一、研究的背景與問題

廢鋼是重要的可再生資源，對提升鋼鐵產(chǎn)能、代替部分鐵礦石的消耗、減少能耗和降低成本等具有重要意義。1990~2019年，我國廢鋼產(chǎn)量從0.21億噸增長到2.4億噸，到2023年預(yù)計(jì)達(dá)到3.3億噸。未來廢鋼產(chǎn)量還會持續(xù)遞增，而隨著高品位鐵礦石資源的減少，高爐鐵水的生產(chǎn)成本將隨之增加，但轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中使用廢鋼的制造成本要顯著低于鐵水成本，因此開發(fā)轉(zhuǎn)爐高廢鋼比冶煉工藝對提高鋼廠經(jīng)濟(jì)效益有很大幫助。近年來我國鋼鐵企業(yè)受到環(huán)保因素影響，普遍面臨鐵水不足的問題，形成了煉鋼生產(chǎn)能力遠(yuǎn)大于煉鐵的局面，直接關(guān)乎到企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升，而提升廢鋼使用效率為解決鐵水供應(yīng)不足提供了新的思路。天鐵熱軋板公司以理論分析為基礎(chǔ)，結(jié)合天鐵熱軋板公司在實(shí)踐中遇到的困難和問題，進(jìn)行提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比技術(shù)的研究。

二、解決問題的思路與技術(shù)方案

廢鋼比的高低主要受限于整個冶煉過程的熱量富余和冶煉工藝。通過研究鋼鐵行業(yè)廢鋼利用技術(shù)發(fā)現(xiàn)，就高廢鋼比實(shí)施方式而言，總體分為2個方向和4種類型，如圖1所示：2個方向?yàn)闊崃織l件創(chuàng)造方向與加入方式拓展方向。而熱量條件創(chuàng)造又有提高入爐料溫度、減少過程溫降和其它途徑等3種類型，故共計(jì)4種類型。天鐵熱軋板公司根據(jù)自身實(shí)際，在不考慮提高爐料溫度情況下采用多點(diǎn)加廢鋼、加大廢鋼斗容積和氧槍噴頭參數(shù)設(shè)計(jì)三個方面進(jìn)行深入探討。

圖1高廢鋼比實(shí)施方式

1、提升廢鋼比例的理論計(jì)算與實(shí)踐

依據(jù)天鐵熱軋使用的鐵水成分，按照熱量平衡進(jìn)行理論計(jì)算：

（計(jì)算顯示，轉(zhuǎn)爐理論上噸鐵廢鋼加入236kg，）通過熱量平衡公式計(jì)算，鐵水Si±0.025%；鐵水C±0.005%，影響廢鋼加入量約5kg/t。

（1）實(shí)踐測算各類廢鋼回收率：依據(jù)現(xiàn)場廢鋼種類，廢鋼按照類型分類定點(diǎn)存放，然后對各類廢鋼進(jìn)行回收率試驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)場冶煉鋼種，設(shè)定加入廢鋼量。以同類廢鋼為批次，廢鋼量平均20噸左右，得到具體參數(shù)如下：

通過廢鋼收得率情況，結(jié)合廢鋼采購價(jià)格，可以準(zhǔn)確計(jì)算不同廢鋼消耗的邊際效益，使得各類廢鋼品種的經(jīng)濟(jì)效益最大化，來指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)過程中廢鋼種類配比。

（2）廢鋼對生產(chǎn)過程溫降實(shí)踐：轉(zhuǎn)爐熱量來源于鐵水物理熱和元素氧化熱，冶煉中的富裕熱量需要廢鋼和其他物料來進(jìn)行平衡。天鐵熱軋180噸頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐配有達(dá)涅利二級系統(tǒng)和轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)，為了研究廢鋼的溫降影響，現(xiàn)場采集了煉鋼數(shù)據(jù)1500爐，去除異常爐次326爐，最終得出在高廢鋼比例下冶煉，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)測試溫度范圍在1630—1655℃（平均1642℃），廢鋼量波動每±1噸，溫度波動范圍7~13℃（平均9.47℃）。

2、轉(zhuǎn)爐高廢鋼比合理配比廢鋼及技術(shù)方案

本項(xiàng)目總體思路如圖2所示，天鐵熱軋?jiān)谵D(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程，為了滿足高廢鋼比例的要求，主要從多點(diǎn)加廢鋼和氧槍參數(shù)優(yōu)化兩個方面進(jìn)行，多點(diǎn)加廢鋼根據(jù)天鐵熱軋現(xiàn)場情況，在混鐵爐利用抓鋼機(jī)向鐵包內(nèi)加入鋼筋壓塊；在倒罐站利用鏟車向鐵包加入沖子料（破碎料），為了保證環(huán)保要求，專門設(shè)計(jì)了除塵設(shè)施；轉(zhuǎn)爐除了利用廢鋼斗向轉(zhuǎn)爐內(nèi)加廢鋼以外，還利用高位料倉根據(jù)冶煉過程的需要加入沖子料來調(diào)整溫度；在吹氬站根據(jù)鋼水溫度要求向鋼包加入廢鋼進(jìn)行調(diào)整。

圖2總體思路

在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，廢鋼斗加廢鋼滿足不了加入高廢鋼比的要求，采取了對廢鋼斗進(jìn)行改造，如圖3所示，廢鋼斗在原有基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)條件，廢鋼斗在高度方向加高50mm，長度方向加長1000mm，廢鋼斗容積得到了加大，加大后廢鋼斗容積可以滿足增加10噸廢鋼量的要求，不僅彌補(bǔ)了廢鋼斗加入廢鋼量的不足，而且提高了轉(zhuǎn)爐煉鋼作業(yè)率。

