大型转炉废钢资源利用实践与探讨

大型转炉废钢资源利用实践与探讨

魏鹏飞

山西太钢不锈钢股份有限公司 山西太原 030003

摘要：经济在快速的发展，社会在不断的进步，讨论了废钢资源利用对节能降耗的意义，分析了影响大型转炉废钢比的因素，制定了提高转炉废钢比的措施，取得了良好的效果;同时结合洁净钢生产的需要，在原有的废钢技术标准上，提出了洁净钢生产废钢的新要求。

关键词：节能降耗;废钢;废钢比

引言

随着普钢产品在全球范围内的竞争日趋激烈以及政府相关部门对钢铁行业节能环保的高度重视，提高转炉废钢比成为钢铁企业增产降耗的有效途径之一。在钢铁生产过程中，废钢作为可回收的再生资源，避免了传统长流程中烧结、焦化、高炉等高能耗高污染工序，能耗及废弃物排放指标均远优于传统长流程冶炼，其CO2排放量较长流程降低73%，粉尘排放降低90%，能耗降低59%。工信部2015年出台的《钢铁产业调整政策》提出，到2025年要把废钢应用比例提高到30%。

1提高转炉废钢比的意义

1）节能降耗中、大型钢铁企业中涵盖多个生产工序，包括烧结、焦化、炼铁及炼钢等，但主要能源消耗和污染排放还是集中在炼铁及其前工序，通常为综合能耗的60%，换句话说，用废钢直接炼钢可节约能源的60%。如果按照我国高炉平均焦比0．375、1．7t精矿粉炼成1t生铁计算，1t废钢可节约0．4t焦炭和1．7t精矿粉，相当于减少4．3t原矿和1t原煤的开采。2）提高钢、材产量以新区为例，炼铁系统设计产能650万t，炼钢产能则达到700万t，总体炼钢能力大于炼铁能力，为协调公司铁、钢平衡的需要，必须鼓励多吃废钢，降低铁钢比，以实现炼钢生产“满负荷”，以此促进节能减排。

2提高废钢比的措施

2.1添加增热剂

根据上文研究，铁水碳和硅的氧化放热可以显著提高转炉热收入。转炉冶炼初期，向熔池内添加焦炭、硅铁等增热剂，不仅可以增加元素氧化热，提高转炉废钢比，而且有利于熔池前期升温，促进炉渣熔化，提高转炉前期的脱磷率。由上文热平衡计算结果可知，铁水碳含量每增加0.1%，可多融化0.875t废钢；当铁水硅含量<0.5%时，铁水硅含量每增加0.1%，则可多融化2.34t废钢，但当铁水硅含量>0.5%时，随着铁水硅含量的增加，废钢的理论加入量增加幅度较小。此外，若以添加硅铁等原料的方式再次增加，不仅会造成硅铁的浪费，而且会增加辅料的消耗，引发溢渣甚至泡沫性喷溅。增热剂的加入方式通常有两种：一种是在转炉兑铁水之前加入，该方式不能根据转炉冶炼的实际情况灵活地调整增热剂的加入量及加入时机，不利于充分发挥增热剂的供热效果；另一种是由转炉料仓加入，该方式改善了前一种加入方式的灵活性问题，不仅能够有效利用增热剂的氧化放热，而且有利于改善转炉冶炼前期由于温度不足造成的化渣问题。但增热剂加入量不宜过大，随着增热剂加入量的提高，其热利用效率逐渐降低。研究表明，对于120t转炉，为充分发挥焦炭的氧化放热，其最大加入量应控制在1500kg/炉以下。

2.2提高二次燃烧效率实现热补偿

采用提高二次燃烧效率热补偿的思路为利用废气的显热和潜热进行预热废钢节约能源，若通过二次燃烧放热加热金属熔池则热效率较低。随着当前新型二次燃烧氧枪的发展，二次燃烧效率有了明显提高。新型二次燃烧氧枪通过对枪体及出口处新型设计，提高了喷出氧气与脱碳反应产生的CO之间的反应效率，将产生更多的二次燃烧热。研究表明二次燃烧率应以30%为上限，实践表明，二次燃烧率每增加10%，转炉废钢比可提高3.4%～4.0%。

2.3优化生产组织，减少铁水、钢水热量损失

主要是通过缩短转炉冶炼周期，减少转炉空炉等待时间;优化钢包结构、完善钢包在线烘烤制度;实现钢包全程加盖;铁水包加保温剂，加强生产组织和调度，减少钢水待浇时间。最终目的是降低转炉出钢温度，转炉内富余的温度可通过提高废钢比来消耗。

