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摘要：高废钢比例意味着将更多的废钢投入到冶炼过程中，减少铁水使用量。废钢的化学成分、性质与铁水不同，废钢比提升会改变炉内的化学反应，对转炉炼钢工艺有着显著的影响。通过酒钢集团榆钢炼钢（简称榆钢炼钢）120t顶底复吹转炉高废钢比冶炼工艺实践，总结分析高废钢比对转炉装入、冶炼过程、炉衬维护及钢水质量方面造成的影响及控制措施，不断优化改进高废钢比冶炼工艺。
关键词：高废钢比；炼钢工艺；影响
随着钢铁限产政策的推行，铁水不足的困境愈发严重，废钢蓄量逐年增加，同时伴随国内外高品位铁矿资源、优质焦煤资源的大量消耗以及节能减排压力的日益增大，高炉铁水的生产成本在逐步升高。所以在不增加铁产量的情况下如何最大程度增加钢产量成为炼钢系统首要考虑的问题，在综合考虑转炉装入、冶炼热平衡、转炉炉衬维护、产品质量及综合成本等方面因素，策划高废钢比冶炼方案，达到降低生产成本，增加经济效益的目的。
1高废钢比对转炉冶炼工艺的影响
1.1高废钢比对转炉装入的影响
高废钢比意味着最大量消耗废钢，转炉加废钢基本全部使用废钢料槽，首先将不同料型废钢通过搭配装入废钢料槽中，通过加料跨天车吊运废钢料槽将废钢加入转炉内，随着废钢比的不断提升，一部分企业废钢料槽无法满足单斗装入，对废钢料槽进行扩容加高加长，虽然废钢加入量有所提升，但废钢+料槽总吨位超加料跨天车设计吨位，不符合法规要求，考虑改造天车投资费用高，未对天车进行改造，限制了废钢比提升空间；另一部分企业选择双斗加废钢，虽然此模式解决了天车超载的问题，但是增加了转炉冶炼周期，严重影响转炉生产效率。所以要从根本上解决高废钢模式下废钢入炉的问题，需考虑除废钢直接入转炉外的其他加入方式。
1.2高废钢比对钢铁料消耗指标的影响
废钢比是影响钢铁料消耗指标的关键因素，通过榆钢炼钢120t顶底复吹转炉高废钢比冶炼实践，不同料型废钢的收得率不同，按照榆钢炼钢外购废钢料型比例，核算废钢收得率约为87.27%，根据榆钢炼钢铁水成分、转炉总渣量核算铁水收得率约为91.85%，因铁水收得率大于废钢，每提升1kg/t的废钢消耗，钢铁料消耗指标升高约0.0458kg/t。
1.3高废钢比对转炉冶炼过程的影响
（1）废钢在转炉熔池内熔化需要经过表面铁水冷凝、冷凝层熔化、废钢渗碳熔化三个过程，按照榆钢炼钢120t顶底复吹转炉冶炼实践，高废钢比模式下，转炉入炉废钢不低于32t，吹炼前期中小型废钢及表面积大的板状废钢快速熔化，吹炼前期转炉熔池温度降低明显，榆钢炼钢转炉除尘系统为干法除尘，干法除尘为了控制开吹卸爆，采用低氧压打火，转炉下枪供氧50s内打不着火的现象比较频繁。
（2）铁水兑入转炉内，部分废钢熔化，吹炼前期熔池温度低，熔池传热及传质速度慢，熔池升温缓慢，加之其他废钢快速熔化，延缓了转炉升温速率，转炉头批辅料加入后成渣困难，吹炼前期转炉脱磷效率下降。榆钢炼钢采用铁水一罐制装入，受铁水罐周转率影响，单罐铁水温度差异大，冶炼前期需要依据过程温度灵活调整辅料加入量及加入时机，冶炼过程中温度控制难度大，冶炼前期易出现低温溢渣，脱磷率不稳定等问题，中期化渣不良容易出现返干现象，造成终点碳温命中率降低，过氧化炉次增加。
1.4高废钢比对转炉炉衬的影响
