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张国裕，王志强
（西宁特殊钢集团有限责任公司，青海 西宁 810005）
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科学技术
低铁耗条件下提高转炉废钢比的冶炼工艺优化
2019年废钢产出量的持续增加推动了废钢价格的振荡下行，提高转炉废钢比具有节约炼钢成本、提高钢厂效益的作用，摘 要：
然而现有转炉设备在冶炼过程中普遍存在热量不足问题，成为工艺优化的主要因素。本文分析了低铁耗、高废钢比对炼钢工艺的影响，选取添加动力煤增热剂、炉后增加废钢用量、采用钒钛磁铁矿冶炼三项方案，探讨了低铁耗条件下优化冶炼工艺、提高转炉废钢比的实践策略，为转炉高废钢比冶炼的实现提供借鉴价值。
低铁耗；冶炼工艺；高废钢比关键词：
TF71A 11-5004（2019）12-0087-2中图分类号：文献标识码：文章编号：
废钢是转炉炼钢生产所用到金属料的主要成分，通过提高废
钢比可以有效降低铁水消耗、节约炼钢成本，但在提高废钢比的同时也意味着热量支出的增加，导致转炉内的热平衡被打破，对出钢条件造成一定影响。基于此，如何针对传统冶炼工艺进行优化，实现低铁耗、高废钢比的目标，成为本文所探讨的主要问题。
1 低铁耗、高废钢比对于炼钢工艺的影响分析
（1）模型建立。选取某钢厂不锈钢转炉建立转炉模型与热平衡模型，其物料平衡的计算公式为：
基于物料平衡结果进行由时段至时段范围内总焓量的计算，其计算公式为：
（2）低铁耗、高废钢比对炼钢工艺的影响。设该转炉公称容量为100t，原入炉钢铁料由95t～100t铁水、10t～15t废钢组成，其中废钢在总装入料中占比约为9.5%～13.5%。在铁耗降低的条件下，常规钢种装入量为100t，废钢为22t～30t，出钢温度不小于10℃，废钢比约为20%～27.3%；高强钢种装入量为110t，废钢为19t～27t，出钢温度不小于1660℃，废钢比约为17.3%～24.5%。在提高转炉废钢比的条件下，将废钢比控制在15%以内时可达到最优冶金指标，而当废钢比超出20%时冶金指标最差，在此过程中还需保障前期熔池温度、弥补热量不足问
题，以此保障出钢质量、提高生产效益[1]
。
2 低铁耗条件下通过优化冶炼工艺提高转炉废钢比的实践策略探讨
2.1 添加动力煤增热剂方案
（1）增热剂的选取。将增热剂加入转炉中可以起到增加热量、提高废钢比的作用，当前钢厂常用增热剂包含以下两类：其一是金属系增热剂，借助氧化热反应实现增温目标，然而氧化反应生成的SiO2、Al2O3等反应物将导致炉渣碱度下降，降低铁、锰的收得率，进而影响到炉渣的脱硫、脱磷效果，因此不推荐使用；其二是碳系增热剂，例如天然气、柴油、碳化物、焦炭、石墨等，借助CaO调节炉渣碱度，降低炉衬侵蚀速度，且不会造成渣量增加问题，因此推荐使用。但在使用碳系增热剂的过程中还
收稿日期：
2019-12作者简介：
张国裕，男，生于1969年，汉族，青海西宁人，本科，工程师，研究方向：高炉炼铁，球团，烧结生产经营管理。
需兼顾硫含量问题，综合多重因素推荐选取动力煤块作为增热
剂，用以维持转炉内的热平衡条件，实现提高转炉废钢比的目标。（2）加入量设计。从理论层面入手，每向熔池内加入1kg动力煤，其燃烧释放出的热量可熔化废钢量，其中动力煤的平均煤燃值为25700kJ/kg，利用系数取值为20.5%～23.5%，冷却效应取值为1390kJ/kg，将上述参数代入式中得出废钢量熔化值约为3.79kg～4.34kg，由此推断出每加入1t动力煤可增加3.79t～4.34t废钢。从实践层面入手，选取某公称容量为50t的转炉作为研究对象，在铁水成分、10t废钢等条件不变的情况下，加入1000kg动力煤可使转炉一倒温度均值由1600℃增至1690℃，熔池温度同比提高80℃～90℃，废钢消耗量增加77kg/t，废钢比由以往的15%～17%增至20%～24%，由此推断出当加入1t动力煤后可增加废钢量2.5t，利用系数为14%。
