轉(zhuǎn)爐低鐵耗高廢鋼比冶煉技術(shù)的研究與應(yīng)用

孟義春，午億土，苗國(guó)平，吳麗波

（首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司，山西 長(zhǎng)治 046031）

廢鋼和鐵礦石是鋼鐵行業(yè)長(zhǎng)流程冶煉的重要原料。近年來(lái)，廢鋼資源持續(xù)增多，根據(jù)《黑色金屬礦產(chǎn)資源強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略研究報(bào)告》估算，中國(guó)廢鋼資源總量將持續(xù)增多，到2030 年預(yù)計(jì)達(dá)到33 420 萬(wàn)t[1]。相對(duì)于鐵礦石來(lái)說(shuō)，廢鋼是一種不需要還原能的鐵資源，提高廢鋼的使用量不僅可以節(jié)省能源，還可以減少CO2的生成。據(jù)估算，利用好廢鋼使得CO2排放量較長(zhǎng)流程冶煉降低73%，粉塵排放降低90%，能耗降低59%[2]。

理論上，降低鐵耗、提高廢鋼比的技術(shù)措施主要有兩方面：轉(zhuǎn)爐內(nèi)增加載熱材料和不增加載熱材料。其中，轉(zhuǎn)爐在自供熱達(dá)到一定限度后，要進(jìn)一步提高廢鋼比，就應(yīng)考慮外補(bǔ)供熱源。目前增加載熱材料主要的方法有：向熔池添加煤塊或焦丁、噴吹煤粉、廢鋼預(yù)熱等。既要提高廢鋼比，又不向轉(zhuǎn)爐增加載熱材料的技術(shù)措施主要有：采用雙流氧槍、少渣冶煉、鐵水保溫和降低鋼水溫度等方式。

本文以首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“長(zhǎng)鋼”）煉鋼廠降鐵耗實(shí)踐為研究對(duì)象，對(duì)降低鐵耗、提高廢鋼比冶煉技術(shù)進(jìn)行研究。

1 工藝裝備條件

首鋼長(zhǎng)鋼公司有2 座1 080 m3高爐和3 座80 t轉(zhuǎn)爐，設(shè)計(jì)鐵產(chǎn)能270 萬(wàn)t，鋼產(chǎn)能330 萬(wàn)t。煉鋼產(chǎn)能略大于煉鐵，為進(jìn)一步提高產(chǎn)能，自2017 年下半年，長(zhǎng)鋼煉鋼廠持續(xù)開(kāi)展降低鐵耗、提高廢鋼比課題攻關(guān)，通過(guò)不斷降低鐵耗、提高廢鋼比來(lái)降低煉鋼工序成本，而且能為企業(yè)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也具有較好的環(huán)境效益和社會(huì)效益，且可落實(shí)國(guó)家碳達(dá)峰、碳中和的要求。

2 降低鐵耗的措施

長(zhǎng)鋼公司基于自身鐵水條件以及設(shè)備條件，在降鐵耗、提高廢鋼比方面進(jìn)行了較為深入的技術(shù)研究及生產(chǎn)實(shí)踐。

2.1 低硅低溫鐵水低鐵耗、高廢鋼比技術(shù)研究

低硅鐵水的冶煉一直是轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的難題，操作不當(dāng)就容易引起金屬?lài)姙R、粘槍、燒槍等事故。在轉(zhuǎn)爐多“吃”廢鋼、增加產(chǎn)量的大背景下，長(zhǎng)鋼根據(jù)自身的條件，將w（Si）＜0.30%、鐵水溫度＜1 300 ℃的鐵水判定為低硅低溫鐵水。低硅鐵水具體成分范圍：w（C）=3.85%～4.5%，w（Si）＜0.30%，w（Mn）=0.19%～0.39%，w（S）＜0.05%，w（P）=0.10%～0.14%。

2.1.1 冶煉工藝參數(shù)調(diào)整

低溫低硅鐵水比高溫低硅鐵水吹煉難度更大，很容易造成全程返干，給生產(chǎn)和設(shè)備帶來(lái)?yè)p壞，針對(duì)低溫鐵水的特點(diǎn)，采取相關(guān)改進(jìn)措施。

2.1.1.1 調(diào)整鐵料結(jié)構(gòu)

由于低硅低溫鐵水的物理、化學(xué)熱量不足，為了提高廢鋼比、降低鐵耗，首先要充分利用僅有的熱量，將原鐵料結(jié)構(gòu)鐵水+廢鋼+含鐵冷料改變?yōu)椤傲恪崩淞夏Ｊ?，圖1 為從2017 年度到2019 年度平均含鐵冷料消耗量。

圖1 2017—2019 年含鐵冷料消耗量

經(jīng)理論測(cè)算，零冷料模式情況下，低硅低溫鐵水廢鋼比控制情況如表1 所示。

表1 不同溫度情況下的廢鋼比

根據(jù)上述測(cè)算情況，鐵水w（Si）為0.30%時(shí)，鐵水溫度每降低20 ℃，廢鋼比降低1.0%左右。此外，鐵水w（Si）在0.30%基礎(chǔ)上每降低0.10%，相同鐵水溫度下相應(yīng)鐵水量將增加2 t，廢鋼量降低2 t，廢鋼比降低2.8%。

2.1.1.2 調(diào)整渣料加入方式

長(zhǎng)鋼公司轉(zhuǎn)爐造渣料只將粒度在7 mm 以上的石灰作為單一造渣劑，煉鋼過(guò)程不加入其他冷料和助溶劑，以減少轉(zhuǎn)爐熱量的損失。因此，需要調(diào)整首批料加入情況，首批石灰總加入量要比正常鐵水條件下有所減少，但是首批料加入不可少于總量的一半，并延遲二批料加入時(shí)間，保證前期溫度不過(guò)低，減小二批料數(shù)量，每批100～200 kg 左右，保證均勻升溫，避免返干、金屬?lài)姙R的發(fā)生。