按照榆钢炼钢120t顶底复吹转炉冶炼实践，为提高废钢比，废钢料型基本以6mm以上重型废钢为主，废钢入炉过程中对转炉前大面炉衬冲击大，对转炉前大面炉衬造成一定损伤。冶炼过程中废钢中的氧化物和非金属杂质对转炉耐火材料产生一定的侵蚀作用，同时冶炼前期熔池温度低，化渣困难，炉渣碱度低，炉衬侵蚀严重。由于废钢的热值较低，高废钢比装入，无法提供足够的热量，转炉过程温度不富余，部分炉次终点温度不足，不满足转炉出钢温度标准，需要点吹出钢，点吹炉次终点碳含量低，钢水氧化性强，渣中FeO含量高，转炉溅渣护炉效果差，转炉炉况维护难度增加。
1.5高废钢比对钢水质量的影响
转炉入炉废钢主要以外购废钢为主，外购废钢料型杂，不易区分，废钢中含硫、铬、铜等微量元素不稳定，高废钢比冶炼增加了转炉回硫量，同时钢水终点氮含量有增加趋势，时常出现转炉终点硫高、铬高等情况，影响钢坯质量及钢材轧制性能。
2高废钢比对炼钢工艺影响的控制措施
2.1高废钢比废钢入炉控制措施
按照榆钢炼钢120t顶底复吹转炉生产实践，为最大程度提升废钢比，主要从以下几个方面进行工艺调整改进。
（1）废钢料型优化。为保证废钢单斗装入，最大程度提升废钢比，提高重型废钢采购比例或缩减废钢尺寸增加堆比重至关重要，120t转炉使用的外购废钢采购尺寸建议控制在1000mm×600mm以内，堆比重达到1.15t/m3以上，能够满足废钢单斗装入要求。
（2）高炉铁水罐加废钢。转炉热平衡取决于炉料的热收入和热支出差异，充分利用铁水物理热和化学热优化入炉金属料结构，是提升废钢比的重要途径。榆钢炼钢采用铁水一罐制冶炼工艺，铁水罐周转率约为2h/次，高炉出铁温度1510℃~1540℃,转炉入炉铁水温度1350℃~1450℃,铁水热量富余，铁水罐配至高炉前向铁水罐内加入5t～6t废钢，利用出铁时的热量和冲击力将铁水罐内的部分废钢融化，直接转化为液态铁，降低转炉入炉铁水温度，使转炉冶炼过程最优，有效提高废钢比，进一步降低铁耗提升炼钢产能。
（3）炉后钢包加废钢。采购部分钢筋切头或使用轧钢自产纯净废钢，长度控制在10cm以内，此部分废钢通过炉后烘烤炉烘烤后，在转炉出钢过程伴随钢流加入钢包内，单炉加入量控制在1t左右，钢水温损10℃左右，能够最大程度提高废钢比。
2.2高废钢比模式下钢铁料消耗指标控制措施
废钢收得率低于铁水收得率，高废钢比势必影响钢铁料消耗指标上升。在高废钢比模式下，可通过转炉少渣留渣操作、终点压枪时间不小于90s等措施，降低转炉终点FeO至12%以内，同时适量配加除尘灰球、污泥球等辅助含铁料，不仅有助于过程化渣，防止出现返干喷溅损失，还可一定比例回收金属冲减钢铁料消耗指标，使钢铁料消耗指标控制在一个合理水平。
2.3高废钢比冶炼过程控制措施
（1）优化转炉造渣工艺。根据榆钢炼钢120t顶底复吹转炉高废钢比冶炼实践，高废钢比冶炼模式转炉过程温度不富余，冶炼过程采用少渣留渣工艺，辅料只使用活性石灰及镁球造渣，镁球消耗量控制在6kg/t～8kg/t，每炉钢冶炼完毕溅渣结束后，根据终渣条件，炉内留存25%～100%炉渣，供下一炉钢冶炼使用，不仅能够缓解转炉冶炼前期熔池温度低化渣困难的问题，而且能够充分利用留渣炉次炉渣中氧化钙减少活性石灰消耗。高废钢比冶炼模式的特点为前期温度低、化渣困难，采用铁质成渣路径有利于废钢熔化及快速成渣。实际冶炼过程中，需分批加入造渣剂，第一批以镁质物料为主，加入时间延后1min～2min，有利于废钢熔化及前期快速升温，前期增加MgO含量保护溅渣层，提升FeO含量促进化渣，后续根据化渣情况，分批加入渣料，逐步提升渣中CaO含量。
（2）头批辅料配加及供氧制度优化。转炉入炉废钢量增加，为保证冶炼过程温度均衡，化渣良好，对头批辅料和供氧强度调整如下。
头批辅料控制方面。在保证总量不变的情况下，分批次加入，严禁一次性将头批辅料配加至炉内；后续辅料配加按照多批次少量配加的原则进行，每批次配加量按照500kg～800kg控制。
