劉  林， 張德榮， 任 濤， 胡正祥， 周 偉， 陳洪民

（日照鋼鐵控股集團有限公司， 山東 日照 276800）

摘 要：廢鋼比是轉爐生產的重要經濟技術指標，其值大小直接影響轉爐冶煉熱平衡，提高入爐廢鋼比是實現節鐵增鋼、降本增效的重要技術手段。然而因低溫低硅鐵水的影響，通過優化渣量、添加提溫劑等措施，不能繼續提高廢鋼比。為此，日鋼基于低溫低硅鐵水的現狀，加入發熱廢鋼，使入爐廢鋼單耗由 245 kg/t 提高至 252 kg/t，并通過優化發熱廢鋼配比及轉爐操作，克服發熱廢鋼對終點成分的影響。發熱廢鋼效果較為明顯，為實現節鐵增鋼、降本增效奠定了一定基礎。

關鍵詞：轉爐；低溫低硅鐵水；廢鋼比；發熱廢鋼

據相關研究報告分析，隨著國家開展一系列環保工作，限制燒結和鐵水產能，通過提高入爐廢鋼比的轉爐煉鋼工藝成為降本、提產的有利方向。馬春武等^[1]計算，當鐵水與廢鋼價格相差 300 元 /t 左右及以上時，轉爐增大入爐廢鋼比具有顯著的經濟效益。因煉鐵和煉鋼產能不匹配，需要煉鋼提高廢鋼比，從而增加煉鋼產能。為有效提高入爐廢鋼比，以達到節鐵增鋼、降本增效的目的。根據理論分析和現場經驗，需要攻克以下技術難點：日鋼鐵水成分、溫度波動較大，鐵水罐中加廢鋼，鐵水溫度、碳、硅均低；且由于煉鐵到混鐵爐的鐵水罐為小罐鐵水，需要折入大罐中，折鐵過程中造成鐵水溫降大，為轉爐廢鋼比的提高增加難度；基于日鋼生產實踐，通過加入發熱廢鋼的手段達到提高廢鋼比的目的。發熱廢鋼加入后，轉爐過程升溫發生變化，在吹煉中后期發熱廢鋼熔化，帶入大量 Si、Mn、P 元素，導致中后期返干，不利于 P 元素的去除。

為了提高入爐廢鋼比，達到節鐵增鋼、P 成分受控，以日鋼轉爐為跟蹤對象，對下述內容進行跟蹤和分析：發熱廢鋼加入后對轉爐操作帶來的變化，后期返干，鋼水回磷嚴重；不同鐵水條件，發熱廢鋼加入量對操作的影響，優化轉爐吹煉槍位及加料時機。

1 日鋼生產現狀

為緩解煉鐵產能不足，鐵水罐中加入 50 kg/t 廢鋼，導致鐵水溫度、碳、硅降低，鐵水溫度、化學成分見表 1。由表 1 可知，當前，日鋼生產實踐主要有如下特點：鐵水成分波動大，鐵水碳低、硅低、磷高；受鐵水倒運影響，入爐鐵水溫度低。該鐵水熱量對轉爐完成廢鋼 250 kg/t 單耗，熱量極不富裕，轉爐過氧化嚴重。

轉爐冶煉低溫、低硅鐵水已成常態，然而低溫、低硅鐵水致使轉爐熱平衡較差，不僅完不成廢鋼單耗250 kg/t 指標，且易造成爐襯侵蝕。若提高入爐廢鋼比，勢必增大轉爐負荷，影響轉爐經濟技術指標。因此研究低溫、低硅鐵水加入發熱廢鋼，提高轉爐廢鋼比，對于滿足 250 kg/t 廢鋼單耗指標，改善轉爐經濟技術指標尤為重要。

2 發熱廢鋼對轉爐吹煉的影響

2.1 發熱廢鋼對吹煉過程化學反應的影響

轉爐使用發熱廢鋼主要為機械生鐵，發熱廢鋼中C、Si、Mn 元素含量高。表 2 為機械生鐵成分。在吹煉過程中，發熱廢鋼熔化后，C、Si、Mn 元素發生氧化反應釋放熱量。

轉爐吹煉一爐鋼的時間通常為 14~18 min，冶煉周期為 35 min 左右。下頁圖 1 為吹煉過程中金屬成分和爐渣成分的變化情況^[2]。

如下頁圖 2 所示，機械生鐵塊度不均勻，大部分屬重廢范疇，在吹煉前期不能快速熔化，機械生鐵在吹煉中期熔化^[3]，隨著熔池溫度逐漸升高，機械生鐵快速熔化，會釋放大量的 C、Si、Mn，此時鋼水中突然增加 Si、Mn 元素，如圖 1 所示，Si、Mn 在此時會快速氧化，與渣中的 FeO 反應，導致渣中 FeO 消耗過快，出現返干現象。