关于理论值与实际增量间出现偏差的原因，可归纳为以下两项因素：其一是加入时机的选取，应将动力煤的加入时机选定为开吹前5min～6min左右，保障热效率得以充分发挥；其二是加入过程中的损耗问题，在转炉冶炼过程中加入动力煤，有可能会引发炉渣漂浮、动力煤被炉渣包裹的情况，影响到热效率的发挥，并且在此过程中伴随气流冲出还会产生部分粉煤损失的情况，进而减少实际加入量。选取动力煤加入时机与整体冶炼周期进行比较，在向炉内加入800kg动力煤后，加入废钢、开吹，其冶炼周期较以往延长约3min；在炉内留渣，依次加入石灰、废钢和800kg动力煤，待渣冷却后加入铁水、开吹，冶炼周期增加6min；将渣倒出后加入800kg动力煤，冶炼周期增加5min。（3）造渣制度调整。将废钢加入量由120kg/t增至200kg/t，现场测温结果表明炉内温度呈现出大幅波动，在废钢未完全熔化时熔池温度为1510℃～1530℃，低于以往冶炼温度，且化渣速度同比减慢40s～60s，因此还需针对其造渣制度进行调整优化。结合有关动力煤加入时机的选取要点，针对先加入废钢和铁水、随后同时加入首批渣料和动力煤的工艺方法进行改进，调整氧位，伴随冶炼时间的推移将氧化铁皮、轻烧白云石、煤、石灰等加入量进行调整，以此寻求最优造渣操作方法，可以有效加快化渣速度，同时减少返干现象、解决喷溅问题，有效保障冶炼过程中的稳定性。（4）技术经济分析。通过选取动力煤作为增热剂可有效提高转炉热效率，每吨钢转炉加入16kg～20kg动力煤，可使吨钢废钢消耗量提高80kg，有效提高废钢比。以某年产150万吨炼钢厂为例，采用添加动力煤作为增热剂这一工艺方法，全年经济效益可达1200万元，累计废钢消耗量达12万吨，具有显著的经济与环保效益。2.2 炉后增加废钢用量方案（1）钢包预热废钢工艺。选取合格打包废钢加入钢包中，将预热装置温度提高到600℃～800℃，随后利用钢包车将其运输至指定出钢位，实行转炉出钢，并底吹氩气进行搅拌，最后再将
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化，在提钒环节注重控制反应温度，调节炉渣内的FeO含量与升温速度，选取适量生铁块作为冷却剂，以此提高转炉废钢比。（2）增加废钢消耗。要想确保钒收率满足冶炼要求，需在前期注重将FeO含量控制在45%以上，分多个批次向其中加入冷却剂，以此调节半钢的升温速率，使其V值降至0.05%以下。在冷却剂的选取上，在确保冷却强度符合要求的基础上，选取生铁块、废钢置换冷压块与冷却剂，可提高提钒生铁块15kg/t；同时提钒出钢温度每降低10℃，可增加废钢消耗约7kg/t～8kg/t，提钒生铁块用量约为35kg/t。（3）提高废钢比。在提高废钢比的工艺优化层面，其一是采用提温剂，推荐每炉选取400kg～450kg硅铁、500kg～2000kg增碳剂进行提温，可使废钢消耗同比增加16kg/t～23kg/t，进而使转炉废钢消耗达到65kg/t；其二是降低转炉出钢温度，将出钢口直径由增至后，可使出钢温度下降5℃，并将钢包热包温度控制在800℃以上，最终可使转炉废钢消耗增加4.3kg/t；其三是降低炉内热损耗，结合转炉实际情况增加留渣比例，当留渣比例由34%提高到57%时可使废钢消耗水平增加4kg/t，当转炉内渣量由50kg/t减少至45kg/t时可使废钢消耗量提高2kg/t。某钢厂采用硅铁提温与增碳剂进行温度补偿，配合少渣冶炼、留渣加料、降低出钢温度等方法，最终使废钢消耗量达到67.8kg/t钢，废钢比达7%～10%。
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其吊运至钢包炉处。采用该方法可以有效提高废钢预热速度，依
