降低鋼鐵料消耗的工藝研究進(jìn)展

蔣朝陽，岑繼周，石文博，楊 娜，李 松*

（六盤水師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 六盤水 553004）

一個鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的利潤，由其產(chǎn)品的銷售總額減去成本所得。產(chǎn)品的銷售量不僅受產(chǎn)品本身的質(zhì)量和鋼材市場供給關(guān)系影響，同時也與鋼材售賣的價格有極大關(guān)系。市場的需求方向難以預(yù)估，但是減少產(chǎn)品成本，降低價格或者提高利潤空間，是可以通過技術(shù)的不斷改進(jìn)而實現(xiàn)的。隨著資源逐漸減少，原材料價格越來越高，冶煉工藝對原材料的利用率成為降低成本的重要指標(biāo)。由此可見，冶煉過程中降低爐料損耗，對一個鋼鐵企業(yè)的收益和發(fā)展都有重大的意義。在本篇文章中，對如何降低鋼鐵料消耗進(jìn)行詳細(xì)的分析總結(jié)。

1 降低鋼鐵料消耗研究進(jìn)展

劉復(fù)興[1]統(tǒng)計鄂鋼轉(zhuǎn)爐廠2004年鐵水消耗為860kg/t，鋼鐵料消耗量為1131kg/t，2005年低鐵水消耗降至965kg/t，鋼鐵料消耗1114kg/t。武鋼煉鋼總廠二分廠2008年及2009年鋼鐵料消耗分別為1110kg/t、1105kg/t左右；日照鋼鐵有限公司第二煉鋼廠2012年1月鋼鐵料消耗（Q235B）為1080.2kg/t[2]。2019年1月份～8月份方大特鋼鋼鐵料消耗指標(biāo)累計完成1039Kg/t，同比降低4.69Kg/t,中鋼協(xié)同類型企業(yè)指標(biāo)排名由2018年的第10名上升至第6名，同年鞍鋼攀鋼集團(tuán)西昌鋼釩有限公司煉鋼廠也通過一系列生產(chǎn)改革，開展倒逼成本機(jī)制，4月份和5月份實現(xiàn)鋼鐵消耗量降至1104.77kg/t、1104.16kg/t，指標(biāo)排名順利破5進(jìn)4。值得一提的是陜鋼龍鋼公司2019年累計降低了6kg/t，經(jīng)過噸鋼鋼鐵料成本2.5元核算，為該企業(yè)創(chuàng)效1095萬元。

2 影響鋼鐵料消耗因素

鋼鐵料的計算方式[3]：

入爐鋼鐵料量（kg）=生鐵（kg）+廢鋼鐵量（kg）。

影響鋼鐵料消耗的因素可分為高爐設(shè)備、裝入原料、操作工藝、合理搭配設(shè)備和設(shè)計工序[4]。

2.1 高爐設(shè)備

經(jīng)過一個多世紀(jì)的發(fā)展，中國的高爐從無到有，設(shè)備也在不斷的更新?lián)Q代。各大鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)總量雖然已在世界前列，但高爐煉鐵生產(chǎn)設(shè)備的先進(jìn)程度卻還有待提高。根據(jù)企業(yè)需求確定合理的爐型、高爐質(zhì)量、高爐爐底厚度、有效工作容積等。保證穩(wěn)定的爐容比是[5]。

轉(zhuǎn)爐的爐容比基本大于0.5，通過不斷的實踐和總結(jié)，才（確定出適合的爐容比，冷卻劑種類、供氧強(qiáng)度、鐵水比、鐵水成分，原料等因素均有關(guān)。表1為有記錄的部分轉(zhuǎn)爐的爐容比。

