轉爐冶煉中爐外廢鋼的應用

孫建新，馬兵書

（天津天鋼聯合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

廢鋼是一種可循環的再生資源，其回收和利用具有較高的環保、經濟和社會效益。使用1 t廢鋼鐵，可煉鋼約900 kg，可以替代鐵礦石1 600 kg，節約焦煤500 kg，廢氣排放量減少86%、廢水排放量減少76%、廢渣的排放可減少97%。用廢鋼煉1 t鋼可減少近1.6 t碳排放和1 t原煤消耗，同時大幅度降低噸鋼綜合能耗。

我國“十三五”規劃提出，到2020年，要把煉鋼廢鋼比提高到20%；工信部2015年12月出臺的《鋼鐵行業政策調整計劃》提出，到2025年要把廢鋼應用比例提高到30%。對于鋼鐵廠，提高轉爐廢鋼比，可以提高轉爐生產效率，降低原材料生產成本，增加公司經濟效益。因此，無論是從國家大政方針上，還是企業自身的經營效益上，提高廢鋼比是未來鋼鐵行業發展的趨勢。

根據廢鋼協會統計預測，2018年全國廢鋼鐵資源總量達到2.2億t，預計在2025年，我國鋼鐵蓄積量將達到 120 億 t，廢鋼年產出量超過 2.7～3.0 億 t；2030年，我國鋼鐵蓄積量達到132億t，廢鋼年產出量超過3.2～3.5億t。隨著我國鋼鐵蓄積量和廢鋼資源的增加以及廢鋼價格優勢凸顯，在未來20年內，我國廢鋼資源總量將非常充足。

我公司高爐生產能力小于煉鋼的生產能力，以前廢鋼的價格高于鐵水成本且鋼材始終處于微利或無利狀態，導致煉鋼的產能不能全部釋放。2016年廢鋼價格持續走低，給煉鋼全面釋放產能奠定了基礎。

加入轉爐的廢鋼數量受如下因素的限制：（1）廢鋼的種類及規格；（2）轉爐爐口尺寸；（3）廢鋼槽尺寸；（4）廢鋼吊車；（5）生產節奏；為此我們開發了在鐵水罐、爐后鋼包、鋼包爐等多點的爐外廢鋼加入工藝。

1 在鐵水罐加廢鋼

1.1 鐵水罐加入廢鋼種類及加入時機

鐵水罐內的廢鋼主要以破碎料和鋼筋壓塊為主。在完成轉爐兌鐵以后，將破碎料或鋼筋壓塊加入鐵水罐。

1.2 鐵水罐加入廢鋼的優點

（1）減少鐵水罐的溫降，對廢鋼進行預熱。

（2）鐵水罐加廢鋼解決爐前轉爐一次性加入廢鋼量過大，縮短了轉爐加廢鋼的時間和降低了因廢鋼量過大入爐難度，轉爐因每爐加廢鋼時間減少縮短30s，為提高轉爐的冶煉節奏打下基礎。

1.3 鐵水罐加入廢鋼實踐

鐵水罐包容100 t，加入廢鋼7 t，出鐵量88 t，鐵水罐空包溫度1 100℃、出鐵溫度1 490℃、出鐵到煉鋼廠鐵水溫度1 300℃。鐵水罐加入廢鋼前后的溫度變化見表1。

1.4 鐵水罐加廢鋼后，轉爐冶煉操作數據

在如上鐵水條件下，入爐鐵水(含廢鋼7 t)95 t、爐前加入廢鋼27 t、轉爐出鋼量113 t，高位料倉1.5t、入爐鐵水罐測溫 1 300 ℃、石灰加入量 3.0 t、輕燒白云石2.0t，轉爐終點溫度可以達到1 600℃。

此時轉爐的操作指標為：鐵水量778.761 kg/t，廢鋼 300.885 kg/t，廢鋼比 27.87%，石灰消耗 26.55 kg/t，白云石 17.7 kg/t，渣中氧化鐵（法 FeO+Fe2O3）23%。

2 爐后鋼包中加廢鋼

2.1 爐后加入廢鋼種類及加入時機

轉爐出鋼過程中，從轉爐高位料倉向鋼包中加入一定量的廢鋼。廢鋼品種為：無油無水的沖子料、破碎料、鋼筋頭、硅鋼片、高錳生鐵塊。

2.2 爐后加入廢鋼優點

（1）廢鋼的收得率高，達到99%。

（2）降低了脫氧劑的使用量，尤其是出鋼過程加入高錳生鐵塊，節約了大量的合金成本。

2.3 爐后加廢鋼與否對鋼種冶煉的影響

以Q235B為例。在冶煉Q235B鋼種時，上述品種的廢鋼在爐后出鋼過程中使用，實踐數據證明鋼坯低倍組織和軋制后帶鋼機械性能完全符合國家標準的要求。爐后加廢鋼與否對產品質量沒有造成影響。爐后是否加廢鋼Q235B中低倍組織的對比見表2。爐后是否加廢鋼Q235B機械性能的對比見表3。