圖3廢鋼斗改造

隨著高廢鋼比的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，原有氧槍已不適應(yīng)高廢鋼比的吹煉要求，主要表現(xiàn)在點(diǎn)火困難、鋼水氧化性強(qiáng)、吹氧時(shí)間長等，根據(jù)吹煉的實(shí)際和原材料情況對氧槍噴頭參數(shù)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，具體參數(shù)如表1所示。

通過多點(diǎn)加廢鋼、廢鋼斗的改造和氧槍噴頭參數(shù)的重新設(shè)計(jì)，高廢鋼比冶煉技術(shù)得到了應(yīng)用。

三、主要創(chuàng)造性成果

1、提出了多點(diǎn)加廢鋼工藝思路，設(shè)計(jì)安裝了鐵水倒罐站加廢鋼設(shè)施，在爐后吹氬平臺設(shè)置了廢鋼漏斗，在爐臺、加料跨設(shè)置抓鋼機(jī)，為高廢鋼比冶煉創(chuàng)造了條件。

(1)合理使用了鐵水物理熱和轉(zhuǎn)爐冶煉過程的化學(xué)熱。在鐵包內(nèi)加入鋼筋壓塊、破碎料、鐵塊等易于熔化的物料，轉(zhuǎn)爐提高廢鋼裝入量，冶煉中通過高位加入磁選鋼粒調(diào)節(jié)溫度，氬站采用優(yōu)質(zhì)廢鋼進(jìn)行調(diào)溫，以上措施的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了高廢鋼比的應(yīng)用。

(2)根據(jù)鋼種需要，利用物料平衡、熱平衡關(guān)系，對廢鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。開發(fā)了一種在滿足吹煉工藝脫磷要求下，利用轉(zhuǎn)爐吹煉產(chǎn)生的富余熱量熔融廢鋼，穩(wěn)定消耗廢鋼提高廢鋼比例的新型冶煉工藝。

2、大型轉(zhuǎn)爐的廢鋼斗容積是制約因素，在原有廢鋼斗的基礎(chǔ)上進(jìn)行加高和加長，加大廢鋼斗容積，實(shí)現(xiàn)了多類廢鋼配比的要求。

（1）基于高廢鋼比的要求，原廢鋼斗在沒有重廢和生鐵的前提下不能滿足高廢鋼比的廢鋼量，進(jìn)行改造加大容積后，廢鋼斗滿足了轉(zhuǎn)爐需要的各類廢鋼的高廢鋼比例的廢鋼量。

（2）針對各鋼種對廢鋼的不同需求，可以調(diào)整廢鋼斗內(nèi)不同種類的廢鋼比例，以滿足鋼種需要。低碳鋼采用重型廢鋼為主，控制生鐵塊用量，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)拉碳不均勻；普碳鋼在滿足終點(diǎn)一次倒?fàn)t的基礎(chǔ)上，優(yōu)先使用生鐵和普通廢鋼；低合金鋼等品種鋼，為避免過量有害元素，以生鐵、自產(chǎn)重廢和優(yōu)質(zhì)重廢為主。

3、重新設(shè)計(jì)了適合高廢鋼比的氧槍噴頭參數(shù)，開發(fā)高廢鋼比的冶煉技術(shù)，從操作上解決了高廢鋼比的冶煉。

（1）優(yōu)化吹煉化學(xué)熱平衡曲線，提高熱量利用系數(shù)，確保前期溫度不過高，降低前期熱量過剩對吹煉產(chǎn)生脫磷不良影響，使高廢鋼比冶煉技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)。

（2）氧槍冶煉沖擊深度增加和冶煉中化學(xué)熱利用系數(shù)的提升，很好的提高了前期升溫效果，加快了廢鋼熔融速率，避免了廢鋼不化黏結(jié)爐襯；氧槍噴頭噴吹角度的變化，使得冶煉過程升溫均勻，保證了操作安全和金屬料收得率。

（3）終渣氧化性降低，TFeO含量下降約3.6%，終點(diǎn)拉碳穩(wěn)定率提高，成分超內(nèi)控比例降低了10%。同時(shí)，隨著終渣TFeO降低，濺渣層耐侵蝕度提高，補(bǔ)爐頻次降低，提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)率。

四、應(yīng)用情況與效果

天鐵熱軋實(shí)施高廢鋼比轉(zhuǎn)爐冶煉工藝開發(fā)，應(yīng)用過程中取得突出效果。

1該項(xiàng)目提出的多點(diǎn)加廢鋼工藝，解決了環(huán)保限產(chǎn)條件下煉鋼提產(chǎn)問題，鐵耗降低至820-830kg/t，最低達(dá)到了815kg/t，成本得到了很好的控制，產(chǎn)能提升的同時(shí)，煉鋼工序成本下降了20%左右。

2該項(xiàng)目從提高廢鋼回收率的角度,優(yōu)化了氧槍噴頭參數(shù)，冶煉強(qiáng)度提高，鋼水?dāng)嚢枘芰υ鰪?qiáng)，吹氧時(shí)間縮短1.5分鐘，噴濺下降30%，轉(zhuǎn)爐一次倒?fàn)t命中率提高40%。

3該項(xiàng)目還針對鐵水成分異常的工況，提出了雙渣、少渣、廢鋼結(jié)構(gòu)調(diào)整的工藝方案，良好的解決了高廢鋼比條件下的轉(zhuǎn)爐冶煉問題。

4該項(xiàng)目對于大型轉(zhuǎn)爐的廢鋼高效使用提供了技術(shù)參考，在當(dāng)前環(huán)保、低碳、綠色發(fā)展背景下，有很好的推廣價(jià)值。

圖4廢鋼加入圖片