表1 部分轉(zhuǎn)爐的爐容比

王奇福總結(jié)[6]爐容比過小時，會導(dǎo)致爐內(nèi)反應(yīng)受限，轉(zhuǎn)爐容易噴濺，造成爐料損失，增加冶煉操作難度。

2.2 冶煉原料

鋼鐵冶煉對原料的選擇十分重要。這里提出一個選料概念“因爐選料，因鋼選料”。在實際的生產(chǎn)過程中，爐體材料和鋼種的類型較多，因此需要根據(jù)生產(chǎn)情景選擇不同爐料[7]。鐵水中的硅含量通常在0.30%～0.60%較為適合。按硅含量進(jìn)行劃分，大中型轉(zhuǎn)爐鐵水硅含量較高，小型轉(zhuǎn)爐因產(chǎn)熱不夠所以硅含量較低。廢鋼料可分輕薄料、重型廢鋼、壓塊等，每次加入的廢鋼料要求種類一樣，不能多種類型廢鋼混裝[8]。不同鋼種加入不一樣的合金量。如硅錳合金在煉鋼中噸鋼的使用量按照鋼種來分，高的噸鋼在25kg/t左右，低的5kg/t左右，鋼種不同加入合金量以及合金種類相差很大。另外，在保證原料質(zhì)量，成分的相對穩(wěn)定性的情況下，還要因地制宜，對當(dāng)?shù)氐馁Y源進(jìn)行有效的利用，不浪費，不苛求。

2.3 操作工藝

2.3.1 造渣

爐渣的結(jié)構(gòu)決定了爐渣的物理化學(xué)性質(zhì)，從而影響冶煉過程中的化學(xué)反應(yīng)平衡和反應(yīng)速率。爐渣結(jié)構(gòu)達(dá)不到要求，會侵蝕耐火材料，降低爐襯壽命，被還原的金屬氧化物和小顆粒金屬夾渣在爐渣中造成損失，大大降低金屬的收得率。所以應(yīng)當(dāng)盡量發(fā)揮其積極的作用，消除不利的影響。根據(jù)煉鋼方法需選用渣系，造出不同成分的爐渣實現(xiàn)冶煉目標(biāo)。比如，堿性氧化渣可用在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，而堿性還原渣可用在電爐煉鋼過程中。常見的造渣法有單渣法、雙渣法、留渣法。其中雙渣法因為吹煉時間較長，所以熱量損失較多，金屬收得率降低。根據(jù)最終生成產(chǎn)品的種類，選擇適合的爐渣成分、堿度、溫度、密度，可減少冶煉過程中原料損失及噴濺的概率[9]。

2.3.2 煉鋼金屬的裝入量和廢鋼比控制

王奇福[10]歸納出煉鋼時裝入金屬料需注意穩(wěn)定鋼鐵料的重量及數(shù)量，穩(wěn)定鐵水的成分、溫度和廢鋼的配比。裝入原料的質(zhì)量或數(shù)量過多時，會導(dǎo)致爐內(nèi)反應(yīng)空間減少、造渣困難、鋼水無法出凈、噴濺的可能性增大。若裝入量過少，又會降低產(chǎn)量，損壞爐底。由于生產(chǎn)過程中由不同冶煉終點要求，可通過配制不同的廢鋼比和鐵水，提高終點成分和溫度的命中率，降低吹損。

裝入制度可分為三種：定深裝入、定量裝入、分階段定量裝入法。整個爐役期間，始終保持相同的金屬溶池深度稱為定深裝入。這樣可預(yù)防氧氣射流沖擊爐底，同時也使得氧槍操作更加穩(wěn)定，有利于減少噴濺和提高供氧強(qiáng)度。定量裝入是指在爐役期間，始終保持相同的金屬裝入量。定量裝入生產(chǎn)設(shè)備簡便，操作穩(wěn)定，但爐役前期裝入量較大、熔池偏深，后期裝入量較小、熔池偏淺。分階段定量裝入兼有了前兩者的優(yōu)點，指在爐役期間，根據(jù)爐膛變化劃分不同階段，每個階段定量裝入鐵水廢鋼。

2.3.3 槍位

氧槍噴頭出口端距離金屬液面的高度稱為槍位。氧槍的操作方式主要分為三種，恒槍變壓、變壓變槍、恒壓變槍。恒壓變槍是當(dāng)前使用較多的操作方式。轉(zhuǎn)爐采用恒壓變槍操作模式時,掌握好過程槍位及渣況，選對加料時機(jī)，可有效減少噴濺。

