提高轉爐廢鋼比的試驗研究

鄭 楠

（武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司新區分公司二次資源部，云南安寧650309）

1 引言

昆鋼煉鋼廠第二作業區有3座60 t頂底復吹轉爐，由煉鐵廠6#大高爐和若干小高爐供應鐵水。根據節能減排工作要求，相繼淘汰落后產能已成必然，在此背景下，煉鐵廠2#高爐于2010年9月底正式停產，供應煉鋼廠的鐵水量每月減少2.5萬t～3萬t。產能最大的6#高爐在今年上半年計劃大修100天，鐵水供應不足的現狀更為凸顯，鐵不保鋼的形勢相當嚴峻。

為維持轉爐作業率水平，穩定鋼產量，順利完成全年生產經營目標，作業區積極開展“節鐵增鋼”工作，把提高轉爐廢鋼比作為攻關方向，以降低鐵水消耗。根據物料平衡和熱平衡理論，嘗試計算入爐鋼鐵料的新配比，并對該方案下轉爐吹煉順行與否進行試驗研究。

2 理論基礎

在鋼鐵料結構變化不大的情況下，近似認為冶煉1 t鋼所需入爐鋼鐵料的Fe元素量和熱量是一定值[1]，但鋼鐵料Si含量變化會引起渣量變化。在鋼鐵料結構中，若減少鐵水用量，從Fe元素固定不變的角度，必須增加冷料（生鐵或廢鋼）的用量，從熱量固定不變的角度，則應增加生鐵的用量，同時減少廢鋼的用量（因生鐵的化學熱量顯著高于廢鋼）。

要提高轉爐廢鋼比，在減少鐵水用量的同時，必須增加生鐵用量，減少廢鋼用量。考慮到在加入生鐵后Si含量增加，導致渣量增加，生鐵的化學熱并不能補償由于爐渣吸熱升溫而損失的熱量，通過添加載熱材料補償這部分熱損失，保證提高廢鋼比后轉爐冶煉的順利進行。

3 試驗方案

3.1 入爐鋼鐵料配比

原有入爐鋼鐵料配比為鐵水50 t，廢鋼10 t，總裝入量60 t，廢鋼比16.7%。現對入爐鋼鐵料配比進行調整：減少鐵水量和廢鋼量，增加生鐵量。昆鋼煉鋼廠所用鋼鐵料理化條件見表1。

表1 鋼鐵料理化條件

根據公式（ 1）、（ 2）、（3）、（4）計算出鋼鐵料 Fe 元素含量（ Fe%）、化學熱（ Q化）、物理熱（ Q鐵水、Q廢鋼、Q生鐵），見表2。

表2 鋼鐵料F e元素含量及熱量

設減少鐵水5 t，則應增加生鐵A t，減少廢鋼B t。

根據鐵元素為定值：

根據熱量為定值：

聯立（5）、（ 6）得：A=9.8，B=4.8。

試驗時鋼鐵料配比為：鐵水45 t，生鐵9.8 t，廢鋼5.2 t，總裝入量60 t，廢鋼比25%。提高轉爐廢鋼比前后，鋼鐵料配比的對比見表3。

表3 提高轉爐廢鋼比前后鋼鐵料配比的對比

3.2 渣料用量

在原有鋼鐵料配比下，渣料用量為：石灰2000 kg，輕燒1000 kg。但是鋼鐵料配比調整后，由表1可知，生鐵的Si含量高于鐵水，約是鐵水的3.3倍，這就意味著入爐SiO2含量增加，渣量增加，石灰或輕燒的用量也相應增加。

鋼鐵料配比調整后，入爐鋼鐵料增Si量：9.8×（1-3%）×1.2%-5×（ 1-1.2%）×0.36%-4.8×（ 1-5%）×0.4%=78 kg，增加入爐 SiO2量：78÷28×60=167 kg；非金屬渣增加入爐 SiO2量：（ 9.8×3%-5×1.2%-4.8×5%）×34%=-2 kg（鐵水、生鐵、廢鋼的非金屬渣所含SiO2均按34%計算）。綜合增加入爐SiO2量：167-2=165 kg。

轉爐終渣SiO2平均含量為10.85%，則渣量增加：165÷10.85%=1521 kg。

轉爐終渣CaO平均含量為40%，所用石灰CaO平均含量為87%，則需增加石灰：

試驗渣料用量為：石灰2699 kg，輕燒1000 kg（在鐵水Si含量波動時，石灰用量做適當調整）。

3.3 載熱材料的選用

調整入爐鋼鐵料配比后，轉爐吹煉每爐鋼增加渣量1521 kg，這些渣子的升溫（按終渣溫度1620℃考慮）勢必要損失一部分熔池熱量，造成鋼水升溫熱量不足。為解決這一問題，需要通過向轉爐增加載熱材料補充渣子升溫損失的熱量。

