120 噸轉爐低鐵鋼比生產工藝探索與實踐

劉林剛 楊冠龍 陳偉 楊錦文 陳達雙

（1.武昆股份制造管理部；2.武昆股份煉鋼廠）

隨著鋼鐵市場競爭的日益加劇，轉爐煉鋼生產工藝技術手段也在不斷地創新，尤其在我國碳達峰碳中和戰略背景條件下，各鋼企均在努力圍繞國家戰略謀求企業發展生存，在不新增高爐產能的前提下，最大限度獲得產出，發揮過程極致生產效率。鐵鋼比作為轉爐鐵水入爐量與合格鋼坯產量之比，是衡量煉鋼技術經濟指標及轉爐制造能力的重要參數。降低鐵鋼比可進一步提高鋼產量，降低生產成本，不斷提高鋼鐵企業盈利能力；與此同時，降低鐵鋼比促進噸鋼綜合能耗進一步降低，有利于促進鋼鐵企業碳減排、碳中和。在目前鋼鐵企業鐵礦、煤焦等原料采購成本壓力巨大的條件下，探索低鐵鋼比的轉爐生產模式，可最大程度緩解鋼鐵企業生產運行狀況。

本文以煉鋼轉爐冶煉熱平衡為基礎，貫穿煉鋼生產全流程熱平衡，通過改善轉爐入爐鐵水條件、優化鐵—鋼界面高效生產組織模式、鐵水罐加廢鋼烘烤、優化轉爐入爐冷料配比及結構、加強和改進合金及鋼包烘烤、優化轉爐冶煉加增熱劑工藝、鋼包加蓋技術、轉爐爐后加精廢鋼過LF精煉爐、連鑄低溫快注等工作，在保證產品質量前提下大幅降低鐵鋼比，實現鋼產量的顯著提升和成本的進一步降低。

1 轉爐生產熱平衡分析

國內某鋼廠配備4 座120 噸轉爐，轉爐爐容比為1.02 m3/t，煉鋼生產產品以HRB 系列抗震鋼筋及普碳鋼為主，煉鋼主要使用輔料有石灰、輕燒白云石、生白云石、干法除塵灰等。下表1 為轉爐生產鐵水、廢鋼、生鐵等入爐金屬料條件及終點要求。

表1 入爐金屬料條件及終點要求（mass %）

為確定轉爐冶煉熱平衡，假設鐵水入爐鐵水溫度為1 350 ℃，冶煉鋼種為HRB400E，轉爐出鋼鋼水直上連鑄澆注，根據過程溫度損失及澆注過熱度要求，出鋼溫度要求1 645 ℃，下表2 按鐵水量105 噸測算轉爐熱平衡，如不加廢鋼，轉爐冶煉熱量富余31 052 151.8KJ。

上述表1 所述鋼水熔點為1 505 ℃，廢鋼的固態平均熱熔比為0.699 KJ·kg-1·K-1，熔化潛熱為271.96 KJ·kg-1，液（氣）態平均熱熔比為0.836 8 KJ·kg-1·K-1，則1 kg 廢鋼熔化需要的熱量為[1]：

1 kg 廢鋼熔化耗熱=1×[0.699×(1 505-25)+271.96+0.836 8×(1 645-1 505)]=1 423.632 KJ

則富余熱量可加入廢鋼量=31 052 151.8÷1 423.632÷1 000=21.81 t

考慮生產鋼種合金加入及連鑄過程澆注損失，合格鋼坯爐產量為119.60 噸，則鐵鋼比為878 kg/t 鋼。

通過上述熱平衡分析及大量生產實踐經驗表明，在不考慮外部熱補償等條件下，轉爐生產保證熱平衡的基本鐵鋼比要求為860—900 kg/t 鋼。目前國內鋼筋生產企業鐵鋼比最低水平已達到了700—750 kg/t 鋼的水平。要實現煉鋼生產過程鐵鋼比的大幅降低，需要通過大量的外部條件改善及冶煉工藝技術水平的提高來實現。

2 轉爐低鐵鋼比生產工藝探索

2.1 多環節加廢鋼，提高廢鋼比

轉爐生產所用廢鋼如果僅考慮通過廢鋼斗加入轉爐，受轉爐煉鋼廠原設計工況條件限制，不僅不能滿足大廢鋼量裝斗要求，而且也會大大影響轉爐的生產效率，目前國內鋼企采用多環節加廢鋼，同時也考慮了廢鋼預熱，轉爐生產效率提高了30 %以上，比如鐵水罐加廢鋼及烘烤后，鐵鋼比可降低50—60 kg/t；轉爐中（高）位料倉加廢鋼及烘烤后，鐵鋼比可降低20—30 kg/t；轉爐爐后加廢鋼，鐵鋼比可降低30—50 kg/t，等。

