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(zé)任公司 技術(shù)中心，廣西 柳州 545002）

摘 要：根據(jù)理論物料平衡和區(qū)域熱平衡計(jì)算高爐爐料結(jié)構(gòu)中配加廢鋼對(duì)生鐵成本的影響結(jié)果，在柳鋼 5# 高爐進(jìn)行配加廢鋼生產(chǎn)實(shí)踐，用生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析了配加廢鐵后的降燃料比效果。 結(jié)果表明：加廢鋼后在冶煉強(qiáng)度變化不大的情況下，產(chǎn)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(shí)，燃料比下降 3 kg/t Fe 左右；試驗(yàn)期間對(duì)高爐爐況及冶煉過(guò)程參數(shù)的影響不明顯。

關(guān)鍵詞：物料平衡；熱平衡；生鐵成本；燃料比

2017 年上半年廢鋼價(jià)格下行較大，煉鋼轉(zhuǎn)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(nèi)， 以期獲得更低的生鐵成本和較高的產(chǎn)量。 有研究^[1]采用物料平衡和熱平衡對(duì)使用金屬化爐料對(duì)提高鐵產(chǎn)量和降低焦比進(jìn)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(guò)程參數(shù)的變化中，找出爐料不同金屬化率對(duì)焦比的影響。本文通過(guò)物料平衡和熱平衡進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，在 5# 高爐使用不同廢鋼加入量，進(jìn)而對(duì)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析， 研究高爐爐頂加廢鋼對(duì)噸鐵成本影響。

1 理論計(jì)算基礎(chǔ)

理論計(jì)算以高爐物料平衡和熱平衡為基礎(chǔ)，以5# 高爐 2017 年 5 月 1 日～2017 年 5 月 11 日生產(chǎn)數(shù)據(jù)的加權(quán)平均值為初始輸入數(shù)據(jù)， 計(jì)算初始直接還原度 r₀； 通過(guò)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的校核檢驗(yàn)使 C、H、O、N、Fe 等化學(xué)元素的入爐量和產(chǎn)出量保持平衡；由于冷風(fēng)流量的測(cè)量精度通常較低， 需要通過(guò)反復(fù)迭代調(diào)用全高爐熱平衡計(jì)算模塊， 達(dá)到檢驗(yàn)與修正冷風(fēng)流量的目的。 在這個(gè)過(guò)程中，風(fēng)量起著“橋梁”的作用。熱損失在熱量總支出中所占的比例， 對(duì)于給定的直接還原度，可以通過(guò)熱平衡計(jì)算對(duì)風(fēng)量進(jìn)行校正，按照 “物料平衡”→“計(jì)算直接還原度”→“熱平衡”→ “計(jì)算風(fēng)量”→“物料平衡”的方式，進(jìn)行迭代運(yùn)算（程序框架圖如圖 1 所示）。 迭代的收斂標(biāo)準(zhǔn)是，最后確定的風(fēng)量同時(shí)滿足兩個(gè)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(jì)算得到的直接還原度的差值小于 0.01。 計(jì)算過(guò)程從 0 t/d 廢鋼加入量為初值， 步長(zhǎng)為 120 t/d 廢鋼加入量疊加，一直疊加到熱平衡不能達(dá)到計(jì)算平衡為止，分別得出高爐燃料消耗、直接還原度和產(chǎn)量數(shù)據(jù)，綜合計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)再得出噸鐵成本降低量。

2 計(jì)算結(jié)果分析

程序計(jì)算達(dá)不到熱平衡點(diǎn)時(shí)的廢鋼加入量 3 120t/d， 共得到 26 組不同廢鋼加入量時(shí)平衡計(jì) 算 得 到的 燃 料 比、 直 接 還 原 度 和 產(chǎn) 量 數(shù) 據(jù) 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(shí)的 比 較值。

加入廢鋼后噸鐵成本降低量=噸鐵燃料消耗費(fèi)用降低量+噸鐵礦石消耗費(fèi)用的降低 量-噸鐵廢鋼費(fèi)用增加量， 以廢鋼比 56.08 kg/t Fe 為例計(jì)算噸鐵成本降低值。 當(dāng)前噸鐵礦耗成本為 1 240 元；礦耗為1 650 kg/t Fe；廢鋼價(jià)格為 1 400 元/t；燃料消耗費(fèi)用為 1 451 元； 生產(chǎn) 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(jì)算結(jié)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(shì)（如圖 2 所示）。 計(jì)算過(guò)程中由于有熱平衡中設(shè)置的外部散熱收斂條件制約范圍的差異，有幾個(gè)結(jié)果偏差較大，可以剔除掉來(lái)判斷總趨勢(shì)。

