高廢鋼比轉(zhuǎn)爐冶煉工藝優(yōu)化

孫實(shí)慶，梁靜召，朱世杰，王志磊

(1.河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067000；2.河鋼股份有限公司，河北 石家莊 050023)

隨著當(dāng)前碳達(dá)峰、碳中和發(fā)展的需要，對(duì)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展也提出了新的要求，鋼鐵工業(yè)如何實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰發(fā)展的需要，在嚴(yán)格控制產(chǎn)能的基礎(chǔ)上要不斷的減少CO2的排放量，在轉(zhuǎn)爐為主流的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)中，如何減少CO2的排放量，就要從源頭上減少煤炭的消耗。減少鐵水的使用量，增加冶煉過程中廢鋼的使用量，從而降低冶煉過程中煤炭的使用量，降低能源的消耗，減少CO2的排放量，因此，在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中增加廢鋼的使用量，用廢鋼來替代部分鐵礦石，對(duì)降低能源消耗，降低碳排放有重要的意義。目前在鋼鐵行業(yè)中鐵耗控制好的企業(yè)，鐵耗控制水平在750 kg/t，隨著鐵耗的逐漸降低，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐冶煉工藝已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前低鐵耗轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝的要求，因此，在高廢鋼比的情況下，對(duì)轉(zhuǎn)爐的工藝進(jìn)行優(yōu)化，分不同的工位分批次加入廢鋼，滿足轉(zhuǎn)爐加廢鋼的需要。本文就結(jié)合150噸轉(zhuǎn)爐在高廢鋼比冶煉過程中遇到的問題進(jìn)行分析，闡述高廢鋼比轉(zhuǎn)爐冶煉工藝。

1 高廢鋼比存在的問題

在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中，隨著廢鋼加入量的增加，生產(chǎn)過程中需要更多的熱量來熔化廢鋼，因此，要想在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中提升廢鋼加入量就需要滿足熱量的要求，這就涉及到轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中熱平衡和物料平衡。因此在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中，需要想辦法提高熱量，減少熱量的散失，保證溫度才能提升廢鋼的加入量。轉(zhuǎn)爐的物料平衡主要是指在煉鋼生產(chǎn)過程中加入的廢鋼、石灰、鎂球、礦石等，以及在煉鋼中產(chǎn)出的爐渣、噴濺等物料。熱量平衡是指鐵水的物理熱、元素氧化產(chǎn)生熱、碳氧反應(yīng)熱；熱量損失是廢鋼、冷料吸收的熱，煙塵和噴濺帶走熱爐料分解熱、輻射熱等。減少熱量的損失或通過其他手段來提升熱量都能增加廢鋼的加入量。

在高廢鋼比的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝中，隨著廢鋼加入量的增加，在操作過程中，加入廢鋼的次數(shù)，行車的運(yùn)行速度，爐口的大小以及氧槍吹氧量的大小都會(huì)對(duì)冶煉周期產(chǎn)生影響；冶煉周期延長(zhǎng)勢(shì)必會(huì)造成鋼產(chǎn)量的降低，這不符合增加廢鋼比，提產(chǎn)降耗的目標(biāo)要求。因此，在高廢鋼比轉(zhuǎn)爐冶煉中，必須做好廢鋼加入和冶煉周期之間的平衡，不能因?yàn)閺U鋼量的增加，影響轉(zhuǎn)爐的冶煉周期。

2 增加廢鋼比的工藝操作

在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中廢鋼的加入量多少和生產(chǎn)工藝和熱量的平衡有直接關(guān)系，在目前鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的過程中高廢鋼比主要通過溫度的補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)。熱平衡主要包含轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中碳、硅、錳等元素氧化帶來的熱量，還包含轉(zhuǎn)爐爐渣帶走熱量及過程中的溫降。

2.1 對(duì)廢鋼進(jìn)行預(yù)熱

理論上，在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中，廢鋼的加入量在16%～17%左右，當(dāng)廢鋼的比例大于16%～17%時(shí)就需要熱量的補(bǔ)償，廢鋼預(yù)熱是通過外部熱源將使用對(duì)廢鋼進(jìn)行加熱，減少在廢鋼使用過程中吸收的熱量，提升廢鋼的使用量。一般情況下的廢鋼預(yù)熱使用的主要是煉鋼生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣，對(duì)廢鋼進(jìn)行預(yù)熱，這種預(yù)熱的廢鋼溫度較低，一般情況下可預(yù)熱到300 ℃左右，因?yàn)槭褂玫氖菑U氣，生產(chǎn)成本較低。另一種途徑是通過轉(zhuǎn)爐煤氣或高爐煤氣對(duì)廢鋼進(jìn)行專項(xiàng)烘烤，廢鋼烘烤10分鐘能達(dá)到800～1 000 ℃，通過對(duì)廢鋼進(jìn)行預(yù)熱能大大降低在廢鋼使用過程中的吸熱，增加廢鋼的使用量，理論上廢鋼的加入比例為34%左右。

