利用發(fā)熱廢鋼提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比工藝實踐

劉 林，張德榮，任 濤，胡正祥，周 偉，陳洪民

（日照鋼鐵控股集團有限公司，山東 日照 276800）

據(jù)相關研究報告分析，隨著國家開展一系列環(huán)保工作，限制燒結(jié)和鐵水產(chǎn)能，通過提高入爐廢鋼比的轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝成為降本、提產(chǎn)的有利方向。馬春武等[1]計算，當鐵水與廢鋼價格相差300元/t左右及以上時，轉(zhuǎn)爐增大入爐廢鋼比具有顯著的經(jīng)濟效益。因煉鐵和煉鋼產(chǎn)能不匹配，需要煉鋼提高廢鋼比，從而增加煉鋼產(chǎn)能。為有效提高入爐廢鋼比，以達到節(jié)鐵增鋼、降本增效的目的。根據(jù)理論分析和現(xiàn)場經(jīng)驗，需要攻克以下技術難點：日鋼鐵水成分、溫度波動較大，鐵水罐中加廢鋼，鐵水溫度、碳、硅均低；且由于煉鐵到混鐵爐的鐵水罐為小罐鐵水，需要折入大罐中，折鐵過程中造成鐵水溫降大，為轉(zhuǎn)爐廢鋼比的提高增加難度；基于日鋼生產(chǎn)實踐，通過加入發(fā)熱廢鋼的手段達到提高廢鋼比的目的。發(fā)熱廢鋼加入后，轉(zhuǎn)爐過程升溫發(fā)生變化，在吹煉中后期發(fā)熱廢鋼熔化，帶入大量Si、Mn、P元素，導致中后期返干，不利于P元素的去除。

為了提高入爐廢鋼比，達到節(jié)鐵增鋼、P成分受控，以日鋼轉(zhuǎn)爐為跟蹤對象，對下述內(nèi)容進行跟蹤和分析：發(fā)熱廢鋼加入后對轉(zhuǎn)爐操作帶來的變化，后期返干，鋼水回磷嚴重；不同鐵水條件，發(fā)熱廢鋼加入量對操作的影響，優(yōu)化轉(zhuǎn)爐吹煉槍位及加料時機。

1 日鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀

為緩解煉鐵產(chǎn)能不足，鐵水罐中加入50 kg/t廢鋼，導致鐵水溫度、碳、硅降低，鐵水溫度、化學成分見表1。由表1可知，當前，日鋼生產(chǎn)實踐主要有如下特點：鐵水成分波動大，鐵水碳低、硅低、磷高；受鐵水倒運影響，入爐鐵水溫度低。該鐵水熱量對轉(zhuǎn)爐完成廢鋼250 kg/t單耗，熱量極不富裕，轉(zhuǎn)爐過氧化嚴重。

表1 鐵水溫度、化學成分

轉(zhuǎn)爐冶煉低溫、低硅鐵水已成常態(tài)，然而低溫、低硅鐵水致使轉(zhuǎn)爐熱平衡較差，不僅完不成廢鋼單耗250 kg/t指標，且易造成爐襯侵蝕。若提高入爐廢鋼比，勢必增大轉(zhuǎn)爐負荷，影響轉(zhuǎn)爐經(jīng)濟技術指標。因此研究低溫、低硅鐵水加入發(fā)熱廢鋼，提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比，對于滿足250 kg/t廢鋼單耗指標，改善轉(zhuǎn)爐經(jīng)濟技術指標尤為重要。

2 發(fā)熱廢鋼對轉(zhuǎn)爐吹煉的影響

2.1 發(fā)熱廢鋼對吹煉過程化學反應的影響

轉(zhuǎn)爐使用發(fā)熱廢鋼主要為機械生鐵，發(fā)熱廢鋼中C、Si、Mn元素含量高。表2為機械生鐵成分。在吹煉過程中，發(fā)熱廢鋼熔化后，C、Si、Mn元素發(fā)生氧化反應釋放熱量。

表2 機械生鐵成分 %

轉(zhuǎn)爐吹煉一爐鋼的時間通常為14～18 min，冶煉周期為35 min左右。下頁圖1為吹煉過程中金屬成分和爐渣成分的變化情況[2]。

如下頁圖2所示，機械生鐵塊度不均勻，大部分屬重廢范疇，在吹煉前期不能快速熔化，機械生鐵在吹煉中期熔化[3]，隨著熔池溫度逐漸升高，機械生鐵快速熔化，會釋放大量的C、Si、Mn，此時鋼水中突然增加Si、Mn元素，如圖1所示，Si、Mn在此時會快速氧化，與渣中的FeO反應，導致渣中FeO消耗過快，出現(xiàn)返干現(xiàn)象。

