高廢鋼消耗的轉爐冶煉工藝研究與實踐

黃偉麗，楊志剛，陳四平，朱紅芳

（德龍鋼鐵有限公司技術中心，河北 邢臺 054009）

廢鋼在轉爐冶煉過程的主要作用是冷卻劑，因廢鋼雜質少，用廢鋼做冷卻劑時，渣量少、噴濺小、冷卻效果穩定，便于控制轉爐熔池內溫度[1]。提高廢鋼比，熱量損失較大，轉爐需要加入載熱材料來補充熱量的損失，我公司采用焦炭作為載熱材料，經試驗，從現場操作和成本方面來看可確保生產順行[2]。

公司現有3座1080m3高爐、2座120t轉爐、3臺板坯連鑄機，高爐產能小于煉鋼的產能，2017年廢鋼價格持續走低，給煉鋼釋放產能奠定了基礎，為了提高鋼產量，降低生產成本，減少環境污染，自2017年1月開始，公司開始了轉爐采用高廢鋼比冶煉的研究和生產試驗。

1 焦炭加入量相關公式及算法

結合現場實際數據進行回歸計算，以此為基礎，根據熱平衡可計算焦炭加入量，熱平衡計算涉及到的數據包括各物料的物理熱和化學熱，各物料放出熱量等于物理熱和化學熱之和，經計算，轉爐鐵水耗為870kg/t時不需要添加載熱材料，以此為基礎，根據熱平衡可計算焦炭加入量，公式如下：

Q化=147.70*C%+269.70*Si%+70.00*Mn%+217.30*P%

式中Q化為化學熱，單位為MJ/t；

Q鐵水物=61.9+0.88T。

式中Q鐵水物為鐵水的物理熱，單位為MJ/t，T表示攝氏溫度；

Q廢鋼物=0.74T。

式中Q廢鋼物為廢鋼的物理熱，單位為MJ/t，T表示攝氏溫度。

焦炭放熱按照 3122（千卡/kg）=3122*4.182（MJ/t）估算。

將各公式匯總可得到：焦炭加入量=｛〔（鐵水加入量+廢鋼加入量）*870/鋼鐵料消耗-鐵水加入量〕*Q鐵水熱量-〔廢鋼加入量-（鐵水加入量+廢鋼加入量）*（1-870/鋼鐵料消耗）*0.7〕*Q廢鋼鐵熱量｝/焦炭放熱量-〔廢鋼加入量-（鐵水加入量+廢鋼加入量）*（1-870/鋼鐵料消耗）*0.3〕*Q鐵塊熱量｝。

鐵水、廢鋼、焦炭加入量的單位：t/爐；鋼鐵料消耗單位：kg/t；Q熱量單位：MJ/t；焦炭放熱量單位：MJ/t。

2 焦炭加入量與鋼中N含量定量關系

鋼中總N含量為不加焦炭時鋼中N含量與焦炭帶入鋼中N含量之和，其中不加焦炭時鋼中N含量平均值為0.0020%，焦炭帶入鋼中N含量為：

〔N〕=W焦炭*N*?

式中：W焦炭為焦炭的加入量，單位：t/t；

N表示焦炭中N元素百分含量。

?表示焦炭中N元素的收得率，為40%～50%。

在以上轉爐冶煉基礎上，對試驗數據進行匯總分析，使用回歸方程得到焦炭加入量與鋼中N含量的關系如下：

〔N〕=19.84393+17.30933W焦炭。

式中：W焦炭表示焦炭的加入量，單位：t/t。

〔N〕表示焦炭中N元素百分含量，單位：ppm。

3 高廢鋼比冶煉工藝與實踐

公司鐵水Si元素含量為0.40%～0.70%，S元素含量為0.020%～0.035%，P元素含量為0.100%～0.125%，鐵水入爐溫度為1300℃～1350℃；鋼種以熱軋低碳鋼、碳素結構鋼為主，在此條件下，轉爐高廢鋼比冶煉工藝措施如下：

3.1 廢鋼分類

廢鋼由廢鋼料和鐵礦石組成，鐵礦石占廢鋼總量的30%～35%。廢鋼料分輕薄料、壓塊、重型廢鋼、水洗豆等，要求每次加入的廢鋼料種類一樣，不允許多種類型廢鋼混裝，以確定每爐中所添加廢鋼料的化學成分平均含量[3]。

3.2 轉爐加料方法

轉爐爐內加入廢鋼、焦炭、鐵水和造渣料開始冶煉。加料過程如下：先加入廢鋼中的全部廢鋼料和鐵礦石總量的80%，然后從高位料倉加入焦炭總量的50%，隨后加入鐵水，鐵水添加完成后再加入余量的焦炭，之后加入造渣料，剩余20%鐵礦石在冶煉中后期供氧時間的1/2～2/3的時間段加入。