据出钢温度进行加入废钢量的调节，保障废钢与钢水混合后温度达到1540℃，以此完成预热废钢。（2）增设炉后废钢料仓。选取合格废钢碎料，将其加入底开式料罐内，运输至料仓，随后将其预热至600℃～800℃，振动给料器，中间称量料仓，最终调运至钢包处。采用该方法可以有效实现废钢的快速预热，但需注重针对废钢碎料质量进行严格控制，配合吹氩搅拌操作，在炉后废钢料仓中实现废钢预热。（3）出钢环节加入废钢。先将钢包车运输至转炉出钢处，待转炉出钢后观察出钢温度，控制废钢碎料的加入量，随后底吹氩气进行搅拌，再将其调运至钢包炉处。在此过程中，采用“一罐制”工艺向转炉内加入铁水，注重合理调节铁水与废钢中碳、硅、锰、磷、硫等成分的含量，配合100t铁水罐进行运输，其出铁温度可达到1490℃；在转炉冶炼环节，注重控制终点钢水的化学成分，设碳为0.05%～0.1%、锰为0.3%～0.4%、磷为0.3%、硫为0.03%，最终冶炼时长约为27min、出钢量为110t，出钢温度为1600℃，废钢比可达31.67%；在转炉出钢结束后，结合钢水温度向其中加入1t～3t废钢，待吊运后将其加热至1580℃、送连铸，可使最终废钢比达到32.9%，具有显著的应用价值。（4）效益分析。以某钢厂为例，该钢厂于2018年采用在出钢环节加入废钢的方法，较2017年节约190717t标准煤，吨钢能耗同比减少42.29kg标准煤。同时，NOx排放量由上年的0.85kg/t减少至0.36kg/t，SO2排放量由0.402kg/t转变为0.302kg/t，CO2排放量由1803kg/t减少至1287kg/t，有效减少环境污染，发挥了显著的环保效能。
2.3 采用钒钛磁铁矿冶炼方案（1）热平衡分析。采用钒钛磁铁矿进行冶炼，在炼钢前进行提钒处理，将铁水内的钒、钛元素取出后，实行半钢冶炼。其工艺流程为：高炉铁水——采用200t提钒炉提钒——运用200t脱硫站喷吹脱硫——运用200t炼钢炉炼钢——钢水精炼——连铸。选取自产、外购废钢作为炼钢转炉废钢，针对铁水质量进行优（上接86页）
3 结论
在低铁耗条件下提高转炉废钢比可以有效增加钢产量、降低吨钢能耗，既有助于提高钢厂生产效益，同时还能够大幅减少环境污染。对此钢厂还需结合自身转炉设备配置情况与生产工艺技术水平，综合运用添加增热剂、炉后增加废钢用量、选取钒钛磁铁矿冶炼等工艺手段，进一步促进钢厂综合效益的显著提升。
参考文献
[1]
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报,2017,27,(2):25-28.
表7 HRB500cE钢筋时效性能
公称直径/mm
123456对比例
ReL/MPa时效前540550570560550540570
时效后530540555545540535545
695715735740725705735Rm/MPa时效前
时效后695710735740720700695
时效前1.291.301.291.301.321.311.25
A/%
时效后1.311.311.321.361.331.311.28
R0m/R0eL时效前1.081.101.141.121.101.081.09
时效后1.061.081.111.091.081.071.09
2124262723..519.620
R0eL/ReL时效前
时效后25282930282425
时效时间/h
360360360360360360360
3 结论
（1）通过低成本成分设计、优化炼钢、连铸和控轧控冷工艺，开发了混凝土用高耐候、低成本耐海水腐蚀钢筋HRB500cE，分析结果表明，所有试样力学性能、时效性能和平均相对腐蚀率均满足国标要求。
（2）在相同的试验情况下，凝土用高耐候、低成本耐海水腐蚀钢筋HRB500cE各性能均明显优于普通HRB500cE钢筋。
参考文献
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