王亞力  羅英杰  胡興康  汪勤峰  楊正林  

（昆鋼技術(shù)中心）

摘  要  添加廢鋼進行冶煉是高爐增產(chǎn)降耗的重要途徑之一。通過開展高爐添加廢鋼冶煉焦炭消耗理論計算、爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能試驗以及高爐添加廢鋼冶煉工藝流程完善等相關(guān)工作，昆鋼2 000 m3高爐組織了為期65天的添加廢鋼冶煉生產(chǎn)實踐。結(jié)果表明，在高爐內(nèi)添加一定比例的廢鋼進行冶煉，可以有效改善高爐爐內(nèi)料柱透氣性，提高煤氣利用率，產(chǎn)量、燃料比、礦耗等技術(shù)經(jīng)濟指標得到顯著改善。

關(guān)鍵詞  高爐  廢鋼比  冶煉  線性回歸  指標

1   前言

近年來，在國家推進“供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、綠水青山就是金山銀山”工作思路指引之下，云南地區(qū)中頻爐逐步關(guān)停，地條鋼產(chǎn)能逐漸退出歷史舞臺。通常，電爐煉鋼短流程工藝是消化廢鋼社會庫存量的較佳途徑。但就云南省內(nèi)而言，尚無大規(guī)模成熟的電爐產(chǎn)線，而現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝消化廢鋼能力有限，因此，若未能找尋到有效有益的廢鋼回收利用途徑，預(yù)計未來云南廢鋼資源將出現(xiàn)增加甚至過剩局面。

廢鋼是經(jīng)充分還原后的金屬，與常規(guī)鐵礦石相比，具有含鐵量高、雜質(zhì)少等特點。并且，在熔化成液態(tài)時無需額外消耗還原耗熱和相對較長的還原熔煉時間，僅需加熱熔化即可。對地處西南邊陲的云南地區(qū)鋼鐵企業(yè)而言，存在優(yōu)質(zhì)原燃料資源缺乏，使用進口原燃料運距遙遠、運費昂貴等不利于生產(chǎn)經(jīng)營、環(huán)保管理的不足。因此，在云南省內(nèi)長流程鋼鐵企業(yè)組織開展高爐添加廢鋼試驗的相關(guān)研究工作及生產(chǎn)應(yīng)用，對資源利用、環(huán)保管控具有重要的意義。為此，昆鋼2 000 m3高爐進行了為期65天的添加廢鋼冶煉生產(chǎn)實踐，結(jié)果表明，在高爐內(nèi)添加一定比例的廢鋼進行冶煉，不僅可以有效改善高爐料柱透氣性，提高煤氣利用率，促進高爐穩(wěn)定順行，顯著改善技術(shù)經(jīng)濟指標。同時，也得到了因地制宜，資源合理利用、節(jié)能減排的良好效果。其研究成果和應(yīng)用實踐一定程度上為利用高爐進行廢鋼添加冶煉工藝降低廢鋼社會庫存、改善冶煉指標和今后進一步提高廢鋼應(yīng)用比例提供了借鑒。

2  昆鋼2 000 m3高爐加廢鋼冶煉的前期準備工作

昆鋼之前尚未有高爐加廢鋼冶煉相關(guān)實踐經(jīng)驗，尚未對廢鋼加入方式、工藝流程、粒度控制尤其是熔化耗熱、爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能測試等進行系統(tǒng)研究。為確保高爐添加廢鋼冶煉工業(yè)試驗順利進行，在以下幾個方面做了大量前期相關(guān)工作。

2.1 爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能試驗

以高爐用料結(jié)構(gòu)“燒結(jié)礦72 %+球團礦22 %+塊礦6 %”為基礎(chǔ)配比，采用爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能實驗裝置，分別按產(chǎn)量計算的廢鋼比1.96 %、4.76 %、9.09 %、16.67 %進行了5組爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能比對試驗(表1)。表明：一方面，爐料軟化、熔滴期間隨廢鋼比的增加小幅升高，當廢鋼比超過9.09 %后，軟化、熔滴期間有較大幅度提升，這會造成高爐中上部透氣性變差，成渣帶寬展而對高爐冶煉造成一定影響；另一方面，隨廢鋼比的增加，爐料最大壓差、總特征值有明顯的下降，說明在一定范圍內(nèi)隨著廢鋼添加比例的增加，可以有效改善高爐爐料熔化成爐渣至滴落時的透氣性、透液性，有利于順行。綜合看，廢鋼比在9 %以內(nèi)對高爐冶煉不會造成影響。

2.2  高爐內(nèi)熔化1 t廢鋼理論焦炭消耗量

高爐使用焦炭發(fā)熱量24 500 kJ/kg，熱量利用率85 %，廢鋼加熱到1 450 ℃時熔化耗熱為1 320 kJ/kg，計算得到熔化1 t廢鋼消耗焦炭63.39 kg。

