李宏玉1 ，莫朝興 1 ，唐志宏 1 ，王子宏 2，潘晶2

（ 1. 柳州鋼鐵股份有限公司 煉鐵廠，廣西 柳州 545002 ；

2. 柳州鋼鐵有限責任公司 技術中心，廣西 柳州 545002 ）

摘 要：根據理論物料平衡和區(qū)域熱平衡計算高爐爐料結構中配加廢鋼對生鐵成本的影響結果，在柳鋼 5 # 高爐進行配加廢鋼生產實踐，用生產數據分析了配加廢鐵后的降燃料比效果。 結果表明：加廢鋼后在冶煉強度變化不大的情況下，產量隨廢鋼加入量的增加而增大；且廢鋼比每增加 30 kg/t Fe 入爐時，燃料比下降 3 kg/t Fe 左右；試驗期間對高爐爐況及冶煉過程參數的影響不明顯。

關鍵詞：物料平衡；熱平衡；生鐵成本；燃料比

2017 年上半年廢鋼價格下行較大，煉鋼轉爐廢鋼比已到控制極限； 遂在高爐煉鐵工序從爐頂加入廢鋼加工品鐵粒子作為原料加入爐內， 以期獲得更低的生鐵成本和較高的產量。有研究 ^[1] 采用物料平衡和熱平衡對使用金屬化爐料對提高鐵產量和降低焦比進行了分析； I G Tovarovskiy 等人 ^[2] 甚至考慮從爐頂布料、煤氣流分布、軟熔帶等高爐冶煉過程參數的變化中，找出爐料不同金屬化率對焦比的影響。本文通過物料平衡和熱平衡進行理論分析的基礎上，在 5 # 高爐使用不同廢鋼加入量，進而對實際生產數據進行對比分析， 研究高爐爐頂加廢鋼對噸鐵成本影響。

1 理論計算基礎

理論計算以高爐物料平衡和熱平衡為基礎，以5 # 高爐 2017 年 5 月 1 日 ～2017 年 5 月 11 日生產數據的加權平均值為初始輸入數據， 計算初始直接還原度 r 0 ； 通過對生產數據的校核檢驗使 C 、 H 、 O 、 N 、Fe 等化學元素的入爐量和產出量保持平衡；由于冷風流量的測量精度通常較低， 需要通過反復迭代調用全高爐熱平衡計算模塊， 達到檢驗與修正冷風流量的目的。 在這個過程中，風量起著“橋梁”的作用。

熱損失在熱量總支出中所占的比例， 對于給定的直接還原度，可以通過熱平衡計算對風量進行校正，按照 “物料平衡” → “計算直接還原度” → “熱平衡” →“計算風量” → “物料平衡”的方式，進行迭代運算（程序框架圖如圖 1 所示）。 迭代的收斂標準是，最后確定的風量同時滿足兩個要求：熱量收支平衡（收斂條件為外部散熱占熱量收入的 10% ）；前后兩次計算得到的直接還原度的差值小于 0.01 。 計算過程從 0 t/d廢鋼加入量為初值， 步長為 120 t/d 廢鋼加入量疊加，一直疊加到熱平衡不能達到計算平衡為止，分別得出高爐燃料消耗、直接還原度和產量數據，綜合計算結果數據再得出噸鐵成本降低量。

2 計算結果分析

程序計算達不到熱平衡點時的廢鋼加入量 3 120t/d ， 共得到 26 組不同廢鋼加入量時平衡計算得到的燃料比、 直接還原度和產量數據如表 1 所示。其中節(jié)省煉鐵成本是基于廢鋼加入量為 0 時的比較值。

加入廢鋼后噸鐵成本降低量 = 噸鐵燃料消耗費

用降低量 + 噸鐵礦石消耗費用的降低量 - 噸鐵廢鋼費用增加量， 以廢鋼比 56.08 kg/t Fe 為例計算噸鐵成本降低值。當前噸鐵礦耗成本為 1 240 元；礦耗為1 650 kg/t Fe ；廢鋼價格為 1 400 元 /t ；燃料消耗費用為 1 451 元； 生產 1 t 鐵， 56.08 kg 廢鋼替代礦石的量為 98.04 kg ；加入 56.08 kg/t Fe 廢鋼后：

噸鐵成本降低量 = （ 521-514.9 ） ×1 451+98.04×1 240/1 650-56.08×1 400/1 000=4.02 元。

計算結果顯示，隨廢鋼加入量的增加，燃料消耗和噸鐵成本均呈降低趨勢（如圖 2 所示）。 計算過程中由于有熱平衡中設置的外部散熱收斂條件制約范圍的差異，有幾個結果偏差較大，可以剔除掉來判斷總趨勢。

