合成煉鋼總廠后，高爐和轉(zhuǎn)爐工序的銜接進(jìn)一步得到優(yōu)化，鐵水調(diào)配更趨合理，轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能得到進(jìn)一步釋放。但隨之而來，鐵水階段性不足逐漸成為釋放轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能的限制環(huán)節(jié)。只有進(jìn)一步提高廢鋼比，才能打破轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能提升的“瓶頸”，釋放轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)能。

1.2 節(jié)能減排

轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要鐵料來源于礦石、廢鋼，前者是自然資源，后者是回收的再生資源，因此煉鋼廠應(yīng)少用鐵水，多用廢鋼。研究表明，提高廢鋼比，鐵礦石消耗、能源消耗顯著降低，轉(zhuǎn)爐冶煉產(chǎn)生的粉塵、硫化物、氮化物、CO2排放也顯著減少。使用廢鋼煉鋼，既有利于保護(hù)資源，又有利于節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境[2-3]。

1.3 降本增效

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，廢鋼資源越來越豐富，廢鋼價格有較大的下降空間。廢鋼結(jié)構(gòu)和價格是影響廢鋼比的重要因素，當(dāng)廢鋼價格低于鐵水成本時，加上提高廢鋼比帶來顯著的節(jié)能減排效果，提高廢鋼比能進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)爐冶煉成本。目前，廢鋼價格波動較大，如果高于鐵水成本，雖然隨廢鋼比的提高，轉(zhuǎn)爐工序成本會增加，而且如果增加LF爐溫度補(bǔ)償會導(dǎo)致LF爐升溫成本隨之增加，結(jié)果整個煉鋼工序的成本增加。但是，由于提高廢鋼比能夠增加煉鋼產(chǎn)能，因此在煉鋼廠連鑄產(chǎn)能、軋鋼廠產(chǎn)能不足的情況下，提高廢鋼比也就相應(yīng)的提高鋼材產(chǎn)量，增加利潤。此時就需要一個最佳的廢鋼比來保證鋼材利潤的實現(xiàn)。如果提高廢鋼比增加的成本低于鋼材利潤時，一定范圍內(nèi)提高廢鋼比，從全工序考慮仍是可行的。

從鞍鋼全工序產(chǎn)能看，轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能不足是各產(chǎn)線普遍的限制環(huán)節(jié)，當(dāng)鋼材市場利潤高時提高廢鋼比有較大的空間。

2 提高廢鋼比的措施

鞍鋼煉鋼總廠提高廢鋼比遵循了以下原則：一是保證生產(chǎn)組織順行，連鑄機(jī)高速、恒速澆注，因此LF爐溫度補(bǔ)償額度控制在合理的范圍；二是轉(zhuǎn)爐操作需碳溫協(xié)調(diào)，嚴(yán)禁過氧化，保證鋼水質(zhì)量穩(wěn)定；三是煉鋼工序成本控制在公司整體預(yù)算范圍，保證全工序盈利。按照該原則，鞍鋼從鐵-鋼能源流著手，以降低各工序溫度損失為核心，精細(xì)管理、優(yōu)化工藝、加強(qiáng)過程溫度管控，為轉(zhuǎn)爐提高廢鋼比創(chuàng)造條件。

2.1 提高入轉(zhuǎn)爐鐵水溫度

近年來，鞍鋼注重公司內(nèi)部碳素流即能源流的控制，重點之一是提高入爐鐵水溫度。鑒于老廠改造影響，鞍鋼煉鐵廠、煉鋼總廠的平面布置和生產(chǎn)組織的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計不合理，導(dǎo)致鐵水運(yùn)輸線長，鐵水運(yùn)輸時間長，溫降大，空罐周期長。為此，開發(fā)了“高爐-轉(zhuǎn)爐界面優(yōu)化專有技術(shù)”，該技術(shù)的核心是改進(jìn)鐵水運(yùn)輸，主要從鐵水運(yùn)輸、鐵水一罐制、鐵水罐保溫等方面進(jìn)行優(yōu)化。具體包括：優(yōu)化配罐罐型、罐數(shù)，實行分次調(diào)鐵、減罐位，杜絕了空罐運(yùn)行；優(yōu)化煉鐵出鐵工藝，減少小頭鐵，保證滿罐率；煉鋼配合煉鐵處理鐵水罐罐沿、罐口粘渣，維護(hù)好罐態(tài)，滿足脫硫要求；加強(qiáng)鐵水罐保溫工作，優(yōu)化煉鐵保溫劑的加入，鐵水罐運(yùn)輸過程加蓋保溫。