作為轉爐理想的載熱材料，首先需有較高的熱利用系數，其次應能保證轉爐的高生產率，可供選擇的固體燃料有煤粉、塊煤和焦炭。噴吹煤粉需要磨煤機、防爆裝置、噴吹管和噴吹罐等設備，購置投資大，占地面積廣，昆鋼難以實現。已有的研究成果[3]顯示，1 kg塊煤能熔化廢鋼3.1 kg，焦炭價格較高，但比加塊煤多熔化廢鋼0.4 kg，含硫量又比煤低，同時考慮到價格和運輸成本的優越性，本次試驗選擇昆鋼焦化廠的焦炭產品作為載熱材料，焦炭成分見表4。

表4 焦炭成分/%

3.3.1 焦炭用量爐渣吸熱：

式中：Q爐渣為爐渣帶出熱量，Kcal；W為熔渣總重量，kg；C 為托馬斯爐渣的平均比熱，0.294 Kcal·kg-1·℃-1；T為熔渣溫度，℃；Q1為爐渣的熔化潛熱，50 Kcal/kg。

將 W=1521，T=1620帶入式（ 7），得：

焦炭放熱：

式中：Q為焦炭自生熱量的總和，Kcal；V0為干焦的揮發份分率；VC為煅后焦的揮發份分率；b為煅后焦的燒損率；K0為干焦重量，g。

式（ 8），得 Q=733（ Kcal/kg）。

試驗所需焦炭用量：

3.3.2 焦炭加入時間

兌鐵水前在廢鋼下加焦炭時，利用率為92%～96%；兌鐵水后吹煉前或吹煉中加焦炭時，吸收率為88%～92%。在保證熔池高利用率的前提下，考慮到操作方便和工業應用的安全性，通常在兌鐵水后加入焦炭[6]。

鐵水成分波動較大，特別是鐵水供應緊張，來不及進混鐵爐時成分波動更大，在開始吹煉前，一般沒有鐵水成分化驗結果，在未知鐵水成分的情況下，無法確定焦炭的合理使用量。所以，焦炭在吹煉過程中加入，爐長根據鐵水中的Si、Mn含量及焦炭參考用量，確定焦炭實際使用量。

4 試驗效果

調整鋼鐵料配比前后的吹煉情況見表5。在調整鋼鐵料配比后，轉爐吃廢鋼能力得到提高，廢鋼比由原來的16.7%提高到25%；轉爐加焦炭后，平均吹煉時間延長，由原來的15 min延長到15.8 min；吹煉終點溫度與原來接近，說明調整鋼鐵料配比后，通過焦炭的輔助升溫，熔池獲得了較好的升溫效果，鋼水溫度達到了吹煉終點出鋼的要求；吹煉終點增硫明顯，平均每噸焦炭增硫0.9×10-3%。

表5 調整鋼鐵料配比前后的吹煉情況

5 結論

在本試驗的冷、熱鋼鐵料配比下，以焦炭作為載熱材料，補償因增加的渣量升溫吸熱而造成的熱損失，熔池獲得了較好的升溫效果，鋼水溫度達到了吹煉終點出鋼的要求。

加焦炭提高廢鋼比必然引起鋼水增[S]，應依據鐵水成分或鋼水成分，增加鐵水脫[S]比或采用鋼水脫[S]處理。

在鐵不保鋼的形勢下，盡管吹煉時間延長0.8 min，為穩定鋼產量，轉爐加焦炭提高廢鋼比還是可行的。

[1]殷家旺.降低轉爐鐵水消耗對鋼鐵料消耗影響的計算[J].河南冶金，2006（ 14）：48.

[2]彼格耶夫AM.煉鋼過程的數學描述與計算[M].宗聯枝，譯.北京：冶金工業出版社，1988：47.

[3]王書智.降低轉爐煉鋼的鐵水消耗和提高廢鋼比[J].鞍鋼技術，1988（ 9） ：5.

[4]鋼院煉鋼教研組.轉爐煉鋼法的物料平衡和熱平衡計算（續）[J].鋼鐵，1956（ 22）:34-35.

[5]黃啟震.焦炭煅燒過程的理論自生熱量和理論可回收熱量[J].炭素，1982（ 2） ：43-44.

[6]Бойиенко Б М，戴云閣，Черевко В П.烏克蘭轉爐車間提高廢鋼比的實踐[J].煉鋼，1994（ 6）：12-17.