2.2 使用升溫劑外加熱源

熱量的損失是影響廢鋼加入量的主要因素，在高廢鋼比的工藝條件下轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中，隨著廢鋼的加入量增加，轉(zhuǎn)爐內(nèi)的溫度會(huì)逐漸地降低；可以通過增加焦炭、碳化硅等低價(jià)的升溫物料[1]，給轉(zhuǎn)爐提供足夠的外部能源，抵消廢鋼熔化吸收的熱量。為提升焦炭、焦丁或碳化硅發(fā)熱物料的精準(zhǔn)加入，一般情況下是通過高位料倉和遭渣物料一同加入，提升物料的利用率，降低成本。

2.3 少渣留渣操作工藝

煉鋼過程中爐渣屬于副產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中多余的爐渣會(huì)在冶煉結(jié)束后倒掉，倒掉的爐渣會(huì)帶走熱量；在生產(chǎn)過程中一方面通過少渣量減少爐渣帶走熱量；另一方面在轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)在轉(zhuǎn)爐內(nèi)留一部分爐渣，留渣能帶來部分物理熱的同時(shí)，留渣操作能使在冶煉初期快速形成堿性渣，增加石灰的溶解速度，減少冶煉過程中優(yōu)質(zhì)石灰的加入量，將轉(zhuǎn)爐的終點(diǎn)渣的堿度按照3.3～3.4進(jìn)行控制，對(duì)加入的渣料進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)以往的渣料經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，輕燒白云石的加入量為1.2噸/爐、鎂球的加入量為500公斤/爐，石灰的加入量為2 700公斤/爐，這樣的渣料配比，既能起到爐襯保護(hù)的作用，還能減少外來物料的加入量，減少外來物料融化所需要的熱量，通過少渣和留渣工藝操作在減少爐渣熱量帶走的同時(shí)，減少爐渣的使用量(見表1)，理論上，每減少10 kg渣量，可增加5～8 kg/t廢鋼用量[2]，減少熱量的吸收，有效地提高廢鋼的加入量。

表1 不同造渣工藝對(duì)廢鋼的影響

2.4 過程溫度精準(zhǔn)把控

煉鋼的過程中對(duì)溫度的把控至關(guān)重要，溫度是煉鋼的生命線，各環(huán)節(jié)都要對(duì)溫度進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，從鐵水的溫度、煉鋼終點(diǎn)的溫度、鋼包的溫降、出鋼過程的溫降、運(yùn)輸過程中的保溫措施等方面對(duì)煉鋼的溫度進(jìn)行控制，尤其是煉鋼終點(diǎn)溫度和出鋼過程的溫降，終點(diǎn)溫度降低1 ℃就能多加入2 kg的廢鋼[3]，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度降低增加廢鋼加入量的同時(shí)，還能降低吹損，降低鋼鐵料消耗。

鋼包全程加蓋技術(shù)，從轉(zhuǎn)爐——連鑄——連鑄對(duì)鋼包進(jìn)行全程加蓋，加蓋率達(dá)到97%，對(duì)鋼包加蓋前后的溫降進(jìn)行對(duì)比，鋼包加蓋后減少鋼包在運(yùn)輸過程中鋼包口向周圍環(huán)境產(chǎn)生的輔熱，通過統(tǒng)計(jì)，鋼包加蓋后溫降能減少6～8 ℃[5]；通過對(duì)出鋼口的優(yōu)化，將內(nèi)徑為150 mm的出鋼口，優(yōu)化到內(nèi)徑為160 mm的出鋼口，過鋼面積增加了15%，降低轉(zhuǎn)爐的出鋼時(shí)間30 s，減少在出鋼過程的溫降，通過統(tǒng)計(jì)，出鋼口優(yōu)化后，減少出鋼過程中的溫度損失為10～15 ℃。

3 增加廢鋼比的工序

在傳統(tǒng)的煉鋼工藝中，廢鋼主要從轉(zhuǎn)爐中加入，在廢鋼加入過程中受到轉(zhuǎn)爐爐口尺寸、廢鋼斗、冶煉節(jié)奏、終點(diǎn)吹煉溫度等影響，廢鋼的加入量受到限制。在高廢鋼比的工藝中，為增加廢鋼的加入量，可從不同的工位加入廢鋼，根據(jù)當(dāng)前煉鋼生產(chǎn)工藝流程，從魚雷灌、鐵水包、轉(zhuǎn)爐、精煉爐、鋼包等不同工位加入廢鋼，提升廢鋼的配比，降低鐵耗。

