伊钢65吨转炉提高废钢率工艺试验

刘旺平

（天元二手材料）

摘要：提高废钢比是转炉炼钢的主要降本增效工艺，也是钢铁企业降低能耗的有效途径，本文介绍了一钢65吨转炉为提高废钢比进行的工艺试验，为今后转炉提高废钢比提供理论支撑。

关键词：转炉炼钢；热平衡；废钢比；降本增效

0 简介

伊钢位于新疆伊犁哈萨克自治州新源县泽克台镇，在钢铁生产上具有一定的区位优势，但受限于炼铁产能，伊钢在生产旺季增加产能、扩大规模效益等方面存在短板。随着去年钢材市场经济效益的缩水，降本增效成为钢企实现发展的主要途径。为此，伊钢65吨转炉开始研究提高转炉废钢比、提高炼钢工序生产盈利能力的工艺。

根据现有文献[1-3]，提高转炉废钢比的主要工艺方法有废钢预热、转炉吹气加热废钢、转炉留渣、使用升温材料、降低转炉出钢温度等几种工艺方法。

笔者在研究了几种提高转炉废钢比的工艺后，认为宜钢是2011年投产的炼钢生产线，采用铁水一锅法工艺，生产流程紧凑，环保配置工艺只能满足原有工艺的需要，而预热工艺所需的能源介质、环保配套设施无法满足废钢预热工艺的需要，因此废钢预热工艺对于宜钢来说是不可能的，提高废钢比的唯一途径是采用转炉升温材料和留渣作业，从各个方面入手。

由于一钢产品以建筑用钢为主，自2021年起，实施向钢包添加轧制废钢、洁净废钢的工艺，且为提高转炉产能，操作工艺采用转炉吹炼完成后转炉直接浇注，出钢后实施溅渣护炉，再浇注出渣，此模式浇注出渣量较少，基本接近留渣操作工艺，因此采取提高一钢转炉废钢比的工艺，使用升温剂的工艺方法仅有一种。

1、伊钢65吨转炉提高废钢比工艺研究

1.1伊钢现有工艺流程分析

宜钢现有转炉冶炼基本情况具有以下特点：

（1）铁水成分、温度波动较大，造成转炉冶炼操作波动较大。宜钢典型铁水成分及冶炼工艺基础数据如下表1、表2所示。

表1：宜钢生产用铁水成分基本信息

表2：宜钢转炉生产基本工艺数据

装载量

铁水

废钢

氩柱温度

溅渣时间

65～80

52～64

11～25

>1530

1’21”-2’40”

（2）转炉冶炼节奏紧张，在铁水温度较低、铁水硅含量（Si%）较低的冶炼炉中，为保证转炉出钢温度，升温操作造成转炉端部过吹，增加了转炉出钢温度，增加了脱氧、合金化操作难度，熔池中金属铁氧化入渣，增加了转炉吹炼损耗；多数炉子吹炼到终点后直接出炉，钢产量波动较大，造成合金化成分调整误差较大，影响生产的平稳运行；

（3）由于转炉采用紧凑工艺，炉内溅渣产生的相当一部分炉渣残留在炉内，造成转炉吹炼初期的溢渣、溅渣现象。

根据以上分析，在现有转炉容重比的工艺条件下，提高转炉废钢比必须考虑废钢比的提高，并解决好转炉吹炼初期因温度过低而引起的炉渣早期溢流和喷溅问题[4-5]，否则因喷溅、溢流造成的炉渣损失了提高废钢比所带来的效益。

1.2 升温材料的选择与分析

转炉炼钢利用铁水的物理化学热为炼钢反应提供热力学条件，氧化反应提供的动力学条件，以及吹氧工艺除去铁水中的C、Si、Mn、P、S等元素后，在炼钢过程中和钢水精炼过程中调整钢材化学成分是一个系统工程。转炉炼钢加入废钢、矿石的作用是平衡炼钢化学热冷却剂，提高转炉废钢比，提高转炉炼钢化学热，降低工序热耗，是提高转炉废钢比的有效途径。宜钢转炉炼钢过程中不同冷却材料对转炉熔池温度影响的经验统计数据见下表3：