低槍位形對應(yīng)硬吹模式，對金屬液有較強(qiáng)攪拌力，熔池攪拌充分。低使渣中FeO含量降低，溫度升高。在開始吹氧時，通過氧槍零位和裝入鐵水的實際重量判斷氧槍的實際槍位，使其與設(shè)定槍位一致[11]。正確控制前期溫度，前期溫度過低會導(dǎo)致渣中FeO含量升高，后續(xù)碳劇烈氧化反應(yīng)，容易引起爆發(fā)性噴濺。吹煉至22%時壓槍脫碳避免FeO積累過多，吹煉至70%時，提高槍位防止熔渣返干。泡沫渣是引起噴濺的主要因素，提高槍位，當(dāng)氧槍超過泡沫化熔池面，氧氣射流沖擊爐渣泡沫，迅速減少泡沫渣數(shù)量，達(dá)到抑制泡沫渣控制噴濺的目的。

2.3.4 噴濺控制

發(fā)生惡性噴濺事故時，每噴濺一次損失金屬料可達(dá)到2t多（70t轉(zhuǎn)爐），噴濺容易造成鐵量損失、粘槍、粘煙道、沖刷爐襯，引起設(shè)備故障、增加操作過程安全隱患、影響生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。控制噴濺是降低鋼鐵料消耗也是生產(chǎn)安全的保障。對噴濺的原理進(jìn)行分析，轉(zhuǎn)爐時碳氧激烈反應(yīng)，快速形成大量的CO氣流[12]，加上氧氣流，兩者同時作用于爐渣造成噴濺。另外還有過程升溫不均衡、爐渣氧化鐵含量過高、鐵水含硅磷高、槍位錯誤、加料不及時、等因素有關(guān)系。控制噴濺，即可通過了解爐渣噴濺的規(guī)律性，提前化渣，準(zhǔn)確判斷噴濺原因，合理快速消除噴濺[13]。

2.4 設(shè)備和設(shè)計工序

鋼鐵料元素的損失除了由于操作和設(shè)備引起的過程損失之外。還有由于設(shè)備搭配不合理和工序設(shè)計不合理導(dǎo)致不必要的浪費。例如轉(zhuǎn)爐和連鑄機(jī)能力不匹配，規(guī)劃錯誤導(dǎo)致冶煉周期與連鑄[14]的鋼包澆鑄時間不匹配，生產(chǎn)過程中發(fā)生壓鋼水和斷流，導(dǎo)致澆鑄過程中鋼水嚴(yán)重消耗。再比如兩臺連鑄機(jī)同時開澆，而冷卻水系統(tǒng)供應(yīng)量不夠，則容易漏鋼。若只有一臺，冷卻水長時間堆積，產(chǎn)生過多懸浮物，又將會影響冷卻效果等。在加工過程中，因為設(shè)備的先進(jìn)程度和工人操作的差異性，大部分的損失量難以避免。此時只有通過合理搭配設(shè)備，調(diào)整工序，使操作工序之間相不影響，減少時間和能量的浪費，確保設(shè)備檢修質(zhì)量與檢修周期,避免由于外部因素導(dǎo)致的鋼鐵料消耗[15]。

3 結(jié)語

隨著社會進(jìn)步，資源減少，節(jié)能降耗將成為持續(xù)發(fā)展的重要手段。通過文章對影響鋼鐵料消耗因素的分析，降低鋼鐵料消耗應(yīng)該從建立生產(chǎn)線時就應(yīng)該嚴(yán)格設(shè)計，合理布局。通過對本地資源的統(tǒng)計，設(shè)計出相應(yīng)的爐型。通過科學(xué)計算，確定生產(chǎn)線順序以及設(shè)備的幾何位置。開始生產(chǎn)后應(yīng)該從開始選料時就層層把關(guān)，避免因原料的質(zhì)量問題影響后續(xù)操作。生產(chǎn)過程中，合理造渣，嚴(yán)格控制金屬裝入量和廢鋼比，根據(jù)環(huán)境設(shè)置正確槍位，減少或者消除噴濺等。降低鋼鐵消耗量是一場不可避免的持久戰(zhàn)，需要各個企業(yè)，各個國家的相互學(xué)習(xí)，共同發(fā)展。