廢鋼料斗容量根據加入廢鋼料最大值設計，保證廢鋼料一次加入，縮短冶煉周期。加完廢鋼料后搖爐使轉爐前后擺動一下，這樣廢鋼可以在爐內充分預熱，去除廢鋼中的水蒸氣，避免水蒸氣在鐵水下面來不及上浮而發生打炮事故。

鐵礦石分批次加入，是由于鋼鐵料配比調整后，前期加入廢鋼、焦炭、鐵水進行吹煉，鐵水中的C氧化生成了大量的CO，有利于鋼水快速升溫、脫氮，但到吹煉中后期（供氧時間段的1/2～2/3），CO生成量減少，鋼水易從爐氣中吸氮，為此在冶煉中后期再加入部分鐵礦石，可加速CO的生成，促使了C-O繼續反應帶走鋼中N，并可進一步提高渣中TFe含量，生成高氧化性的泡沫渣，此階段的泡沫渣覆蓋在鋼水表面可有效隔斷氮氣進入鋼水中。

3.3 焦炭的加入控制

在冷、熱鋼鐵料配比下，需使用焦炭補償因高廢鋼比造成的熱損失。

根據現有技術轉爐煉鋼廢鋼比小于20%時不添加焦炭，以廢鋼比20%為基數，根據熱平衡計算，估算廢鋼比超過20%時所添加廢鋼的熱損失，再根據焦炭的放熱確定其添加量。

焦炭加入分第一、第二批次，上下共同作用，使焦炭充分、快速釋放熱量，同時第一批次加入焦炭燃燒產生的含N氣體隨著爐氣、CO回收，第二批次加入焦炭燃燒產生的含N氣體從爐腔表面隨爐氣回收，焦炭分兩批加入可降低焦炭中N含量進入鋼水中。

3.4 造渣料的加入

鋼鐵料配比調整后，入爐降Si量為：4*（1-2%）*0.8%+16*（1-5%）*0.15%-20*（1-1.3%）*0.5%=44.54kg，降低入爐SiO2量為：44.54/28*60=95.4kg，轉爐終渣SiO2平均含量為11.5%，則渣量減少：95.4/11.5%=829kg，轉爐終渣CaO平均含量為40%，所用石灰平均含量為88%，則需減少石灰：829*40%/88%=377kg，噸鋼減少石灰0.38kg，實際生產過程中噸鋼白灰使用量平均為41kg。

3.5 轉爐吹煉過程控制

轉爐加入廢鋼、焦炭、鐵水后，降槍吹煉，吹煉過程采取低、高、低槍位控制，前期低槍位Si、Mn反應快速進行，加速廢鋼、渣料的熔化，早化渣、多去磷、均勻升溫，對去除P、S有利；中期為碳的氧化期，在脫碳的同時繼續去除P、S，此時要關注爐內噴濺情況，出現嚴重泡沫渣和噴濺時，適當提高槍位，使冶煉安全順利進行；后期降低槍位，出鋼溫度控制在1630℃～1650℃范圍內，避免了終點回P，終點成份P為0.005%～0.015%。

出鋼過程使用含鋁合金進行脫氧合金化，因出鋼溫度較低，鋼水氧化性降低，脫氧合金用量減少0.5kg/t。

3.6 效果

（1）廢鋼比為23%時，造渣料采用優質白灰，鋼鐵料消耗為1100kg/t，鐵水加入量為77t/爐，廢鋼加入量為23t/爐，鐵水熱量為2041.63MJ/t，廢鋼中廢鋼鐵和鐵塊比為7：3，廢鋼鐵熱量為147.77 MJ/t，鐵塊熱量為808.95 MJ/t，焦炭放熱量為13056.2 MJ/t，帶入計算公式焦炭加入量0.39t/爐，加入0.39t/爐載熱材料，鋼中N含量為0.0027%。

（2）廢鋼比為27%時，造渣料采用優質白灰，鋼鐵料消耗為1100kg/t，鐵水加入量為73t/爐，廢鋼加入量為27t/爐，鐵水熱量為2041.63MJ/t，廢鋼中廢鋼鐵和鐵塊比為7：3，廢鋼鐵熱量為147.77 MJ/t，鐵塊熱量為808.95 MJ/t，焦炭放熱量為13056.2 MJ/t，帶入計算公式焦炭加入量0.909t/爐，鋼中N含量為0.0036%。

4 結論

（1）轉爐高廢鋼比冶煉過程中，通過數據統計分析得到的焦炭加入量公式及鋼中N元素含量與焦炭關系具有較強實用性，為生產提供了很大便利。

（2）2016年轉爐平均廢鋼比10%，2017年轉爐平均廢鋼比30%，最高35%，年產量提高了180萬噸，為公司增效2億元以上。

（3）在要求的鐵水條件下，加焦炭爐次廢鋼比可達到30%以上，不加焦炭爐次最多達到25%，且加焦炭爐次鋼中N含量≤40ppm。