高废钢比转炉冶炼工艺优化

孙实庆，梁静召，朱世杰，王志磊

(1.河钢股份有限公司承德分公司，河北 承德 067000；2.河钢股份有限公司，河北 石家庄 050023)

随着当前碳达峰、碳中和发展的需要，对钢铁工业的发展也提出了新的要求，钢铁工业如何实现碳达峰发展的需要，在严格控制产能的基础上要不断的减少CO2的排放量，在转炉为主流的钢铁生产企业中，如何减少CO2的排放量，就要从源头上减少煤炭的消耗。减少铁水的使用量，增加冶炼过程中废钢的使用量，从而降低冶炼过程中煤炭的使用量，降低能源的消耗，减少CO2的排放量，因此，在转炉生产过程中增加废钢的使用量，用废钢来替代部分铁矿石，对降低能源消耗，降低碳排放有重要的意义。目前在钢铁行业中铁耗控制好的企业，铁耗控制水平在750 kg/t，随着铁耗的逐渐降低，传统的转炉冶炼工艺已经不能适应当前低铁耗转炉生产工艺的要求，因此，在高废钢比的情况下，对转炉的工艺进行优化，分不同的工位分批次加入废钢，满足转炉加废钢的需要。本文就结合150吨转炉在高废钢比冶炼过程中遇到的问题进行分析，阐述高废钢比转炉冶炼工艺。

1 高废钢比存在的问题

在转炉生产过程中，随着废钢加入量的增加，生产过程中需要更多的热量来熔化废钢，因此，要想在转炉冶炼过程中提升废钢加入量就需要满足热量的要求，这就涉及到转炉生产中热平衡和物料平衡。因此在转炉生产过程中，需要想办法提高热量，减少热量的散失，保证温度才能提升废钢的加入量。转炉的物料平衡主要是指在炼钢生产过程中加入的废钢、石灰、镁球、矿石等，以及在炼钢中产出的炉渣、喷溅等物料。热量平衡是指铁水的物理热、元素氧化产生热、碳氧反应热；热量损失是废钢、冷料吸收的热，烟尘和喷溅带走热炉料分解热、辐射热等。减少热量的损失或通过其他手段来提升热量都能增加废钢的加入量。

在高废钢比的转炉生产工艺中，随着废钢加入量的增加，在操作过程中，加入废钢的次数，行车的运行速度，炉口的大小以及氧枪吹氧量的大小都会对冶炼周期产生影响；冶炼周期延长势必会造成钢产量的降低，这不符合增加废钢比，提产降耗的目标要求。因此，在高废钢比转炉冶炼中，必须做好废钢加入和冶炼周期之间的平衡，不能因为废钢量的增加，影响转炉的冶炼周期。

2 增加废钢比的工艺操作

在转炉冶炼过程中废钢的加入量多少和生产工艺和热量的平衡有直接关系，在目前钢铁企业生产的过程中高废钢比主要通过温度的补偿来实现。热平衡主要包含转炉生产过程中碳、硅、锰等元素氧化带来的热量，还包含转炉炉渣带走热量及过程中的温降。

2.1 对废钢进行预热

理论上，在转炉生产中，废钢的加入量在16%～17%左右，当废钢的比例大于16%～17%时就需要热量的补偿，废钢预热是通过外部热源将使用对废钢进行加热，减少在废钢使用过程中吸收的热量，提升废钢的使用量。一般情况下的废钢预热使用的主要是炼钢生产过程中产生的废气，对废钢进行预热，这种预热的废钢温度较低，一般情况下可预热到300 ℃左右，因为使用的是废气，生产成本较低。另一种途径是通过转炉煤气或高炉煤气对废钢进行专项烘烤，废钢烘烤10分钟能达到800～1 000 ℃，通过对废钢进行预热能大大降低在废钢使用过程中的吸热，增加废钢的使用量，理论上废钢的加入比例为34%左右。

2.2 使用升温剂外加热源

热量的损失是影响废钢加入量的主要因素，在高废钢比的工艺条件下转炉生产过程中，随着废钢的加入量增加，转炉内的温度会逐渐地降低；可以通过增加焦炭、碳化硅等低价的升温物料[1]，给转炉提供足够的外部能源，抵消废钢熔化吸收的热量。为提升焦炭、焦丁或碳化硅发热物料的精准加入，一般情况下是通过高位料仓和遭渣物料一同加入，提升物料的利用率，降低成本。

2.3 少渣留渣操作工艺

炼钢过程中炉渣属于副产品，在生产过程中多余的炉渣会在冶炼结束后倒掉，倒掉的炉渣会带走热量；在生产过程中一方面通过少渣量减少炉渣带走热量；另一方面在转炉冶炼终点在转炉内留一部分炉渣，留渣能带来部分物理热的同时，留渣操作能使在冶炼初期快速形成碱性渣，增加石灰的溶解速度，减少冶炼过程中优质石灰的加入量，将转炉的终点渣的碱度按照3.3～3.4进行控制，对加入的渣料进行计算，根据以往的渣料经验计算，轻烧白云石的加入量为1.2吨/炉、镁球的加入量为500公斤/炉，石灰的加入量为2 700公斤/炉，这样的渣料配比，既能起到炉衬保护的作用，还能减少外来物料的加入量，减少外来物料融化所需要的热量，通过少渣和留渣工艺操作在减少炉渣热量带走的同时，减少炉渣的使用量(见表1)，理论上，每减少10 kg渣量，可增加5～8 kg/t废钢用量[2]，减少热量的吸收，有效地提高废钢的加入量。