2.2 發熱廢鋼對熱平衡的影響

日鋼使用發熱廢鋼主要是回收鑄鐵件（公司命名為“機械生鐵”），與廢鋼相比鑄鐵件的冷卻效應為0.6，提高機械生鐵的加入量，有利于提高廢鋼比。各種常用廢鋼冷卻效應值見表 3。

3 機械生鐵替代廢鋼提高廢鋼比研究

3.1 機械生鐵配比

如表 4 所示通過廢鋼斗配加機械生鐵替代普通廢鋼，調整廢鋼配比，機械生鐵加入量達到 20%。

3.2 發熱廢鋼溫降效果對比

通過理論計算和生產實踐，發熱廢鋼加入后，轉爐熱量明顯好轉。機械生鐵加入前后入爐廢鋼比數據對比見表 5，由表 5 可知，機械生鐵的溫降為 3.7 ℃/t，較正常廢鋼降低 1.3 ℃/t，廢鋼單耗增加 7 kg/t，終點氧質量分數降低 68×10^-6。

4 轉爐操作優化

4.1 發熱廢鋼加入后轉爐吹煉槍位調整

控制冶煉過程適宜槍位，通過控制過程升溫、渣料加入及化渣情況，可有效解決機械生鐵熔化后導致的返干回磷。機械生鐵的加入后，針對不同的鐵水條件，采用不同的操作模式。

4.1.1 鐵水熱量富裕操作優化

冶煉過程采用“高 - 低 - 高 - 低”的槍位模式，具體如圖 3 所示。開吹成功點火后，將槍位控制在 2.3 m左右，緩慢壓槍至 1.8 m，強攪熔池。頭批料加入后將槍位控制在 2 m，保持較長時間的高槍位化渣，頭批料化開后，小批量多批次加入二批料，吹煉至中后期將槍位控制 2 m，積攢足夠的 FeO 等待機械生鐵熔化時消耗，避免中后期返干，導致鋼水回磷。

4.1.2 鐵水熱量不富裕操作優化

冶煉過程采用“高 - 低 - 高 - 低”的槍位模式，具體如圖 4 所示。開吹成功點火后，將槍位控制在 2.3 m左右，快速壓槍至 1.8 m，前期熔池溫度低，鐵水流動性差，需要強攪拌和低槍位升溫，通過長時間強攪熔池給廢鋼熔化及熔池混勻提供動力學條件。頭批料加入后將槍位控制在 2 m，保持較長時間的高槍位化渣，頭批料化開后，小批量多批次加入二批料，吹煉至中后期將槍位控制 2 m，積攢足夠的 FeO 等待機械生鐵熔化時消耗，避免中后期返干，導致鋼水回磷。

4.2 機械生鐵配比優化

當鐵水熱量富裕時，加入過多的機械生鐵，會導致冶煉過程中熔池溫度高，加快碳氧反應，加劇爐渣返干，應根據鐵水熱量調整機械生鐵加入量，平衡爐內熱量。

1）機械生鐵減量，使用破碎料和工業壓塊替代，優先減機械生鐵；

2）加自循環，降低吹煉前期和過程的溫度。

5 優化效果

通過槍位優化、加料時機優化、機械生鐵配比優化等工藝優化，有效解決機械生鐵加入后，中后期返干，終點磷高等難題，優化前后終點磷變化見表 6。通過加入機械生鐵，能夠完成廢鋼單耗提高 7 kg/t，完成公司廢鋼單耗 250 kg/t 的目標，終點氧質量分數降低68×10^-6。

6 結論

1）在現有的鐵水條件下，通過加入發熱廢鋼，成功開發了低熱量鐵水條件下轉爐熱補償工藝。在不影響產品質量的前提下，解決鐵水熱量低、終點鋼水過氧化導致的系列問題。

2）通過發熱廢鋼的加入，提高廢鋼加入量 7 kg/t，有效解決鐵水熱量低、廢鋼單耗低、煉鋼產量低、經濟技術指標差的難點；

3）通過槍位優化，控制發熱廢鋼加入量、控制過程溫度、渣料加入，可有效解決發熱廢鋼加入后返干磷高的問題，保證產品質量。

參考文獻

[1] 馬春武，李智，劉偉華，等.廢鋼價格與廢鋼比對煉鋼經濟效益的影響[ J ] .中國冶金，2015.25（9）：6.

[2] 王新華，鋼鐵冶金學[ M] .北京：高等教育出版社，2005.

[3] 劉勇，周小賓，彭世恒，等.轉爐熔池中廢鋼對混勻影響[ J ] .連鑄，2019（3）：6.