2.2 提高轉爐生產過程熱效率

2.2.1 加強鐵鋼界面管理，降低鐵水過程溫度損失

推行鐵水“一罐到底”管理，鐵水不折罐或不進混鐵爐，可減少鐵水溫度損失30 ℃以上，可降低鐵鋼比20—30 kg/t 鋼；加強鐵水過程運輸及保溫管理，降低鐵水過程溫度損失，鐵水溫度每少損失10 ℃，可降低鐵鋼比8—10 kg/t 鋼；在考慮鐵成本的條件下，鐵水Si 含量每提高0.10 %，可降低鐵鋼比10—15 kg/t 鋼。

2.2.2 煉鋼環節提高熱效率

（1）轉爐少渣冶煉。轉爐渣量的多少對溫度控制有很大的影響，在滿足脫磷及護爐的前提下，少渣操作可以提高轉爐的熱利用效率，提高廢鋼裝入量達到降低鐵鋼比的目的。

（2）推行合金烘烤。目前國內鋼企合金烘烤主流工藝流程：合金料倉→皮帶輸送→烘烤爐→鋼包，將合金加入烘烤爐內烘烤，保證合金加入鋼包時溫度在300—400 ℃，可降低出鋼溫度5—10 ℃，可降低鐵鋼比5—8 kg/t 鋼。

（3）加強鋼包熱周轉及鋼包加蓋。鋼包熱損失主要有兩部分，一部分為包襯和包殼之間的熱傳導，另一部分是鋼包口向空氣的熱輻射。因此，需要減少鋼包熱周轉個數及實現鋼包加蓋技術，進一步減少過程熱損失。

2.3 工藝措施保障

（1）降低鐵水脫硫比。強化鐵水條件管理，降低脫硫比例，需要脫硫時采取入LF 爐工藝，鋼水過LF 爐升溫、調整合金成分、脫硫，既可降低轉爐出鋼溫度，又避免了脫硫降溫。

（2）提高廢鋼中生鐵的占比。在金屬冷料中，由于生鐵的碳及硅含量均遠遠高于常規廢鋼，因此在轉爐生產過程中，加入生鐵導致轉爐的熱量減少低于廢鋼，生產實踐表明，2 噸優質廢鋼相當于3 噸生鐵塊對轉爐熔池溫降值，同樣條件下，加生鐵塊可提高廢鋼總量。

（3）轉爐不倒爐出鋼。轉爐冶煉模型煉鋼，發揮好副槍或投彈式副槍作用，不斷優化操作、提高入爐鐵水廢鋼等原材料穩定性、提高模型冶煉命中率，做到副槍測溫后不倒爐，提槍后直接出鋼，減少倒爐溫損，降低出鋼溫度。

（4）提升轉爐及鑄機生產效能。提高生產班組成員積極性，冶煉生產提前準備好工器具，成員之間協調配合，積極互補，縮短輔助時間，同時，用好投彈式副槍或副槍，做到不倒爐出鋼，縮短冶煉周期，連鑄推行低溫快鑄，提高連鑄拉速降低澆鑄所需溫度，從而降轉爐出鋼溫度，進一步提高廢鋼比。

（5）轉爐加入發熱劑。轉爐發熱劑是一種通過加入能與氧反應放出大量化學熱的元素來達到提升煉鋼過程中的鋼水溫度的目的，即增加元素氧化反應放熱，是解決轉爐鋼液升溫問題的一種非常有效的方法。綜合熱效應值、升溫值、生產成本、工藝要求等諸多因素，市面上使用最為廣泛的是硅質和碳質發熱劑。通過測算，每多加1 kg/t 碳質發熱劑降鐵鋼比約2 kg/t。

3 生產實踐及取得的效果

3.1 生產實踐

結合煉鋼廠生產實際，從技術措施、生產組織、現場操作等方面定措施，主要措施如下：

（1）優化鐵鋼界面管理，減少鐵水過程溫降。對堵口準點率、鐵水運輸時間、鐵水罐周轉率、鐵水溫度及成分達標率、一罐到底比例、鐵水到站溫度等進行標準化管控。2023 年1—6 月，鐵罐周轉率平均達6.3 次/（天·罐），達到了業內先進水平，較2022 年提高0.67 次/（天·罐），鐵水過程溫降在100 ℃，較2022 年減少13 ℃，有效支撐了轉爐低鐵鋼比生產。

（2）推進多環節加廢鋼。在煉鋼廠鐵水預處理區域新增鐵水罐加廢鋼裝置，在轉爐吹氬平臺安裝廢鋼漏斗，合理使用了鐵水物理熱和轉爐冶煉過程的化學熱。在鐵包內加入鋼筋壓塊、破碎料等易于熔化的物料，轉爐提高廢鋼裝入量，冶煉中通過高位加入磁選鋼粒調節溫度，氬站采用優質鋼筋切粒進行調溫，提高了溫度利用和廢鋼裝入量，為降低鐵鋼比奠定基礎。目前1#及2#轉爐區域鐵水罐加廢鋼平均6.44 t/罐，加罐率70 %，3#及4#轉爐區域鐵水罐加廢鋼裝置在推進中；1#及2#轉爐區域爐后加優質調溫鋼筋切粒平均3 噸/爐，加入比率35 %左右，3#及4#轉爐區域平均4 噸/爐，加入比率42 %，兩個作業點加入比例仍還有一定提升空間。