2.2 轉(zhuǎn)爐少渣冶煉

降低冷卻系數(shù)較大的石灰石、白云石、菱鎂石的使用量，根據(jù)產(chǎn)線和鋼種特點，個別產(chǎn)線或爐次取消使用此類熔劑。其次是優(yōu)化鎂質(zhì)熔劑，采用冷卻系數(shù)較小的輕燒鎂球造渣，形成以石灰、輕燒鎂球為造渣主原料，菱鎂石為副原料的渣料結(jié)構(gòu)，最大限度地降低了熔劑的降溫效率。同時優(yōu)化轉(zhuǎn)爐留渣操作工藝，出鋼結(jié)束后倒出一部分爐渣，然后連續(xù)留渣，減少入爐熔劑消耗和轉(zhuǎn)爐冶煉總渣量。

2.3 應(yīng)用大出鋼口

轉(zhuǎn)爐使用大出鋼口能夠縮短出鋼時間，從而減少出鋼口通鋼時間，顯著降低出鋼過程鋼水溫降。隨著鞍鋼轉(zhuǎn)爐下渣檢測配合擋渣塞擋渣技術(shù)的不斷完善，轉(zhuǎn)爐出鋼下渣的控制能力得到提高，轉(zhuǎn)爐幾乎可實現(xiàn)零下渣，為大出鋼口的應(yīng)用提供了保障。同時，優(yōu)化了出鋼前后的擋渣工藝，對下渣檢測的靈敏度進(jìn)行了調(diào)整，保證擋渣效果。

2.4 優(yōu)化生產(chǎn)組織

首先以提高鋼包的熱周轉(zhuǎn)率為前提，逐步優(yōu)化鋼包整備工藝，縮短整備時間，減少周轉(zhuǎn)罐數(shù)量。同時鋼包實施全程加蓋，帶蓋整備，減少空包散熱。其次是完善煉鋼MES系統(tǒng)工序列車時刻表，實現(xiàn)鋼包周轉(zhuǎn)的動態(tài)管理，提高鋼包運(yùn)行準(zhǔn)點率，從而根據(jù)實際產(chǎn)能靈活調(diào)整周轉(zhuǎn)罐數(shù)量。進(jìn)一步壓縮各工序的生產(chǎn)組織時間，以降低鋼水罐運(yùn)輸時間為重點，縮短出鋼結(jié)束至開澆時間，從而減少鋼水運(yùn)輸過程溫降。

2.5 動態(tài)調(diào)整LF爐溫度補(bǔ)償

為最大限度提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比，在保證LF爐處理時間在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，連鑄恒速澆注前提下，將少部分轉(zhuǎn)爐提溫任務(wù)轉(zhuǎn)移到LF爐進(jìn)行。根據(jù)實際生產(chǎn)組織節(jié)奏，動態(tài)調(diào)整LF爐的升溫幅度，從而降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度。采取措施提高LF爐升溫效果，LF爐部分渣料前移到轉(zhuǎn)爐加入，縮短化渣時間；根據(jù)不同產(chǎn)線鋼種特點選用電石、焦炭、螢石、鋁礬土等化渣劑，快速形成堿度適宜、流動性良好的泡沫渣；采用中-長弧結(jié)合的變弧加熱工藝提高升溫速率。

2.6 優(yōu)化連鑄工藝降低中間包過熱度

中間包實施低過熱度澆注可降低系統(tǒng)溫度，從而降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，提高廢鋼比。而廢鋼比的提高，轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能的釋放，為連鑄機(jī)高速恒速澆注創(chuàng)造了條件，各類型連鑄機(jī)的作業(yè)率顯著提高，單罐澆注時間進(jìn)一步縮短，保證了連鑄中間包溫度的穩(wěn)定性,同時鋼包熱周轉(zhuǎn)率的提高，穩(wěn)定了鋼包溫降，鋼包澆注過程的溫降也得到有效控制。這些又為中間包低過熱度澆注提供了保障。為保證低過熱度澆注的安全性，在中間包頂渣上實施覆蓋劑加碳化稻殼的雙層保溫工藝，減少中間包鋼水散熱。中間包澆注過程鋼水溫度波動可控制在±5℃范圍內(nèi)。實施上述措施后，中間包鋼水溫度控制穩(wěn)定，根據(jù)鋼種將中間包目標(biāo)過熱度下調(diào)了5～15℃。同時通過生產(chǎn)組織的優(yōu)化，可準(zhǔn)確控制連鑄中包溫度，大幅度減少了中間包溫度高的比率，從而進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，提高廢鋼比。