表1 不同造渣工艺对废钢的影响

2.4 过程温度精准把控

炼钢的过程中对温度的把控至关重要，温度是炼钢的生命线，各环节都要对温度进行精准的控制，从铁水的温度、炼钢终点的温度、钢包的温降、出钢过程的温降、运输过程中的保温措施等方面对炼钢的温度进行控制，尤其是炼钢终点温度和出钢过程的温降，终点温度降低1 ℃就能多加入2 kg的废钢[3]，转炉终点温度降低增加废钢加入量的同时，还能降低吹损，降低钢铁料消耗。

钢包全程加盖技术，从转炉——连铸——连铸对钢包进行全程加盖，加盖率达到97%，对钢包加盖前后的温降进行对比，钢包加盖后减少钢包在运输过程中钢包口向周围环境产生的辅热，通过统计，钢包加盖后温降能减少6～8 ℃[5]；通过对出钢口的优化，将内径为150 mm的出钢口，优化到内径为160 mm的出钢口，过钢面积增加了15%，降低转炉的出钢时间30 s，减少在出钢过程的温降，通过统计，出钢口优化后，减少出钢过程中的温度损失为10～15 ℃。

3 增加废钢比的工序

在传统的炼钢工艺中，废钢主要从转炉中加入，在废钢加入过程中受到转炉炉口尺寸、废钢斗、冶炼节奏、终点吹炼温度等影响，废钢的加入量受到限制。在高废钢比的工艺中，为增加废钢的加入量，可从不同的工位加入废钢，根据当前炼钢生产工艺流程，从鱼雷灌、铁水包、转炉、精炼炉、钢包等不同工位加入废钢，提升废钢的配比，降低铁耗。

3.1 铁水罐或铁包加入

铁水罐或铁包中加入废钢，首先利用铁水包的预热对废钢进行预热，但在铁水包中加入废钢会造成铁水的温度下降，如果加入的量过大，会造成铁水包底部结冷钢，在此工位加入废钢要控制废钢的加入量。因此，配合预热装置对铁水罐(或铁包)内部废钢进行预加热的情况下是最好的选择。

3.2 转炉加入

在转炉中加入废钢是常见的废钢加入方式，随着铁耗的降低，转炉废钢加入比例不断地增加；为了配合废钢比例的提升，废钢斗、转炉的炉口、转炉的氧枪都在不断地优化[4]；转炉主要加入的废钢类型有重型废钢、热压铁块、破碎料配加自产废钢；在转炉冶炼过程中考虑到转炉的热平衡情况，转炉最经济的铁耗在850～870 kg/t，在此铁耗下不使用氧化铁皮球、矿石等冷料进行降温，热量做到相对平衡，减少热量的损失，实现最优的冶炼工艺。

3.3 炉后加入

出钢前在钢包跨利用天车吸盘向钢包内加废钢，钢包跨天车加装吸盘，向钢包内加钢筋切头、冲豆废钢及板边等优质废钢，能够降低铁耗30～50 kg/t。这种方式配合钢包预热废钢设备对废钢进行预热更经济，效益能达到400元/吨废钢。

另外炉后通过加料孔加废钢，设计、制作专用料斗，改造叉车，在出钢过程中，通过加料孔向钢包内加入钢筋切头、破碎料等废钢1～2 t，也能降低铁耗5～10 kg/t。

3.4 精炼加入

精炼加入废钢，主要加入的是钢筋切头，粒子钢等废钢，废钢的综合收得率能达到98%左右；精炼加废钢要考虑钢包的净空和加入的方式，通常情况下废钢在精炼加入是通过漏斗的方式，也有的企业是将钢筋切头加入到料仓中，精炼过程中随辅料一同加入，废钢的加入量能更加准确的控制，在精炼工位一般废钢的加入量在10吨左右，降铁耗在80～90 kg/t。

4 结 论

综上所述，在高废钢比的生产工艺中，需要不断模拟废钢加入和工艺的匹配，通过热量平衡，生产工艺优化，不断降低铁耗，在降低能耗的情况下，降低转炉生产成本，拓展原料渠道，实现经济合理的冶炼工艺控制。

(1)转炉高废钢比的冶炼工艺，尤其是在传统的高炉——转炉冶炼工艺中，增加废钢比能有效地减少对铁矿石的使用量，突破了转炉对原料的限制。

(2)通过转炉高废钢比的工艺优化，能减少石灰、白云石等造渣物料的使用量；减少炼钢冷料的使用量，减少热量的流失，为降低炼钢成本奠定基础。

(3)废钢加热技术能快速的将废钢加热到800 ℃以上，废钢的加热技术为转炉高废钢比炼钢工艺提供了强大的基础。

(4)不同工位的废钢加入工艺，打破了转炉炉口尺寸、废钢斗、冶炼周期的限制环节，提高了废钢比。