枪位控制方面。下枪点火期间，枪位高度按照测量液面的800mm控制；火点着且第一次辅料配加完毕，氧枪枪位按照测量液面的100mm控制；碳氧反应开始至拉碳前冶炼期间氧枪枪位按照测量液面的200mm～300mm控制；终点拉碳期间氧枪枪位按照测量枪位控制。
氧气流量控制方面。结合干法除尘特点，点火期间氧气流量按照18000Nm3/h～22000Nm3/h进行调节，防止点火期间发生泄爆现象。火点着氧气流量按照30000Nm3/h进行调节，提高氧气流量增加冲击深度，加强搅拌，有利于前期快速升温保证头批辅料化透。碳氧反应开始之后氧气流量按照28000Nm3/h～28500Nm3/h进行调节，降低氧气流量，减缓碳氧反应速率，使熔池均匀升温，保证渣中的FeO含量，缓解返干现象。冶炼供氧时间12min后，氧气流量按照30000Nm3/h进行调节，加强熔池搅拌、均匀成分和温度、稳定火焰、便于拉碳，降低渣中的FeO含量，提高金属收得率。
（3）废钢比提升后，为提高转炉终点碳温命中率，一是降低出钢温度，通过出钢口扩径、钢包加盖、合金废钢炉后烘烤、钢包纳米保温等措施，降低出钢温度15℃。二是建立不同废钢比模式下的冶炼模型，根据入炉铁水温度，合理选择辅料配加时机及氧枪吹炼枪位，保证冶炼过程化渣效果及渣系组分的控制精度，更有利于转炉冶炼过程控制。2.4高废钢比转炉炉衬控制措施
根据榆钢炼钢120t顶底复吹转炉高废钢比冶炼实践，高废钢比模式下一是采用留渣少渣操作，留渣炉次吹炼前期化渣块，前期加入镁质物料后快速化渣，炉渣MgO、CaO含量高，抑制前期炉衬侵蚀；二是使用MgO含量高的镁球替代轻烧白云石，降低转炉总渣量8kg/t左右，减少转炉冶炼过程中因辅料配加量大造成的温度损失，通过出钢口扩径、钢包加盖、炉后合金及废钢烘烤炉预热的措施，降低转炉出钢温度15℃左右，减少炉衬的热侵蚀；三是使用生铁块、轧钢切头尾、钢筋切头进行转炉前大面渣补，单炉每天3次～4次，减少转炉加废钢过程对炉衬的冲击；四是研究低碱度、低MgO护炉工艺，不断优化辅料结构，转炉终渣碱度控制在2.3倍～2.5倍，终渣MgO控制在5%～7%，在保证转炉液面稳定基础下，控制炉渣FeO不大于12%，炉况运行稳定，转炉直上连铸机组织模式下转炉炉龄可达到2万炉以上。
2.5高废钢比钢水质量控制措施
严格控制废钢的质量是高废钢比冶炼工艺中的关键措施之一。废钢的化学成分对于冶炼反应的控制非常重要，在高废钢比的冶炼过程中，添加适量的保护剂和合金元素对于控制冶炼反应和改善产品质量非常重要。废钢中可能含有一些氧化物、杂质和其他有害成分，这些物质在冶炼过程中会对钢的质量产生不利影响。为了减少这些物质对冶炼过程的影响，操作人员需要加入适当的保护剂，如硅、铝、钙等。这些保护剂可以与氧化物等有害成分发生反应，形成稳定的化合物或夹杂物，从而减少其对钢的影响。
此外，根据产品的要求和所需的钢的成分和性能，可能需要添加一些合金元素。这些合金元素可以在冶炼过程中与钢中的其他元素进行合金化作用，从而调整钢的成分和性能。例如，添加锰可以提高钢的强度和韧性，添加铬可以增加抗腐蚀性能，添加镍可以改善塑性和耐低温性能等。通过添加适量的保护剂和合金元素，可以有效地控制冶炼反应和改善产品的质量。这需要操作人员根据具体的废钢成分和工艺要求，进行合理的选择和控制。同时，密切的炉况监测和实时调整也是确保冶炼过程的稳定性和产品质量一致性的关键。