廢鋼中含鐵量98 %，滲碳量按4.50 %計，噸廢鋼滲碳耗碳51.88 kg，昆鋼2 000 m3高爐使用焦炭含碳85 %，熔化1 t廢鋼滲碳需焦碳量61.04 kg。

綜上，高爐熔化1 t廢鋼理論焦炭量為124.43 kg，為廢鋼試驗礦焦負荷調(diào)整提供依據(jù)。

2.3 制定廢鋼進廠尺寸標準

廢鋼會加劇槽下稱量上料系統(tǒng)、爐頂布料系統(tǒng)設(shè)備的破損速度，綜合考慮廢鋼加工成本與高爐設(shè)備接受能力，嚴格制定廢鋼進廠尺寸標準，20～60 mm粒級占比不小于85 %，最大粒級不能超過120 mm。

2.4 廢鋼供應(yīng)流程改造

廢鋼尺寸的不規(guī)則會對現(xiàn)有高爐料倉槽下給料機、振動篩、稱量罐下料口、礦石焦炭皮帶等造成磨損破壞，此外，考慮廢鋼物料單獨堆放，選擇高爐主皮帶中間罐旁一塊空地進行廢鋼堆場改造(圖1)，同時新建一套廢鋼上料裝置(圖2)，利用抓車將廢鋼抓入專用受料斗，按高爐礦石批重設(shè)定每批加入廢鋼量進行放料，經(jīng)皮帶運輸與礦石皮帶來礦一起進入主皮帶中間罐，等待高爐布料使用。

3  昆鋼2 000 m3高爐加廢鋼冶煉實踐

經(jīng)過前期的準備工作，高爐具備加廢鋼冶煉條件，于2018年12月19日開始進行添加廢鋼冶煉，加入方法為：正常礦石批重為45 t，廢鋼與礦石混裝入爐，視爐況順行程度可小幅變動，廢鋼加入量在1～2 t/批礦之間。加廢鋼后的調(diào)整原則是保持礦石批重不變，用礦結(jié)構(gòu)、焦炭負荷不變，根據(jù)理論計算加1t廢鋼消耗干焦炭124.43 kg，按130.00 kg進行焦炭批重調(diào)整。

本次高爐添加廢鋼冶煉起止時間為2018年12月1日至2019年3月12日，期間因受廢鋼采購保供與廢鋼采購價格因素影響，2018年12月30日5：08～2019年1月5日13：14，2019年2月3日7：45～2月17日10：08兩次停加廢鋼，合計添加廢鋼冶煉65天，加入廢鋼量14 067.096 t。整個冶煉過程期間，原燃料質(zhì)量穩(wěn)定，設(shè)備運行良好，無休風(fēng)、慢風(fēng)現(xiàn)象，高爐爐況穩(wěn)定順行，生產(chǎn)處于滿負荷、高水平狀態(tài)。以2018年12月1日～18日、2018年12月31日～2019年1月4日、2019年2月4日～2月16日共36天未添加廢鋼生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基準，按照實際入爐廢鋼比（產(chǎn)量計算）≤3 %、3 ～4 %、4 ～5 %冶煉生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行對比分析加廢鋼對高爐冶煉的影響規(guī)律。

3.1  廢鋼加入量對高爐操作的影響分析

3.1.1 對送風(fēng)參數(shù)的影響

廢鋼含鐵量高，渣量少，廢鋼比增加后，爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能最大壓差、總特征值下降，高爐透氣性改善明顯，廢鋼比與透氣性指數(shù)具有較強的相關(guān)性，回歸方程y=5 985.9x+19 999，相關(guān)系數(shù)R2=0.5052，廢鋼比與高爐風(fēng)量、鼓風(fēng)動能無相關(guān)性，線性回歸R2均小于0.10。

3.1.2  對熱制度的影響

加廢鋼冶煉期間鐵水含[Si]和鐵水物理熱比較穩(wěn)定，證明每噸廢鋼額外消耗130 kg焦炭能夠滿足其熱量及滲碳消耗。加廢鋼冶煉期間，高爐穩(wěn)定順行，風(fēng)溫、富氧率穩(wěn)定，噴煤量穩(wěn)定，隨廢鋼比的增加產(chǎn)量提升，噸鐵煤比降低，理論燃燒溫度升高。廢鋼比與理論燃燒溫度具有較強的相關(guān)性，回歸方程y=210.32x+2 350.70，相關(guān)系數(shù)R2=0.7224。