表3：宜钢转炉熔池冷却不同冷却材料经验数据

根据以上分析，转炉废钢比每增加1%，熔池温度下降8-12℃。为维持转炉冶炼过程正常，可采用投加升温剂的工艺，以提高转炉冶炼废钢比。投加升温剂的有动力煤、焦炭、碳化硅等。

使用碳化硅的成本较高，动力煤含有挥发分和有害元素，S含量也较高，另外现有使用案例显示[6]铁水消耗和废钢加入量，添加工艺是在转炉开吹前从高位料仓添加，这两种工艺都不适合伊钢目前的生产状况，目前已知唯一可用的材料是焦炭。

焦炭是一种固体燃料，是煤在1000℃左右的高温下干馏而得，主要成分是固定碳，其次是灰分，挥发分和硫含量极少，呈银灰色，有金属光泽。质地坚硬多孔，着火温度（空气中）为450-650℃。这一性质对宜钢来说非常重要。焦炭随废钢一起加入转炉，转炉内炉渣中的FeO+MnO能与焦炭发生反应。此前，会有一些热量散失，目前宜钢的焦炭并不丰富，选择升温材料只能另辟蹊径。

2 易刚的新型升温材料实验

根据以上分析，首先想到的是从LF精炼炉废弃的石墨电极，其稳定性好，含碳量高，再加上新疆地区石墨资源丰富，因此本次实验采用石墨制品作为升温材料，验证石墨制品作为升温材料的可行性。

2.1石墨升温材料的特点及应用可行性

石墨是碳的同素异形体，呈灰黑色、不透明固体，是介于原子晶体、金属晶体和分子晶体之间的过渡晶体，因此化学性质稳定，在纯氧中燃点为720～800℃，200～300目石墨细粉燃点可降至600℃以下，所以石墨粉在电炉冶炼过程中用作泡沫渣的增渣材料。上述性质有利于在转炉中作为升温材料，为此进行了向热钢渣中添加石墨的试验，现场试验照片如下图1所示：

图a：用于测试的石墨碎片

图b：加入热渣中的块状石墨碎片

图c：900℃钢渣表面添加石墨粉

试验结果表明，石墨块、粉末在转炉液态渣和赤热渣中反应缓慢，在转炉炼钢过程中随废钢一起添加，不会造成熄火等事故。

2.2 石墨制品作为升温材料的研究

本次试验所采用的石墨制品为煅烧强化水基石墨块，经破碎、加工后得到，其化学成分如下表4所示：

表4：煅烧石墨块主要化学成分

热电偶

挥发物

>65

热值按以下公式计算：Q=337.5C+1442（HO/8）+93S

式中：Q：物质的热值，kJ/kg；

C、H、O、S分别为材料中碳、氢、氧、硫的质量分数，单位为%。

经计算，该物料发热量为2.3×107J/kg，低于焦炭的3.0×107J/kg，但其稳定性优于焦炭，有利于提高转炉炼钢化学热。经计算，该物料的加入量与废钢的加入量相等，其量值关系见下表5：

表5：相同条件下加热材料添加量与废钢添加量关系

加入量，kg/吨钢

每炉添加量，kg

废钢增加量，吨

1.5

100

0.42

140

0.6

2.5

175

0.92

210

2.1

3.5

245

2,26

280

2.8

2.3 工业试验过程及结论

根据计算结果进行工程试验，冶炼5座转炉，其中2座为低硅铁水，2座炉补料后，转炉炉温低，未调整废钢配比，研究升温材料对冶炼的影响及低硅铁水改善情况。试验工艺铁水冶炼工艺操作、铁水成分及冶炼数据见下表6：