圖1 吹煉過程中化學成分和爐渣成分的變化

圖2 機械生鐵

2.2 發(fā)熱廢鋼對熱平衡的影響

日鋼使用發(fā)熱廢鋼主要是回收鑄鐵件（公司命名為“機械生鐵”），與廢鋼相比鑄鐵件的冷卻效應為0.6，提高機械生鐵的加入量，有利于提高廢鋼比。各種常用廢鋼冷卻效應值見表3。

表3 常用廢鋼冷卻效應值換算

3 機械生鐵替代廢鋼提高廢鋼比研究

3.1 機械生鐵配比

如表4所示通過廢鋼斗配加機械生鐵替代普通廢鋼，調(diào)整廢鋼配比，機械生鐵加入量達到20%。

表4 廢鋼料型配比

3.2 發(fā)熱廢鋼溫降效果對比

通過理論計算和生產(chǎn)實踐，發(fā)熱廢鋼加入后，轉(zhuǎn)爐熱量明顯好轉(zhuǎn)。機械生鐵加入前后入爐廢鋼比數(shù)據(jù)對比見表5，由表5可知，機械生鐵的溫降為3.7℃/t，較正常廢鋼降低1.3℃/t，廢鋼單耗增加7 kg/t，終點氧質(zhì)量分數(shù)降低68×10-6。

表5 機械生鐵加入前后數(shù)據(jù)對比

4 轉(zhuǎn)爐操作優(yōu)化

4.1 發(fā)熱廢鋼加入后轉(zhuǎn)爐吹煉槍位調(diào)整

控制冶煉過程適宜槍位，通過控制過程升溫、渣料加入及化渣情況，可有效解決機械生鐵熔化后導致的返干回磷。機械生鐵的加入后，針對不同的鐵水條件，采用不同的操作模式。

4.1.1 鐵水熱量富裕操作優(yōu)化

冶煉過程采用“高-低-高-低”的槍位模式，具體如圖3所示。開吹成功點火后，將槍位控制在2.3 m左右，緩慢壓槍至1.8 m，強攪熔池。頭批料加入后將槍位控制在2 m，保持較長時間的高槍位化渣，頭批料化開后，小批量多批次加入二批料，吹煉至中后期將槍位控制2 m，積攢足夠的FeO等待機械生鐵熔化時消耗，避免中后期返干，導致鋼水回磷。

圖3 鐵水熱量富裕吹煉槍位可控制示意圖

4.1.2 鐵水熱量不富裕操作優(yōu)化

冶煉過程采用“高-低-高-低”的槍位模式，具體如圖4所示。開吹成功點火后，將槍位控制在2.3 m左右，快速壓槍至1.8 m，前期熔池溫度低，鐵水流動性差，需要強攪拌和低槍位升溫，通過長時間強攪熔池給廢鋼熔化及熔池混勻提供動力學條件。頭批料加入后將槍位控制在2 m，保持較長時間的高槍位化渣，頭批料化開后，小批量多批次加入二批料，吹煉至中后期將槍位控制2 m，積攢足夠的FeO等待機械生鐵熔化時消耗，避免中后期返干，導致鋼水回磷。

圖4 鐵水熱量不富裕吹煉槍位可控制示意圖

4.2 機械生鐵配比優(yōu)化

當鐵水熱量富裕時，加入過多的機械生鐵，會導致冶煉過程中熔池溫度高，加快碳氧反應，加劇爐渣返干，應根據(jù)鐵水熱量調(diào)整機械生鐵加入量，平衡爐內(nèi)熱量。

1）機械生鐵減量，使用破碎料和工業(yè)壓塊替代，優(yōu)先減機械生鐵；

2）加自循環(huán)，降低吹煉前期和過程的溫度。

5 優(yōu)化效果

通過槍位優(yōu)化、加料時機優(yōu)化、機械生鐵配比優(yōu)化等工藝優(yōu)化，有效解決機械生鐵加入后，中后期返干，終點磷高等難題，優(yōu)化前后終點磷變化見表6。通過加入機械生鐵，能夠完成廢鋼單耗提高7 kg/t，完成公司廢鋼單耗250 kg/t的目標，終點氧質(zhì)量分數(shù)降低68×10-6。

表6 操作優(yōu)化后終點磷變化

6 結(jié)論

1）在現(xiàn)有的鐵水條件下，通過加入發(fā)熱廢鋼，成功開發(fā)了低熱量鐵水條件下轉(zhuǎn)爐熱補償工藝。在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，解決鐵水熱量低、終點鋼水過氧化導致的系列問題。

2）通過發(fā)熱廢鋼的加入，提高廢鋼加入量7 kg/t，有效解決鐵水熱量低、廢鋼單耗低、煉鋼產(chǎn)量低、經(jīng)濟技術指標差的難點；

3）通過槍位優(yōu)化，控制發(fā)熱廢鋼加入量、控制過程溫度、渣料加入，可有效解決發(fā)熱廢鋼加入后返干磷高的問題，保證產(chǎn)品質(zhì)量。