2.4 爐后出鋼過程加高錳生鐵與鋼筋頭的成本優勢比較

高錳鐵在爐后應用的實際生產數據見表4。

爐后加1 t高錳生鐵與1 t鋼筋頭廢鋼比較（平均出鋼量112.5 t），化學成分及降低合金量見表5。

爐后鋼包加入1 t高錳鐵塊（Fe收得率約13.46%）與 1 t鋼筋頭廢鋼（Fe收得率約 1.93%）比較減少 Fe收得率 11.53%，減少鋼產量 115.3 kg。

材料單價：鋼坯價格3448.00元/t，高錳鐵塊單價 2737.44 元/t，廢鋼 2578.67 元/t，增碳劑 2652.60元/t，硅錳合金 7529.69 元/t，硅鐵合金 5989.76 元/t。

1t高錳鐵塊與1t鋼筋頭廢鋼比較見表6。

消耗1t高錳鐵對比1t爐后廢鋼效益增加值：44.8+631.74+164.20-397.55-158.77=284.42 元。

每月按照消耗2000t高錳生鐵塊計算，可以節約成本56.88萬元，全年可以降低消耗682.61萬元。

3 LF精煉爐處理過程中廢鋼的使用

3.1 LF精煉爐加入廢鋼種類及加入時機

LF精煉爐處理過程使用的廢鋼品種和規格主要是無油無水80 mm以下的沖子料、80 mm以下的鋼筋切頭，通過精煉爐的料倉加入鋼包。

3.2 LF精煉爐加入廢鋼的數量

根據LF精煉爐鋼水進站溫度和在站處理時間確定具體的使用量。

3.3 精煉加熱補償時的廢鋼加入量計算

1 000 kg廢鋼熔化并加熱至1 590℃所需熱量：

1 000×0.637×（1515-25）+1 000×0.837×（1 590-1 515）+1 000×272=1 283 905 kJ式中，1000 為廢鋼加入量，kg；0.637 為廢鋼固態平均熱容，kJ/kg·K；1 515為Q235B液相線溫度，℃；25為廢鋼初始溫度，℃；0.837 為液態鋼水平均熱容，kJ/kg·K；1 590為加熱終點溫度，℃；272為廢鋼熔化潛熱，kJ/kg。

表2 爐后是否加廢鋼Q235B機械性能的對比

表3 爐后是否加廢鋼Q235B機械性能的對比

表4 高錳鐵在爐后應用的實際生產數據

表5 化學成分及降低合金量

表6 1 t高錳鐵塊與1t鋼筋頭廢鋼比較

精煉通電加熱功率為18MVA，鋼水靜置溫降按1.2℃/min考慮，最大升溫速度4℃/min,則通電加熱20 min，對精煉爐加熱熱效率η，進行估算：

η=100×1 000×0.837×（1.2+4）/（18 000×60）=0.40 式中，1 000 為廢鋼加入量，kg；0.837 為液態鋼水平均熱容，kJ/kgK；1.2 為鋼水靜置溫降，℃/min；4為鋼水升溫速度，℃/min；18 000為變壓器加熱功率，kVA；60為 1 h的分鐘數，min。

則加熱 20 min可加廢鋼量=(18 000×20×60×0.4-100×1 000×0.837×1.2×20)/1 283 905=5.16 t 3.4 LF精煉爐加入每噸廢鋼成本

LF精煉爐每噸廢鋼熔化并加熱至1 590℃所需熱量 1 283 905 kJ，耗電量 1 283 905 kJ/3 600=356.64kWh。

電極消耗：356.64×0.0115=4.1 kg

廢鋼價格 3 000 元/t，電價格 0.69 元/kWh，電極價格32 000元/t。

LF精煉爐加入每噸廢鋼成本 1/0.98×3 000+0.69×356.64+4.1×32 000/1 000=3438.5 元/t，鋼水澆鑄成本及大包耐材費用68元/t。

從LF精煉爐加入廢鋼產1t鋼坯成本大約3506.5元，按照當期鋼坯市場價格3580元/t計算每噸廢鋼效益73.5元。

全年產鋼54 000爐，每爐加入廢鋼2.5 t，全年增加鋼產量=54 000×2.5×0.98=132 300 t，增加效益=132 300×73.5=972.41 萬元。

4 結論

轉爐爐外使用廢鋼，只要執行相應的工藝，完全能保證鋼坯的質量?？梢酝ㄟ^爐外增加廢鋼的使用量來增加鋼水冶煉的廢鋼比，其中在鐵水罐出鐵前、轉爐出鋼過程、LF精煉過程比較合理。通過爐外廢鋼的使用可以進一步降低鐵耗，尤其是高爐產能不能滿足轉爐產能的企業，更是提高鋼產量的手段。轉爐出鋼過程加入鋼包高錳生鐵較鋼筋短頭廢鋼，每年可以降低682.61萬元成本。LF精煉爐加入廢鋼每年可以增加鋼產量 13.23 萬 t，創效益 972.41 萬元。