（3）保障轉爐生產區域熱效率。轉爐采用留渣少渣操作，轉爐總渣量減少了5—10 kg/t 鋼；充分利用好在線合金烘烤裝置，合金烘烤溫度保證在300 ℃；根據生產組織情況，嚴控在線紅熱鋼包周轉個數，鋼包周轉率按11 次/（天·罐）組織，3#及4#轉爐區域鋼包加蓋率達到98 %以上。有效提高了轉爐生產區域的熱效率，為轉爐生產創造10—20 ℃的溫度效益。

（4）提高轉爐生產過程工藝控制水平。針對人爐冷料增多，前期溫度低化渣難，易低溫噴濺，中后期容易返干等現象，在操作上要求前期高氧壓低槍位吹煉，以便快速升溫[2]；同時，利用好副槍及投彈式副槍作用，推行模型煉鋼，不斷優化操作、提高入爐鐵水廢鋼等原材料穩定性、提高模型冶煉命中率；為進一步保證轉爐熱量，根據鐵鋼比目標按噸鋼80—90 kg 組織生鐵入爐，下表3 為煉鋼廠不同鐵鋼比條件下的生鐵需求量；優化氧槍噴頭參數，適度提高供氧制度，提高轉爐冶煉效率，轉爐冶煉做到“三不等”，即“不等廢鋼、不等鐵水、不等鋼包”，減少輔助時間縮短轉爐冶煉周期，4 座轉爐冶煉周期均實現了≤30 分鐘的目標。

表3 生鐵需求量

3.2 取得的效果

通過上述措施的推進，根據鐵水溫度、化學成分及實際倒爐出鋼溫度（按過LF 考慮），制定裝入制度，以保證熱量平衡，測算了不同鐵鋼比條件下轉爐裝入制度及多點廢鋼加入量，如下表4所示。

表4 裝入制度及多點廢鋼加入量測算表

2023 年1—6 月，煉鋼廠鐵鋼比完成823 kg/t 鋼，同比2022 年降低81 kg/t 鋼，隨著降低鐵鋼比各項措施的有序推進，今年以來煉鋼廠鐵鋼比逐月降低，如下圖1 所示，6 月份達到了797 kg/t 鋼，實現了800 kg/t 鋼以下的目標。

圖1 煉鋼廠2023 年鐵鋼比趨勢

4 需要進一步思考的問題

（1）轉爐低鐵鋼比生產，雖然采取措施轉爐熱平衡得到基本保障，但轉爐冶煉終點終渣氧化性高，濺渣護爐效果得不到有效保障，如何保證轉爐爐襯爐況可控，需要進一步提出可操作性的改善措施。

（2）受云南省市場廢鋼資源及質量狀況的影響，轉爐吹損控制不穩定，轉爐生產鋼鐵料消耗會升高。

（3）為進一步降低鐵鋼比，煉鋼廠推進“低溫快注”，受1#及2#轉爐區域整體連鑄裝備較老，連鑄設備功能精度難于保證，鑄機高拉速時，連鑄坯時有脫方、鼓肚等外形質量缺陷風險，對軋鋼工序生產造成一定的影響。

（4）轉爐低鐵鋼比生產，對于鐵水緊缺的企業生產運行狀況可予以最大程度緩解，但鐵鋼比對鋼鐵企業噸鋼生產成本的影響需結合市場廢鋼價格、鐵水成本情況進行全流程考慮，建立廢鋼經濟性動態模型。國內某鋼企模型提出了廢鋼臨界價格的概念，市場廢鋼價格高于廢鋼臨界價格時，鐵鋼比升高，噸鋼生產成本降低，否則相反[3]。

5 結論

（1）針對煉鋼廠的鐵水條件，在不考慮外部熱補償等條件下，煉鋼廠120 噸轉爐生產保證熱平衡的基本鐵鋼比要求為860—900 kg/t 鋼；

（2）采取多環節加廢鋼及鋼水過LF 精煉爐等降低鐵鋼比的措施，降低鐵鋼比的效果比較明顯，2023 年1—6 月，煉鋼廠鐵鋼比823 kg/t 鋼，同比2022 年降低81 kg/t 鋼，最低月份達到了797 kg/t 鋼；

（3）轉爐低鐵鋼比生產是一項系統性綜合工作，在轉爐降低鐵鋼比生產過程中，還需要考慮轉爐爐況受控、鋼鐵料消耗變化可控、鑄坯質量可控、廢鋼經濟性可控等因素。