3.1 鐵水罐或鐵包加入

鐵水罐或鐵包中加入廢鋼，首先利用鐵水包的預(yù)熱對(duì)廢鋼進(jìn)行預(yù)熱，但在鐵水包中加入廢鋼會(huì)造成鐵水的溫度下降，如果加入的量過大，會(huì)造成鐵水包底部結(jié)冷鋼，在此工位加入廢鋼要控制廢鋼的加入量。因此，配合預(yù)熱裝置對(duì)鐵水罐(或鐵包)內(nèi)部廢鋼進(jìn)行預(yù)加熱的情況下是最好的選擇。

3.2 轉(zhuǎn)爐加入

在轉(zhuǎn)爐中加入廢鋼是常見的廢鋼加入方式，隨著鐵耗的降低，轉(zhuǎn)爐廢鋼加入比例不斷地增加；為了配合廢鋼比例的提升，廢鋼斗、轉(zhuǎn)爐的爐口、轉(zhuǎn)爐的氧槍都在不斷地優(yōu)化[4]；轉(zhuǎn)爐主要加入的廢鋼類型有重型廢鋼、熱壓鐵塊、破碎料配加自產(chǎn)廢鋼；在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中考慮到轉(zhuǎn)爐的熱平衡情況，轉(zhuǎn)爐最經(jīng)濟(jì)的鐵耗在850～870 kg/t，在此鐵耗下不使用氧化鐵皮球、礦石等冷料進(jìn)行降溫，熱量做到相對(duì)平衡，減少熱量的損失，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的冶煉工藝。

3.3 爐后加入

出鋼前在鋼包跨利用天車吸盤向鋼包內(nèi)加廢鋼，鋼包跨天車加裝吸盤，向鋼包內(nèi)加鋼筋切頭、沖豆廢鋼及板邊等優(yōu)質(zhì)廢鋼，能夠降低鐵耗30～50 kg/t。這種方式配合鋼包預(yù)熱廢鋼設(shè)備對(duì)廢鋼進(jìn)行預(yù)熱更經(jīng)濟(jì)，效益能達(dá)到400元/噸廢鋼。

另外爐后通過加料孔加廢鋼，設(shè)計(jì)、制作專用料斗，改造叉車，在出鋼過程中，通過加料孔向鋼包內(nèi)加入鋼筋切頭、破碎料等廢鋼1～2 t，也能降低鐵耗5～10 kg/t。

3.4 精煉加入

精煉加入廢鋼，主要加入的是鋼筋切頭，粒子鋼等廢鋼，廢鋼的綜合收得率能達(dá)到98%左右；精煉加廢鋼要考慮鋼包的凈空和加入的方式，通常情況下廢鋼在精煉加入是通過漏斗的方式，也有的企業(yè)是將鋼筋切頭加入到料倉中，精煉過程中隨輔料一同加入，廢鋼的加入量能更加準(zhǔn)確的控制，在精煉工位一般廢鋼的加入量在10噸左右，降鐵耗在80～90 kg/t。

4 結(jié) 論

綜上所述，在高廢鋼比的生產(chǎn)工藝中，需要不斷模擬廢鋼加入和工藝的匹配，通過熱量平衡，生產(chǎn)工藝優(yōu)化，不斷降低鐵耗，在降低能耗的情況下，降低轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)成本，拓展原料渠道，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理的冶煉工藝控制。

(1)轉(zhuǎn)爐高廢鋼比的冶煉工藝，尤其是在傳統(tǒng)的高爐——轉(zhuǎn)爐冶煉工藝中，增加廢鋼比能有效地減少對(duì)鐵礦石的使用量，突破了轉(zhuǎn)爐對(duì)原料的限制。

(2)通過轉(zhuǎn)爐高廢鋼比的工藝優(yōu)化，能減少石灰、白云石等造渣物料的使用量；減少煉鋼冷料的使用量，減少熱量的流失，為降低煉鋼成本奠定基礎(chǔ)。

(3)廢鋼加熱技術(shù)能快速的將廢鋼加熱到800 ℃以上，廢鋼的加熱技術(shù)為轉(zhuǎn)爐高廢鋼比煉鋼工藝提供了強(qiáng)大的基礎(chǔ)。

(4)不同工位的廢鋼加入工藝，打破了轉(zhuǎn)爐爐口尺寸、廢鋼斗、冶煉周期的限制環(huán)節(jié)，提高了廢鋼比。