石灰的加入時(shí)間要遵循“它化我加，它返我等”的原則，保證過(guò)程熔渣。如果熔池溫度難以保證或者渣子返干嚴(yán)重，可以適當(dāng)調(diào)整槍位。吹煉后期，熔渣化好后，可根據(jù)溫度情況，適當(dāng)加入300～500 kg 石灰，其目的一是進(jìn)一步去除鋼水中的磷，二是稠化爐渣，有利于濺渣護(hù)爐，提高爐襯壽命。

2.1.2 熱補(bǔ)償工藝

長(zhǎng)鋼公司煉鋼廠借鑒同行業(yè)做法和實(shí)際資源情況，對(duì)使用焦粒來(lái)補(bǔ)充爐內(nèi)熱源進(jìn)行試驗(yàn)。

表2 焦粒理化指標(biāo) %

要達(dá)到與硅碳球發(fā)熱劑相同的效果，需要加入的焦粒量（出鋼溫度按1 665 ℃計(jì)算）如表3 所示。

表3 焦粒加入量計(jì)算

加焦粒與不加焦粒對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉情況的對(duì)比影響如表4 所示。

表4 試用爐次與未加焦粒指標(biāo)對(duì)比情況

在不考慮終點(diǎn)溫度情況下，加焦粒爐次石灰消耗較未加爐次升高0.51 kg/t，氧耗升高1.91 m3/t，鐵耗降低14.65 kg/t。

2.2 常規(guī)鐵水低鐵耗、高廢鋼比技術(shù)研究

2.2.1 降低鐵水熱量損失

為降低鐵水物理熱，長(zhǎng)鋼公司于2019 年9 月開(kāi)始實(shí)施鐵水一罐到底，截至2019 年年底，一罐到底比例達(dá)到55%左右，鐵水溫度比未實(shí)施時(shí)提高20 ℃左右，鐵粒比未實(shí)施一罐到底爐次降低6.23 kg/t。

2.2.2 降低出鋼過(guò)程溫度損失

為降低出鋼過(guò)程溫度損失，煉鋼廠進(jìn)行鋼包加蓋與合金烘烤技術(shù)應(yīng)用。

鋼包全程加蓋投入生產(chǎn)后，運(yùn)行非常穩(wěn)定，并取得了顯著效果。目前鋼包加蓋率穩(wěn)定在99.90%以上，采用加蓋技術(shù)后，鋼包內(nèi)積渣、掛冷鋼現(xiàn)象有明顯改善，同時(shí)有效保證了鋼包底吹效果及溫降的穩(wěn)定性。

為降低出鋼溫度，長(zhǎng)鋼公司煉鋼廠也對(duì)合金由離線烘烤改為在線烘烤。在線合金烘烤在具備相關(guān)的條件下可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，即烘烤15～20 min、合金粒度20～70 mm、合金溫度可以達(dá)到350～600 ℃（30%～40%的合金處于紅熱狀態(tài)）。

通過(guò)降低出鋼過(guò)程溫度損失，達(dá)到了降低出鋼溫度的目的，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，鋼水終點(diǎn)溫度從2017年的1 670.27 ℃左右逐步降低至2019 年的1 667.52 ℃左右，終點(diǎn)溫度降低了2.75 ℃左右（見(jiàn)圖2），降低鐵耗1.96 kg/t。

圖2 2017—2019 年轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度變化情況

2.2.3 多元化廢鋼加入工藝

為了進(jìn)一步多消耗廢鋼，增加產(chǎn)能（降低鐵耗1 kg/t 增產(chǎn)約300 t），進(jìn)行了鐵水罐加廢鋼及爐后加廢鋼試驗(yàn)應(yīng)用。

2.2.3.1 鐵水罐加廢鋼

實(shí)施一罐到底后，鐵水物理熱量富余，受廢鋼斗限制，將廢鋼加入方式前移至鐵水罐內(nèi)，并在鐵水罐內(nèi)每月加入廢鋼2 000 余t，廢鋼吸收率按91%測(cè)算，可降低鐵耗7.11 kg/t。

2.2.3.2 爐后加廢鋼

在冶煉HRB400 系列產(chǎn)品時(shí)，采用加入廢鋼（鋼筋切粒）調(diào)溫，根據(jù)計(jì)算，鋼包內(nèi)每加入100 kg 鋼水會(huì)降低溫度3 ℃（按70 t 鋼水計(jì)算），鋼包吹氬1 min一般可降低溫度3 ℃，按照爐后吹氬4 min，溫度降低12 ℃，吹氬結(jié)束后鋼包溫度按1 575 ℃考慮，經(jīng)過(guò)核算，廢鋼加入量參考如表5 所示。

表5 爐后廢鋼（鋼筋切粒）加入量參考

平均每爐加入量200 kg，爐后加入廢鋼可以降低鐵耗2.1 kg/t。

3 結(jié)論

通過(guò)采取調(diào)整工藝參數(shù)、應(yīng)用爐內(nèi)補(bǔ)熱技術(shù)、降低出鋼溫降、加入多元化廢鋼等方式，在能夠滿足鋼種出鋼要求的同時(shí)，成功降低鐵耗、提高廢鋼比。2017 年鐵耗933.30 kg/t，廢鋼比為13.27%，到2019年，鐵耗降低至845.04 kg/t，廢鋼比提高至20.65%，產(chǎn)量明顯提升，增產(chǎn)效益明顯。