2.7 增加廢鋼單槽重量

采取相關(guān)措施后，提高了鐵水入爐溫度，降低了轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，保證了轉(zhuǎn)爐足夠的熱量用于提高廢鋼比。隨著廢鋼比的提高，廢鋼槽重成了影響廢鋼比的一個“瓶頸”。原因有二，一是廢鋼比提高后，以輕型廢鋼為主的外購廢鋼比率增加，該類型廢鋼體積大重量輕，影響廢鋼槽重，而兩槽廢鋼比率過高，影響爐前吊車作業(yè)，增加了轉(zhuǎn)爐輔助時間；二是廢鋼比提高幅度過大，已經(jīng)超過了廢鋼槽的設(shè)計容積。為此，改造廢鋼槽，加高100～200 mm，并對廢鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，以重型、輕型、打包塊為主，并采用廢鋼打碎料、生鐵塊等小粒度廢鋼調(diào)整槽重。采取措施后，各生產(chǎn)線廢鋼單槽重量提高了 2～5 t。

3 生產(chǎn)實踐效果

采取上述措施后，取得了如下效果：

（1）鐵水出鐵結(jié)束至進(jìn)鋼廠的運(yùn)輸時間降低了近20 min，鐵水一罐制比率達(dá)到了90%以上，入轉(zhuǎn)爐鐵水溫度由1 300℃提高到1 330℃；

（2）轉(zhuǎn)爐入爐總渣量減少12 kg/t，轉(zhuǎn)爐冶煉終點拉碳時間縮短20 s，濺渣時間縮短30 s。鋼包日周轉(zhuǎn)頻次提高了0.96次，出鋼結(jié)束至開澆時間縮短了近9.8 min，鋼包傳擱溫降速率降低了0.14℃/min；

（3）優(yōu)化后各噸位轉(zhuǎn)爐出鋼口直徑相繼擴(kuò)大了 10～25 mm，出鋼時間縮短了 1～3 min，出鋼溫降減少了10～15℃。改進(jìn)前后260 t轉(zhuǎn)爐產(chǎn)線鋼包渣厚的均值由80 mm降至78 mm，出鋼口擴(kuò)徑前后鋼包渣厚情況見表1所示。由表1看出，小于60 mm的比率雖然降低了0.5%，但61～70 mm的比率提高了12.2%，而且60～80 mm所占比率增加了0.6%?？傮w看鋼包渣厚沒有顯著的變化。

表1 出鋼口擴(kuò)徑前后鋼包渣厚情況 mm

（4）LF爐升溫時間雖然增加了 2～5 min，但連鑄拉速未受影響，中間包過熱度降低了5～15℃。

統(tǒng)計了2015年～2018年上半年廢鋼單耗趨勢見圖1。由圖1看出，轉(zhuǎn)爐廢鋼比逐年提高，2018年上半年超過160 kg/t鋼。按月份統(tǒng)計，實際廢鋼單耗最高月份達(dá)到了182.77 kg/t鋼。

圖1 廢鋼單耗趨勢圖

廢鋼比提高后，轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)能得到釋放，蒸汽和煤氣回收增加，精煉、連鑄能耗相應(yīng)降低。轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能利用率由原來的80%提高到86%，噸鋼綜合能耗降低了0.88 kg標(biāo)煤，能源成本降低了近4元/t鋼。單從煉鋼工序內(nèi)部核算，產(chǎn)能提高帶來的能源、輔材、制造費(fèi)用的降低完全能夠抵消廢鋼和鐵水差價帶來的成本增加，不但降低了煉鋼工序成本，同時提高了全工序的利潤。

4 結(jié)語

為了提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比，釋放轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)能,實現(xiàn)節(jié)能減排，達(dá)到降本增效的目的，鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠開發(fā)了“高爐-轉(zhuǎn)爐界面優(yōu)化專有技術(shù)”提高鐵水入爐溫度，實施轉(zhuǎn)爐少渣冶煉減少熔劑降溫、應(yīng)用了大出鋼口降低出鋼溫降、優(yōu)化了生產(chǎn)組織減少鋼包溫降、動態(tài)調(diào)整LF爐溫度補(bǔ)償穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)奏，此外，還優(yōu)化了廢鋼結(jié)構(gòu)、對廢鋼槽進(jìn)行加高改造，滿足了廢鋼槽重的要求。采取上述措施后，轉(zhuǎn)爐廢鋼比逐年提高，最高月份達(dá)到182.77 kg/t鋼。轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能利用率由原來的80%提高到86%，噸鋼綜合能耗降低了0.88 kg標(biāo)煤，能源成本降低了近4元/t鋼。

目前，可根據(jù)鐵水資源動態(tài)調(diào)整廢鋼比，具備了較強(qiáng)的廢鋼比調(diào)節(jié)能力，可最大限度釋放煉鋼產(chǎn)能。鞍鋼正在研發(fā)廢鋼預(yù)熱技術(shù)、以焦丁和煤作為提溫劑的轉(zhuǎn)爐提溫技術(shù)。此外，LF爐溫度補(bǔ)償仍有提升空間，最終鞍鋼廢鋼比單耗有望超過200 kg/t鋼。