3 不同廢鋼加入量的冶煉效果

3.1 生產數據的校正與對比

為對比不同廢鋼加入量對高爐冶煉效果的影響， 選取 2017 年 5~6 月間各操作制度相對穩(wěn)定、生產正常連續(xù)的三個時間段： 2017 年 5 月 1 日 ～5 月11 日無廢鋼入爐時期為基準期； 2017 年 5 月 19 日 ～5 月 30 日廢鋼比 21.33 kg/t Fe 入爐時期為試驗期；2017 年 6 月 12 日 ～6 月 21 日廢鋼比 43.8 kg/t Fe 入爐時期為相對試驗期。 利用這三個時間段生產數據來做對比， 廢鋼的加入量與增產效果分析如圖 3 所示，在冶煉強度變化不大的情況下，產量隨廢鋼加入量的增加而增大。

結合原燃料質量、 冶煉參數的變化及其對燃料比的影響 ^[3] 進行了燃料比校正，得到表 2～ 表 4 校正結果， 試驗期和相對試驗期校正到基準期的生產條件時：試驗期燃料比為（ 518.83+0.13 ） kg/t ；相對試驗期為（ 514.9+0.48 ） kg/t 。 試驗期和相對試驗期與基準期燃料比 528.18 kg/t 對比， 分別降低 9.22 kg/t 和12.8 kg/t 。 試驗期和相對試驗期的煤比分別為 152kg/t Fe 和 148 kg/t Fe ， 與基準期 150 kg/t Fe 的水平相當，而燃料比（折算到基準期生產條件）稍有下降；相對試驗期與試驗期的燃料比對比時的下降幅度為3.58 kg/t Fe ，與理論計算值相差不大。

3.2 對冶煉過程的影響

入爐廢鋼是由金材公司回收易拉罐、 廢鐵雜散料等資源經過壓縮變形等加工處理后送往高爐備用。由于廢鐵來源雜亂、尺寸參差不齊，品位、磁性等屬性亦與入爐礦石相差甚遠， 上料過程需要加強管理： ① 定倉管理，目的是清楚定好每批料的廢鐵配加量，均勻配加，利于焦炭負荷的調節(jié)和理論鐵量的計算； ② 篩分管理，由于廢鐵大小形狀不一，長條狀、鉤狀、短塊狀摻雜，如果篩分不到位，尺寸過大的鋒利廢鐵逃過稱量斗格篩網落到皮帶， 極易造成劃破皮帶、卡死受料斗或料罐等事故，因此上廢鐵前將對應的稱量斗格篩網尺寸縮小，強化篩分，另外上廢鐵后必須每班定時檢查清理篩網； ③ 磁性管理，由于廢鐵有磁性，而原來上料皮帶通道設有除鐵器，因此上廢鐵后停用除鐵器。

在布料制度上，因廢鐵品位高渣量少，根據初渣性能對高爐透氣性的影響 ^[4] ，推測廢鐵所布之處透氣性更好，布在邊沿則利于疏松邊沿，布在中心則利于活躍中心； 試驗期和相對試驗期間， 5 # 高爐的廢鋼布在邊沿環(huán)狀帶上。 由于配用量（最大配用量 57 kg/t Fe ）較小，對爐況及冶煉過程參數的影響不明顯。

4 結論

（ 1 ）基于高爐物料平衡和熱平衡的理論計算，可以模擬一個跟基準期相同操作條件的環(huán)境， 單純考慮廢鋼加入量的增加對噸鐵成本的影響。

（ 2 ）計算得到 26 組不同廢鋼加入量時的燃料比、 直接還原度和產量數據， 隨著廢鋼加入量的增加， 燃料比呈下降趨勢， 并結合當前礦石和燃料價格，綜合計算噸鐵成本亦呈下降趨勢。廢鋼加入量每增加 30 kg/t Fe 左右時，燃料比降低 2.3 kg/t Fe ， t 鐵成本降低 2.72 元。

（ 3 ）結合廢鋼加入量的降燃料消耗效果，廢鋼的效益與當前礦石價格、燃料價格和廢鋼價格相關。在礦石價格不變廢鋼價格漲到一定價格或廢鋼價格不變噸鐵礦石價格降到一定價格時， 廢鋼加入不能降低噸鐵成本，只有增產作用。

（ 4 ）基于柳鋼 5 # 高爐生產數據的校正與對比，燃料比折算到基準期生產條件下時均有下降， 相對試驗期與試驗期的燃料比對比時的下降幅度為 3.58kg/t Fe ；生產配用量（最大配用量 57 kg/t Fe ）較小，對爐況及冶煉過程參數的影響不明顯。

參考文獻：

[1] 郝志強，李香彩，汪琦 . 爐料金屬化率對富氧噴煤高爐冶煉過程的影響 [J]. 鋼鐵研究學報， 2000 ， 12 （ b9 ）： 81-84.

[2] TOVAROVSKIY I G, GORDON Y M, MERKULOV A E, 等 . 爐料金屬化率對高爐工藝和操作參數的影響 [J]. 世界鋼鐵， 2013 ， 13 （ 5 ）：5-11.

[3] 周傳典 . 高爐煉鐵生產技術手冊 [M]. 北京：冶金工業(yè)出版社， 2002.

[4] 傅連春，畢學工，馮智慧，等 . 高爐初渣形成過程及其性能優(yōu)化研究 [J]. 武漢科技大學學報（自然科學版）， 2008 ， 31 （ 2 ）： 113-117.