2.4减少铁水预处理温度损失

根据铁水硫的不同，优化了合金微调站直上钢种及过LF钢种的KＲ铁水预处理工艺，分别采取了浅脱硫和仅扒高炉渣工艺，通过减少脱硫剂用量，缩短搅拌处理时间，以减少铁水热损失。

2.5废钢预热技术

废钢预热是提高转炉废钢比的方法之一，笔者基于转炉的物料平衡和能量平衡计算得到：在一定的假设条件下，使用常温废钢的转炉废钢比为10.39%，如果将废钢温度预热至1000℃，废钢比可提升至18.16%，转炉大多采用炉内预热法，即将废钢加入转炉内，向炉内喷吹燃料预热废钢。从上部喷吹燃料的热效率约为50%，从下部喷吹燃料可以达到70%以上的热效率。炉内预热法的问题是预热过程占用了炼钢的时间，为了缩短预热时间，需要高的热供给速度和热效率，德国Klockner公司通过实验发现同时底吹和侧吹天然气可以减少燃料消耗和缩短冶炼时间。另一种常用的废钢预热法是利用炉气的物理热和化学热对废钢进行炉外预热，为此，国外开发了在炉子上部设置废钢预热带的方法。该方法的问题是炉气热量的利用效率，如果上部废钢的预热温度有限制，则废钢只能吸收炉气热量的一小部分；如果将预热温度提高至1000℃以上，热的利用效率提高，但是，大量固体铁会被氧化成氧化铁。

2.6适当降低转炉出钢温度

由上文热平衡计算可知，钢液带走的物理热占转炉热支出的70%左右。适当降低转炉出钢温度能够有效减少钢水及炉渣带走的物理热，从而使熔池有更多的热量用于融化废钢，提高转炉废钢比。出钢温度每降低10℃，转炉可多吃0.73t废钢。同时，适当降低转炉出钢温度，能够有效地降低冶炼终点钢液磷含量，提高转炉脱磷率，进而减少辅料的消耗，增加熔池热量。此外，低温出钢还有利于降低钢水的氧化性，减少过吹现象的发生，降低吨钢铁耗，节约生产成本。

2.7锌元素的控制

转炉炼钢的湿法除尘灰(OG泥)中的锌含量会随着废钢中镀锌钢卷比例增加而增加，而OG泥会返回用于烧结进入高炉，锌的富集会影响高炉的稳产与顺行，其主要来源于烧结矿，为控制烧结矿中的锌元素含量，主要采取以下措施:1)调节OG泥浆的流量实现对OG输入锌的控制;2)控制污染源，小批量多批次使用镀锌板废钢。通过以上措施的实施，目前转炉OG泥含锌量已由1．2%降至0．7%;烧结矿锌带入量由460g/t降至160g/t。

2.8燃料添加技术

废钢预热和二次燃烧在热供给方面皆受到制约，只能是属于增加废钢比的辅助手段。为了进一步增大废钢比，额外添加燃料是必须的，从成本上来考虑，目前大多采用煤系燃料。首先，碳材的选择对于熔碳速度十分重要，研究表明，硫是一种表面活性物质，不利于渗碳作用的进行，最简单的燃料添加方式是从顶部加入块煤或焦炭，但一般块状燃料成本较高，利用效率也不太好。笔者在电弧炉（无电冶炼）上开展了顶加块状无烟煤的实验，并将实验结果与理论计算结果进行了对比，如图11所示。顶加块状无烟煤的热量利用率随着加入量的增加而降低，当无烟煤加入量由10kg/t增加至20kg/t时，热量利用率由80.96%下降至70.44%。

结语

随着环保风暴的不断升级，环保压力的不断加大，钢铁工业作为工业化生产的重要组成部分，即使废钢的使用成本高于铁矿石成本，也必须持续推进废钢的应用，降低铁钢比;坚持节约发展、清洁发展，持之以恒地做好节能减排工作，这是钢铁企业义不容辞的社会责任。

参考文献

［1］扈云圈．废钢铁回收与利用［M］．北京:化学工业出版社，2011.

［2］安君辉，王玉生，赵广勋．提高废钢比降低转炉铁水消耗［J］．河北冶金，2009，6.

［3］刘国平，徐小伟，毛鸣．马钢300t转炉炼钢系统钢中硫的控制研究与实践［J］．钢铁，2011，9.

［4］李肇毅，宝钢高炉的锌危害及其抑制［J］．宝钢技术，2002，6.