蔡 境，马春辉

在黑色冶金中，含铁材料主要的来源有两种：第一是矿石，第二是废钢。前者的材料是资源，后者所得材料是可收回的再生资源。在冶金生产过程中，尽量少用铁水，多用废钢资源，这不仅可以确保资源得到保护，从而减少环境污染，可将资源进行可持续发展。冶金过程中，转炉工艺主要的钢厂要求转炉中的废品率得到提高，这也是可以降低铁矿石使用率的最有效途径。钢铁冶金工业发展中，含铁的原材料主要来源于废钢材料与含铁矿石。矿石是自然资源，而废钢是再生资源。对于生产同样钢种来说，废钢优先用于转炉是科学合理的。炼钢厂要多用废钢，少用铁水，有利于节能减排、保护环境、减少污染，实现资源的可持续利用。所以，炼钢厂如果使用转炉炼钢法，为了进一步减少铁矿石的消耗量，亟须提高炉料中的废钢比。随着当代冶金工业的不断发展，废钢材料累计会逐渐增加，这样会导致废钢价格不断下降，在未来的3 年～5 年中，我国开启了废钢材料使用量的增长期。我国预计在2023 年，钢铁的储存量可达到约为100 亿吨，废金属年产量将超过22 亿吨。在2025 年，我国的钢铁储备量可达到120 亿吨，废钢的年产量则会超过22 亿吨7 亿吨～3 亿吨，到2030 年我国钢铁储量达到132 亿吨，废金属年产量将超过32亿吨。2 亿吨～350 万吨。随着我国钢铁材料以及废钢材料存储量的不断增加。在未来的20 年期间，我国废金属总量充足，可以提高废旧钢材的回收率，降低转炉的生产成本，从而增加冶金的生产的经济效益，这也使钢铁行业的发展越来越普遍。废钢是一种可以回收利用的铁资源，提高废钢的比重可以大大减少环境污染和累计能耗，可以提高转炉生产效率，增加公司的经济效益，是长期的对公司的看法及发展战略。

1 转炉炼钢和提高转炉废钢比的重要性

转炉炼钢主要目的是消除铁水中多余的硅、锰、磷、硫等元素。为了保护炉衬，有效脱除硫、磷等有害杂质元素，还需要添加渣料造渣。在渣料成渣的过程中，炉渣、铁水、废钢加热过程中，产生炉气的过程中，都要带走热量。实际生产中，铁水入炉温度一般介于1300℃～1400℃间，而出炉温度一般介于1340℃～1450℃间，但一些炼钢厂温度低于1300℃，且出炉温度通常为1640℃～1700℃。通常来说，转炉废钢用量比例大约是25%，但实际生产过程中，会因为操作水平、原材料等方面因素的约束，实际的废钢比一般会低于这个水平。如果入炉温度较低，出钢温度较高，会使得转炉废钢变得比较低。我国许多炼钢厂已经探究和使用多种工艺，在使用加燃料等措施后，转炉废钢比可提高到大于40%。为了提高转炉废钢比，无论是增加转炉的热源，还是降低热量的消耗程度，亦或是废钢加热，在提高入炉铁水温度、降低出钢温度等方面，都是较为有效的方法。

2 影响转炉废钢比的原因

2.1 铁水成分和温度问题

铁水中的硅含量与转炉废钢比密切相关，其硅含量多少，与受分配铁水的高炉情况相挂钩。如果铁水的高炉设置的是大高炉，则铁水中硅的含量会低于小高炉中的铁水。而铁水温度低，同样会降低废钢比，通常与运输时间、兑铁、脱硫扒渣等因素有关。运输时间方面，按照运输过程中温降为每分钟1℃计算，其时间用的越久，温度降低量会越多，运输后的铁水温度也更低。兑铁时间若是较长，也会导致铁水温降大。比如，兑一罐铁的温降会小于三罐兑铁。而对于脱硫扒渣操作来说，经实际数据研究后发现，该操作会引起一定的铁损和温损，每罐脱硫扒渣后，平均温度会至少损失20℃，对铁水温度影响较大。

2.2 炉型问题

如果炉型呈现高度较低、宽度较大的形状，会直接造成炉内喷溅物洒到炉外，并产生热量损失，与高度较高、宽度较小形状的炉型相比，其废钢比会受到一定的影响。炉型设计上只有多设计为瘦高型，才能多吃废钢。

2.3 留渣操作问题

实际上，该操作有助于保存热量，能有效降低炉内成渣过程中所消耗的热量，也使得加入废钢更加方便，有效提高废钢比。生产低碳钢时，其炉内炉渣的氧化铁含量较高，而留渣操作时火较大，不方便控制。另外，厂房的高度也有一定影响，在操作时，如果炉前吊车的主梁高度较低，炉口的火会烧坏吊车上的主减速机和卷钢绳。

