刘 林，张德荣，任 涛，胡正祥，周 伟，陈洪民

（日照钢铁控股集团有限公司，山东 日照 276800）

据相关研究报告分析，随着国家开展一系列环保工作，限制烧结和铁水产能，通过提高入炉废钢比的转炉炼钢工艺成为降本、提产的有利方向。马春武等[1]计算，当铁水与废钢价格相差300元/t左右及以上时，转炉增大入炉废钢比具有显著的经济效益。因炼铁和炼钢产能不匹配，需要炼钢提高废钢比，从而增加炼钢产能。为有效提高入炉废钢比，以达到节铁增钢、降本增效的目的。根据理论分析和现场经验，需要攻克以下技术难点：日钢铁水成分、温度波动较大，铁水罐中加废钢，铁水温度、碳、硅均低；且由于炼铁到混铁炉的铁水罐为小罐铁水，需要折入大罐中，折铁过程中造成铁水温降大，为转炉废钢比的提高增加难度；基于日钢生产实践，通过加入发热废钢的手段达到提高废钢比的目的。发热废钢加入后，转炉过程升温发生变化，在吹炼中后期发热废钢熔化，带入大量Si、Mn、P元素，导致中后期返干，不利于P元素的去除。

为了提高入炉废钢比，达到节铁增钢、P成分受控，以日钢转炉为跟踪对象，对下述内容进行跟踪和分析：发热废钢加入后对转炉操作带来的变化，后期返干，钢水回磷严重；不同铁水条件，发热废钢加入量对操作的影响，优化转炉吹炼枪位及加料时机。

1 日钢生产现状

为缓解炼铁产能不足，铁水罐中加入50 kg/t废钢，导致铁水温度、碳、硅降低，铁水温度、化学成分见表1。由表1可知，当前，日钢生产实践主要有如下特点：铁水成分波动大，铁水碳低、硅低、磷高；受铁水倒运影响，入炉铁水温度低。该铁水热量对转炉完成废钢250 kg/t单耗，热量极不富裕，转炉过氧化严重。

表1 铁水温度、化学成分

转炉冶炼低温、低硅铁水已成常态，然而低温、低硅铁水致使转炉热平衡较差，不仅完不成废钢单耗250 kg/t指标，且易造成炉衬侵蚀。若提高入炉废钢比，势必增大转炉负荷，影响转炉经济技术指标。因此研究低温、低硅铁水加入发热废钢，提高转炉废钢比，对于满足250 kg/t废钢单耗指标，改善转炉经济技术指标尤为重要。

2 发热废钢对转炉吹炼的影响

2.1 发热废钢对吹炼过程化学反应的影响

转炉使用发热废钢主要为机械生铁，发热废钢中C、Si、Mn元素含量高。表2为机械生铁成分。在吹炼过程中，发热废钢熔化后，C、Si、Mn元素发生氧化反应释放热量。

表2 机械生铁成分 %

转炉吹炼一炉钢的时间通常为14～18 min，冶炼周期为35 min左右。下页图1为吹炼过程中金属成分和炉渣成分的变化情况[2]。

如下页图2所示，机械生铁块度不均匀，大部分属重废范畴，在吹炼前期不能快速熔化，机械生铁在吹炼中期熔化[3]，随着熔池温度逐渐升高，机械生铁快速熔化，会释放大量的C、Si、Mn，此时钢水中突然增加Si、Mn元素，如图1所示，Si、Mn在此时会快速氧化，与渣中的FeO反应，导致渣中FeO消耗过快，出现返干现象。

图1 吹炼过程中化学成分和炉渣成分的变化

图2 机械生铁

2.2 发热废钢对热平衡的影响

日钢使用发热废钢主要是回收铸铁件（公司命名为“机械生铁”），与废钢相比铸铁件的冷却效应为0.6，提高机械生铁的加入量，有利于提高废钢比。各种常用废钢冷却效应值见表3。

表3 常用废钢冷却效应值换算

3 机械生铁替代废钢提高废钢比研究

3.1 机械生铁配比

如表4所示通过废钢斗配加机械生铁替代普通废钢，调整废钢配比，机械生铁加入量达到20%。

表4 废钢料型配比

3.2 发热废钢温降效果对比

通过理论计算和生产实践，发热废钢加入后，转炉热量明显好转。机械生铁加入前后入炉废钢比数据对比见表5，由表5可知，机械生铁的温降为3.7℃/t，较正常废钢降低1.3℃/t，废钢单耗增加7 kg/t，终点氧质量分数降低68×10-6。

表5 机械生铁加入前后数据对比

4 转炉操作优化

4.1 发热废钢加入后转炉吹炼枪位调整

控制冶炼过程适宜枪位，通过控制过程升温、渣料加入及化渣情况，可有效解决机械生铁熔化后导致的返干回磷。机械生铁的加入后，针对不同的铁水条件，采用不同的操作模式。

4.1.1 铁水热量富裕操作优化

冶炼过程采用“高-低-高-低”的枪位模式，具体如图3所示。开吹成功点火后，将枪位控制在2.3 m左右，缓慢压枪至1.8 m，强搅熔池。头批料加入后将枪位控制在2 m，保持较长时间的高枪位化渣，头批料化开后，小批量多批次加入二批料，吹炼至中后期将枪位控制2 m，积攒足够的FeO等待机械生铁熔化时消耗，避免中后期返干，导致钢水回磷。

图3 铁水热量富裕吹炼枪位可控制示意图

4.1.2 铁水热量不富裕操作优化

冶炼过程采用“高-低-高-低”的枪位模式，具体如图4所示。开吹成功点火后，将枪位控制在2.3 m左右，快速压枪至1.8 m，前期熔池温度低，铁水流动性差，需要强搅拌和低枪位升温，通过长时间强搅熔池给废钢熔化及熔池混匀提供动力学条件。头批料加入后将枪位控制在2 m，保持较长时间的高枪位化渣，头批料化开后，小批量多批次加入二批料，吹炼至中后期将枪位控制2 m，积攒足够的FeO等待机械生铁熔化时消耗，避免中后期返干，导致钢水回磷。

图4 铁水热量不富裕吹炼枪位可控制示意图

4.2 机械生铁配比优化

当铁水热量富裕时，加入过多的机械生铁，会导致冶炼过程中熔池温度高，加快碳氧反应，加剧炉渣返干，应根据铁水热量调整机械生铁加入量，平衡炉内热量。

1）机械生铁减量，使用破碎料和工业压块替代，优先减机械生铁；

2）加自循环，降低吹炼前期和过程的温度。

5 优化效果

通过枪位优化、加料时机优化、机械生铁配比优化等工艺优化，有效解决机械生铁加入后，中后期返干，终点磷高等难题，优化前后终点磷变化见表6。通过加入机械生铁，能够完成废钢单耗提高7 kg/t，完成公司废钢单耗250 kg/t的目标，终点氧质量分数降低68×10-6。

表6 操作优化后终点磷变化

6 结论

1）在现有的铁水条件下，通过加入发热废钢，成功开发了低热量铁水条件下转炉热补偿工艺。在不影响产品质量的前提下，解决铁水热量低、终点钢水过氧化导致的系列问题。

2）通过发热废钢的加入，提高废钢加入量7 kg/t，有效解决铁水热量低、废钢单耗低、炼钢产量低、经济技术指标差的难点；

3）通过枪位优化，控制发热废钢加入量、控制过程温度、渣料加入，可有效解决发热废钢加入后返干磷高的问题，保证产品质量。