通过化学分析方法，例如光谱分析或化学分析，可以确定废钢的主要元素含量，包括铁、碳、硅、锰等。这些数据可以用来调整炼钢工艺，确保合适的冶炼反应。废钢中可能存在不利于冶炼和产品质量的杂质。例如，过高的硫含量可能导致冶炼过程中形成硫化物，并影响钢的质量。因此，需要进行杂质检测，如硫含量、氧化物含量和非金属夹杂物等。废钢的粒度分布对炼钢过程中的熔化和反应速率有影响。可以使用筛分或激光粒度分析等方法，对废钢的粒度进行测试，确保其在合理的范围内，以便于炉内的均匀熔化和冶炼反应进行。
除了检测废钢的质量，还应采取适当的筛选措施，例如选择可靠的废钢供应商，确保其质量控制体系完善，以获得高质量的废钢原料。根据废钢的类型和特性进行分类，以便更好地控制其在冶炼过程中的使用。不同类型的废钢可能对冶炼过程产生不同的影响，因此需要根据需要进行分类处理。通过严格控制废钢的质量，并采取必要的检测和筛选措施，可以确保废钢符合要求，并最大限度地降低其对炼钢工艺的影响。这将有助于保持冶炼过程的稳定性和产品质量的一致性。
3取得的效果
通过以上工艺优化改进，榆钢炼钢120t顶底复吹转炉在不添加焦粉、硅铁等发热剂，没有废钢预热的条件下，废钢比达到了26%以上，转炉冶炼指标得到有效改善，工艺优化后，废钢消耗上升55kg/t，转炉终点碳温命中率、终点磷含量、终渣FeO、成分异常炉次等指标显著改善，终点回硫和增氮得到有效控制，在转炉直上连铸机模式下，转炉炉况运行稳定，转炉炉龄突破2万炉。
4结论
通过对榆钢炼钢低铁耗、高废钢比冶炼工艺问题总结分析，制定管控措施，优化转炉炼钢工艺，具体得出结论如下。
（1）针对高废钢比模式下转炉废钢加入困难的问题，一是优化废钢料型尺寸，外购废钢尺寸不超过1000mm×600mm，堆比重不小于1.15t/m3；二是在铁水罐出铁前在铁水罐内加入一部分中小型废钢，利用高炉出铁铁流搅拌熔化，对入炉铁水温度影响受控，按照榆钢炼钢生产实践，单罐配加6t废钢入炉前铁水温度损失20℃~30℃,后续可利用铁水罐加盖或铁水罐废钢预热技术减少过程温度损失，进一步提升废钢比；三是炉后出钢过程中加入经过烘烤的钢筋切头1t，温度损失约10℃左右，可根据转炉终点温度选择性配加，从根本上解决了转炉高废钢比情况下装入的问题。
（2）高废钢比模式下转炉采用少渣留渣模式，有利于转炉过程操作及指标进步。根据终点控制情况，溅渣完毕后炉内留25%～100%炉渣供下炉使用，一方面，能够促进转炉冶炼前期快速化渣，前期炉渣CaO、MgO含量高，不仅抑制前期酸性渣对炉况的侵蚀，而且去磷效果明显，终渣FeO含量降低2%左右；另一方面，通过少渣留渣操作，最大程度减少活性石灰及镁球的消耗，石灰消耗降低约5kg/t，镁球消耗降低约3kg/t，在保证冶炼过程稳定的前提下，有效降低了转炉冶炼辅料成本，经济性更强。
（3）高废钢比冶炼模式下，转炉只使用活性石灰及镁球造渣，终渣碱度控制在2.3倍～2.5倍，终渣MgO控制在5%～7%，榆钢炼钢120t顶底复吹转炉液面控制不低于1.8m，转炉炉况运行稳定，炉龄可突破2万炉。后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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人参与 2024-08-29 10:23:29 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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