3.1.3  對煤氣的影響

廢鋼含鐵量高，渣量少，廢鋼比增加后，爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能最大壓差、總特征值下降，高爐透氣性改善，煤氣利用率提高，廢鋼比與煤氣利用率有一定相關(guān)性，回歸方程y=12.499x+44.123，相關(guān)系數(shù)R2=0.3554；廢鋼進入爐內(nèi)后吸收熱量，爐頂煤氣溫度下降，廢鋼比與爐頂溫度有一定相關(guān)性，回歸方程y=207.57x+197.56，相關(guān)系數(shù)R2=0.4451；廢鋼加入后，雖然噸鐵燃料消耗下降，但因產(chǎn)能提升單位時間內(nèi)產(chǎn)生通過爐腹的煤氣量變化不大，線性回歸無相關(guān)性。

3.1.4  對爐缸爐底溫度的影響

理論上高爐加廢鋼后，渣量減少，爐缸溫度會有所升高，但加廢鋼冶煉期間，高爐吃礦量并沒有明顯減少，單位時間內(nèi)進入爐缸總渣量變化不大，爐缸爐底溫度穩(wěn)定，線性回歸與廢鋼比并無相關(guān)性。

3.2  對槽下稱量上料、爐頂布料影響

通過加廢鋼前的精心準備工作（工藝改造、廢鋼尺寸標準制定、廢鋼加入方式研究）以及加廢鋼冶煉期間加強設(shè)備維護管理工作力度，設(shè)置專人對槽下稱量上料設(shè)備、上料主皮帶、爐頂布料設(shè)備跟蹤巡邏檢查，未發(fā)生設(shè)備磨損加劇、卡料、劃皮帶等現(xiàn)象，設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，下料穩(wěn)定，高爐穩(wěn)定順行。

3.3  對經(jīng)濟技術(shù)指標的影響

3.3.1  對產(chǎn)量的影響

加廢鋼冶煉期間，高爐吃礦量降低43.49 t/d，理論產(chǎn)量減少25.65 t/d，實際產(chǎn)量增加212.551 t/d，加廢鋼帶來增產(chǎn)238.201 t/d，吃廢鋼量216.417 t/d，按鐵水含鐵94.50 %，廢鋼含鐵98 %計，加廢鋼金屬收得率為101.40 %，加1 t廢鋼帶來鐵水增產(chǎn)1.10 t，增產(chǎn)率10 %。廢鋼比與產(chǎn)量的增加具有相當強的相關(guān)性，回歸方程y=5 089.80x+5 293.80，相關(guān)系數(shù)R2=0.9108。

3.3.2  對燃料消耗的影響

廢鋼加入高爐內(nèi)無需大量還原耗熱，僅需熔化與滲碳消耗焦炭，理論計算消耗焦炭在124 kg/t左右，隨廢鋼比的增加產(chǎn)量提升，焦比下降，在單位時間內(nèi)噴煤量相同條件下，噴煤比下降，總的燃料消耗下降。廢鋼比與焦比、煤比、燃料比下降具有相當強的相關(guān)性，與焦比回歸方程y=-239.62x+377.53，相關(guān)系數(shù)R2=0.6339；與煤比回歸方程y=-216.72x+149.59，相關(guān)系數(shù)R2=0.9854；與燃料比回歸方程y=-456.34x+527.12，相關(guān)系數(shù)R2=0.8746。

3.3.3 對礦石消耗的影響

廢鋼加入高爐冶煉無需消耗鐵礦石，僅需加熱熔化滲碳轉(zhuǎn)化為鐵水，礦石消耗下降，廢鋼比與礦石消耗具有相當強的相關(guān)性，回歸方程y=-1 725.2x+1 693.9相關(guān)系數(shù)R2=0.8776。

4   結(jié)論

（1）在昆鋼2 000 m3高爐原燃料條件下，理論計算加1 t廢鋼熔化耗熱與滲碳耗碳需干焦炭124.43 kg/t，冶煉按130 kg/t進行焦炭調(diào)整，可滿足高爐熱制度需求。

（2）隨廢鋼比增加，爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能最大壓差、總特征值下降，有利于改善高爐透氣性，但當廢鋼比超過9 %后，軟化、滴落期間陡升，軟化帶、滴落帶拉寬對冶煉會造成一定影響，高爐加廢鋼比例不應(yīng)超過9 %。

（3）廢鋼尺寸控制，加入方式合理，對稱量、上料、布料設(shè)備無影響；高爐冶煉操作參數(shù)透氣性改善，理論燃燒溫度與煤氣利用率提高，爐頂溫度下降，其它參數(shù)變化不明顯。高爐加廢鋼工藝可行，操作參數(shù)改善，爐況穩(wěn)定順行。

（4）隨廢鋼比的增加，焦比、煤比、燃料比下降，礦石消耗下降，產(chǎn)量增加，加1 t廢鋼增產(chǎn)率為10 %。此外，高爐加廢鋼冶煉有助于提升鐵水金屬收得率，冶煉期間廢鋼金屬收得率綜合達到101.40 %。