表6 试验过程中铁水主要成分

试验期间5座炉子基本冶炼数据如表7所示：

表7：试验过程基本工艺数据

根据现场试验观察，发现如下特点：

（1）加热材料随废钢加入转炉后，没有出现火焰喷溅和炉渣溢出的现象，说明加热材料没有与转炉内的炉渣发生反应，后续加入铁水也没有出现异常；

（2）低硅铁水冶炼转炉吹炼正常，平均吹炼3分钟左右转炉就能正常进入脱碳反应期，5座转炉中仅有1座因开始脱碳而出现溢渣现象。

（3）四热冶炼终温不需吹炼升温，控制好。转炉最终成分也得到很好的控制，减少了增碳和脱氧强度；

（4）上次冶炼，由于铁水硅、碳含量较高，加之加入升温材料，导致硅锰氧化期末，熔池温度上升较快，造成溢渣，影响操作。

2.4 实验分析

根据现场试验情况，作如下分析：

（1）采用煅烧石墨块作为升温材料，随废钢一起加入转炉时，没有产生火焰和烟雾，说明煅烧石墨与转炉中剩余的钢渣发生反应的量很少，与石墨的性质相符；

（2）文献指出[6]，转炉吹炼过程中，前期熔池温度较低，在Si、Mn、P氧化完成后，脱碳反应不能及时进行，FeO会在炉渣中富集。反应开始后，会因脱碳反应剧烈而发生喷溅、溢渣事故，导致钢水从炉渣中流失。因此，试验中添加升温材料后，升温材料在炉渣中发生反应，提高了熔池温度，降低了FeO在炉渣中富集的风险。因此，使用升温材料后的冶炼炉消除了低硅铁水冶炼的负面影响铁水消耗和废钢加入量，这与前面的分析一致。

（3）文献指出[7-8]，转炉废钢的熔炼过程是铁水与废钢进行热交换后，在废钢表面形成渗碳凝固层，随后废钢组织由珠光体、铁素体向奥氏体转变。在温度和时间足够后，熔池将废钢外层加热到高温铁素体温度，形成高温铁素体与液相。碳反应时间与正常冶炼炉相差不大。结合文献的结论，说明升温材料起到了升温、辅助废钢熔炼的作用。

3 结论

（1）煅烧石墨块在宜钢转炉冶炼过程中可作为升温材料，使用过程中高温稳定性好，可为宜钢低硅铁水冶炼、低温铁水冶炼提供化学热量、稳定性和优化冶炼操作工艺过程；

（2）在同等条件下，每座65吨转炉添加煅烧石墨块280公斤，可增加进入转炉的废钢量2.8吨。

（3）转炉在类似条件下采用升温材料，提高转炉最终出钢温度，为向钢包中加入洁净废钢创造条件，这也是增加废钢利用量的一种工艺方法。

参考：

[1] 朱荣, 胡少燕. 转炉高废钢比冶炼技术进展[J]. 中国废钢, 2017(06): 18-27.

[2] 张涛, 李哲, 吴振刚. 高炉-转炉工艺高废钢比冶炼实践[J]. 河北冶金, 2020 (9): 35-38.

[3]梁鹏,石炳华,邰俊凯,等.转炉冶炼工艺降低吨钢水耗[J].河北冶金,2020(8):43-47。

[4]叶建松,郑为民,金金文,等.转炉早期溅渣原因及对策[J],安徽工业大学学报,2009,26(3):209-211

[5] 杨文元, 吴文东, 王明林, 等. 大型转炉低硅铁水炼钢研究[J], 2005, 40(8): 24-25

[6]肖龙鑫,李静,闫伟,等.转炉合理废钢比分析[J],有色金属科学与工程,2019,10(5):48-52

[7]杨文远,蒋晓芳,李琳,等.废钢熔炼热模型试验[J].钢铁,2017,52(3):27

[8] 韩红松, 蒋鑫, 邱斌, 等. 高炉废钢软熔性能研究及应用[J]. 中国冶金, 2021, 31(2): 60

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