3 不同廢鋼加入量的冶煉效果

3.1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)的校正與對(duì)比

為對(duì)比不同 廢鋼 加 入 量 對(duì) 高 爐 冶 煉 效 果 的 影響， 選取 2017 年 5~6 月間各操作制度相對(duì)穩(wěn)定、生產(chǎn)正常連 續(xù)的 三 個(gè) 時(shí) 間 段：2017 年 5 月 1 日～5 月11 日無(wú)廢鋼入爐時(shí)期為基準(zhǔn)期；2017 年 5 月 19 日～5 月 30 日廢鋼比 21.33 kg/t Fe 入爐時(shí)期為試驗(yàn)期；2017 年 6 月 12 日～6 月 21 日廢鋼比 43.8 kg/t Fe 入 爐時(shí)期為相對(duì)試驗(yàn)期。 利用這三個(gè)時(shí)間段生產(chǎn)數(shù)據(jù)來(lái)做對(duì)比， 廢鋼的加入量與增產(chǎn)效果分析如圖 3 所 示，在冶煉強(qiáng)度變化不大的情況下，產(chǎn)量隨廢鋼加入量的增加而增大。

結(jié)合原燃料質(zhì)量、 冶煉參數(shù)的變化及其對(duì)燃料比的影響^[3]進(jìn)行了燃料比校正，得到表 2～表 4 校正結(jié)果， 試驗(yàn)期和相對(duì)試驗(yàn)期校正到基準(zhǔn)期的生產(chǎn)條件時(shí)：試驗(yàn)期燃料比為（518.83+0.13）kg/t；相對(duì)試驗(yàn)期為（514.9+0.48）kg/t。 試驗(yàn)期和相對(duì)試驗(yàn)期與基準(zhǔn)期 燃 料 比 528.18 kg/t 對(duì)比， 分 別 降 低 9.22 kg/t 和12.8 kg/t。 試驗(yàn)期和相對(duì)試驗(yàn)期的煤比分別為 152kg/t Fe 和 148 kg/t Fe， 與基準(zhǔn)期 150 kg/t Fe 的水平相當(dāng)，而燃料比（折算到基準(zhǔn)期生產(chǎn)條件）稍有下降；相對(duì)試驗(yàn)期與試驗(yàn)期的燃料比對(duì)比時(shí)的下降幅度為3.58 kg/t Fe，與理論計(jì)算值相差不大。

3.2 對(duì)冶煉過(guò)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(jīng)過(guò) 壓縮變形 等加工處理 后送 往 高 爐 備用。 由于廢鐵來(lái)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(yuǎn)， 上料過(guò)程需要加強(qiáng)管理：①定倉(cāng)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(fù)荷的調(diào)節(jié)和理論鐵量的計(jì)算；②篩分管理，由于廢鐵大小形狀不一，長(zhǎng)條狀、鉤狀、短塊狀摻雜，如果篩分不到位，尺寸過(guò)大的鋒利廢鐵逃過(guò)稱(chēng)量斗格篩網(wǎng)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(duì)應(yīng)的稱(chēng)量斗格篩網(wǎng)尺寸縮小，強(qiáng)化篩分，另外上廢鐵后必須每班定時(shí)檢查清理篩網(wǎng)；③磁性管理，由于廢鐵有磁性，而原來(lái)上料皮帶通道設(shè)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(jù) 初渣性 能對(duì)高爐透 氣性的影 響^[4]，推測(cè)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(yàn)期和相對(duì)試驗(yàn)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(duì)爐況及冶煉過(guò)程參數(shù)的影響不明顯。

4 結(jié)論

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

（2）計(jì)算 得 到 26 組不 同 廢 鋼 加 入 量 時(shí) 的 燃 料比、 直接還原度和產(chǎn)量數(shù)據(jù)， 隨著廢鋼加入量的增加， 燃料比呈下降趨勢(shì)， 并結(jié)合當(dāng)前礦石和燃料價(jià)格，綜合計(jì)算噸鐵成本亦呈下降趨勢(shì)。 廢鋼加入量每增加 30 kg/t Fe 左右時(shí)，燃料比降低 2.3 kg/t Fe，t 鐵成本降低 2.72 元。

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

（4）基于柳鋼 5# 高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)的校正與對(duì)比，燃料比折算到基準(zhǔn)期生產(chǎn)條件下時(shí)均有下降， 相對(duì)試驗(yàn)期與試驗(yàn)期的燃料比對(duì)比時(shí)的下降幅度為 3.58 kg/t Fe；生產(chǎn)配用量（最 大配用量 57 kg/t Fe）較小，對(duì)爐況及冶煉過(guò)程參數(shù)的影響不明顯。

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