劉 林， 張德榮， 任 濤， 胡正祥， 周 偉， 陳洪民
（日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司， 山東 日照 276800）
摘 要：廢鋼比是轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，其值大小直接影響轉(zhuǎn)爐冶煉熱平衡，提高入爐廢鋼比是實現(xiàn)節(jié)鐵增鋼、降本增效的重要技術(shù)手段。然而因低溫低硅鐵水的影響，通過優(yōu)化渣量、添加提溫劑等措施，不能繼續(xù)提高廢鋼比。為此，日鋼基于低溫低硅鐵水的現(xiàn)狀，加入發(fā)熱廢鋼，使入爐廢鋼單耗由 245 kg/t 提高至 252 kg/t，并通過優(yōu)化發(fā)熱廢鋼配比及轉(zhuǎn)爐操作，克服發(fā)熱廢鋼對終點成分的影響。發(fā)熱廢鋼效果較為明顯，為實現(xiàn)節(jié)鐵增鋼、降本增效奠定了一定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；低溫低硅鐵水；廢鋼比；發(fā)熱廢鋼
據(jù)相關(guān)研究報告分析，隨著國家開展一系列環(huán)保工作，限制燒結(jié)和鐵水產(chǎn)能，通過提高入爐廢鋼比的轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝成為降本、提產(chǎn)的有利方向。馬春武等[1]計算，當(dāng)鐵水與廢鋼價格相差 300 元 /t 左右及以上時，轉(zhuǎn)爐增大入爐廢鋼比具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因煉鐵和煉鋼產(chǎn)能不匹配，需要煉鋼提高廢鋼比，從而增加煉鋼產(chǎn)能。為有效提高入爐廢鋼比，以達(dá)到節(jié)鐵增鋼、降本增效的目的。根據(jù)理論分析和現(xiàn)場經(jīng)驗，需要攻克以下技術(shù)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(zhuǎn)爐廢鋼比的提高增加難度；基于日鋼生產(chǎn)實踐，通過加入發(fā)熱廢鋼的手段達(dá)到提高廢鋼比的目的。發(fā)熱廢鋼加入后，轉(zhuǎn)爐過程升溫發(fā)生變化，在吹煉中后期發(fā)熱廢鋼熔化，帶入大量 Si、Mn、P 元素，導(dǎo)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(dá)到節(jié)鐵增鋼、P 成分受控，以日鋼轉(zhuǎn)爐為跟蹤對象，對下述內(nèi)容進(jìn)行跟蹤和分析：發(fā)熱廢鋼加入后對轉(zhuǎn)爐操作帶來的變化，后期返干，鋼水回磷嚴(yán)重；不同鐵水條件，發(fā)熱廢鋼加入量對操作的影響，優(yōu)化轉(zhuǎn)爐吹煉槍位及加料時機(jī)。
1 日鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀
為緩解煉鐵產(chǎn)能不足，鐵水罐中加入 50 kg/t 廢鋼，導(dǎo)致鐵水溫度、碳、硅降低，鐵水溫度、化學(xué)成分見表 1。由表 1 可知，當(dāng)前，日鋼生產(chǎn)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(zhuǎn)爐完成廢鋼 250 kg/t 單耗，熱量極不富裕，轉(zhuǎn)爐過氧化嚴(yán)重。
轉(zhuǎn)爐冶煉低溫、低硅鐵水已成常態(tài)，然而低溫、低硅鐵水致使轉(zhuǎn)爐熱平衡較差，不僅完不成廢鋼單耗250 kg/t 指標(biāo)，且易造成爐襯侵蝕。若提高入爐廢鋼比，勢必增大轉(zhuǎn)爐負(fù)荷，影響轉(zhuǎn)爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。因此研究低溫、低硅鐵水加入發(fā)熱廢鋼，提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比，對于滿足 250 kg/t 廢鋼單耗指標(biāo)，改善轉(zhuǎn)爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)尤為重要。
2 發(fā)熱廢鋼對轉(zhuǎn)爐吹煉的影響
2.1 發(fā)熱廢鋼對吹煉過程化學(xué)反應(yīng)的影響
轉(zhuǎn)爐使用發(fā)熱廢鋼主要為機(jī)械生鐵，發(fā)熱廢鋼中C、Si、Mn 元素含量高。表 2 為機(jī)械生鐵成分。在吹煉過程中，發(fā)熱廢鋼熔化后，C、Si、Mn 元素發(fā)生氧化反應(yīng)釋放熱量。
轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)械生鐵在吹煉中期熔化[3]，隨著熔池溫度逐漸升高，機(jī)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(yīng)，導(dǎo)致渣中 FeO 消耗過快，出現(xiàn)返干現(xiàn)象。
2.2 發(fā)熱廢鋼對熱平衡的影響
日鋼使用發(fā)熱廢鋼主要是回收鑄鐵件（公司命名為“機(jī)械生鐵”），與廢鋼相比鑄鐵件的冷卻效應(yīng)為0.6，提高機(jī)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(yīng)值見表 3。
3 機(jī)械生鐵替代廢鋼提高廢鋼比研究
3.1 機(jī)械生鐵配比
如表 4 所示通過廢鋼斗配加機(jī)械生鐵替代普通廢鋼，調(diào)整廢鋼配比，機(jī)械生鐵加入量達(dá)到 20%。
3.2 發(fā)熱廢鋼溫降效果對比
通過理論計算和生產(chǎn)實踐，發(fā)熱廢鋼加入后，轉(zhuǎn)爐熱量明顯好轉(zhuǎn)。機(jī)械生鐵加入前后入爐廢鋼比數(shù)據(jù)對比見表 5，由表 5 可知，機(jī)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(zhì)量分?jǐn)?shù)降低 68×10-6。
4 轉(zhuǎn)爐操作優(yōu)化
4.1 發(fā)熱廢鋼加入后轉(zhuǎn)爐吹煉槍位調(diào)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(jī)械生鐵熔化后導(dǎo)致的返干回磷。機(jī)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(yōu)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(jī)械生鐵熔化時消耗，避免中后期返干，導(dǎo)致鋼水回磷。
4.1.2 鐵水熱量不富裕操作優(yōu)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(xué)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(jī)械生鐵熔化時消耗，避免中后期返干，導(dǎo)致鋼水回磷。
4.2 機(jī)械生鐵配比優(yōu)化
當(dāng)鐵水熱量富裕時，加入過多的機(jī)械生鐵，會導(dǎo)致冶煉過程中熔池溫度高，加快碳氧反應(yīng)，加劇爐渣返干，應(yīng)根據(jù)鐵水熱量調(diào)整機(jī)械生鐵加入量，平衡爐內(nèi)熱量。
1）機(jī)械生鐵減量，使用破碎料和工業(yè)壓塊替代，優(yōu)先減機(jī)械生鐵；
2）加自循環(huán)，降低吹煉前期和過程的溫度。
5 優(yōu)化效果
通過槍位優(yōu)化、加料時機(jī)優(yōu)化、機(jī)械生鐵配比優(yōu)化等工藝優(yōu)化，有效解決機(jī)械生鐵加入后，中后期返干，終點磷高等難題，優(yōu)化前后終點磷變化見表 6。通過加入機(jī)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(biāo)，終點氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低68×10-6。
6 結(jié)論
1）在現(xiàn)有的鐵水條件下，通過加入發(fā)熱廢鋼，成功開發(fā)了低熱量鐵水條件下轉(zhuǎn)爐熱補償工藝。在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，解決鐵水熱量低、終點鋼水過氧化導(dǎo)致的系列問題。
2）通過發(fā)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(chǎn)量低、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)差的難點；
3）通過槍位優(yōu)化，控制發(fā)熱廢鋼加入量、控制過程溫度、渣料加入，可有效解決發(fā)熱廢鋼加入后返干磷高的問題，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1] 馬春武，李智，劉偉華，等.廢鋼價格與廢鋼比對煉鋼經(jīng)濟(jì)效益的影響[ J ] .中國冶金，2015.25（9）：6.
[2] 王新華，鋼鐵冶金學(xué)[ M] .北京：高等教育出版社，2005.
[3] 劉勇，周小賓，彭世恒，等.轉(zhuǎn)爐熔池中廢鋼對混勻影響[ J ] .連鑄，2019（3）：6.