2.4 冶炼工序问题

比如，兑一罐铁，废钢量加一槽，混铁前测量温度并取样，然后评估铁水的温度和硅含量，以确定添加的废金属量。与之相比，在兑完铁后，直接向其中加入废钢，然后再进行测温和取样。两套工序不同，测得的硅含量也会有所差异，便无法判断废钢加入量的合理值。

2.5 冶炼钢种问题

为了使硫、碳含量符合标准，在冶炼低硫和低碳钢种过程中，加入白灰等渣料的量，会比冶炼正常钢种时要多。而且，目前一些炼钢厂在钢种选择上，生产上述两种钢的情况比以前更多，转炉废钢加入量也会受到影响。

2.6 风机运行时间问题

一些炼钢厂为了提高除尘效果，风机调为高速运转的时间会提前一些。因为风机在高速运行时，其抽力较大，同时也会带走一些炉气的热量，同样影响了转炉废钢比。

2.7 废钢加热温度问题

实践证实，废钢最适宜的加热温度在大约800℃，如果温度大于900℃，废钢氧化速度会急剧升高，会引起金属损失和兑铁时发生强烈反应，也会加大废钢内温度差，使加热时间有所延长。由于可变因素较多，废钢加热时的效果较难确定，无法确保燃料是否能充分燃烧。一般情况下，20%～140%的轻废钢，能够使废钢快速升温，有助于吸收燃料产生的热量。

3 提高转炉废钢比的对策

3.1 宏观措施

（1）减少兑铁罐数。为了提高转炉废钢比，减少在兑铁过程中铁水散失的物理热，可以减少对铁罐数。炼钢厂如果之前兑三罐铁，可以提升兑两罐铁的比例。

（2）提高留渣操作炉次的比例。留渣操作可有效提升废钢比，炼钢厂应采取有效对策，使炉渣的物理热、成渣过程中的化学热得以充分利用。

（3）降低出钢温度。该方法是一项系统性比较强的工程，不但要严格控制生产周期，还应该科学合理地协调生产系统。在此过程中，大罐周转时间有所下降，提高了转灌出钢温度，减少了热量损失，降低切削温度。可以看出，这种方法可以减少转炉的热耗，而余热增加了废钢的加入量。降低出口温度可以减少转炉热耗，将剩余的热量来增加废钢材料的用量。降低转炉排放温度已经成为系统工程，需要整个冶金生产系统之间进行高度协调，从而来缩短生产周期。在缩短了生产周期以后，转炉中的周转时间缩短，炉内的热量损失相对减少，从而有效提高转炉内转罐的温度，减少出料时的温度损失，减少放电温度。

（4）合理利用铁水资源。在目前现有的生产条件下，炼钢厂要进一步提升铁水中硅含量预测和评估的准确性，使废钢加入量有所保障，有这样才能高效地利用铁水中所产生的化学热。

（5）减少转炉的空炉时间。转炉空炉后，以传导、对流、辐射的形式，高温炉衬会散发热量。因此，炼钢厂要提高生产节奏，以便于缩短空炉的时间。

3.2 具体措施

3.2.1 进行废钢预热

该方法设备投资较大，维护和使用费用也较高。但如果可以利用废气余热，能够切实减弱废钢冷却效果，提高废钢比。工艺流程为：铁水容器与铁混合后→加入透气性废钢→在预热站加盖保温→废钢预热至600℃～1900℃→连接铁水高炉→加盖保温钢厂→将其添加到转换器。该流程的特点是：①操作复杂；②投资很大，除了增加一定数量的设备添加废钢和一个铁水罐焙烧炉外，还需要添加1 套铁水。每辆铁水罐车的罐盖装置；③可以减少铁水槽的热量损失；④可以增加铁水罐的使用寿命，减少耐火材料的消耗；⑤废钢量废钢的加入量受铁水罐容量的限制；⑥废钢的加入量受出口温度的限制很大；⑦废钢要透气；⑧铁水在运输过程中的温降可降低20℃～30℃，转炉废钢量增加约0.3kg/℃。废钢预热以及废钢利用的各种方法：废钢作为再生资源，被国内各个钢铁公司大量收购，钢铁公司现在都在极力大量地使用废钢，目前废钢预热的方法有以下几种：①首先可以在高炉中加废钢，但是对废钢料型有限制，还有含油的废钢容易糊死布袋，所以这个办法很有局限性；②在铁水包里加废钢，但是在铁水包里加凉废钢会引起粘包和喷溅等事故，这样就应该把废钢先预热一下就可以了，也有在鱼雷罐废钢预热的，还有在混铁炉前废钢预热的；③转炉炉前加废钢预热；④高位料仓加废钢预热，高位料仓加废钢预热也是很不错的，但是对料型要求很高；⑤转炉炉后废钢预热，炉后废钢预热可以采用竖炉形式的，对料型也是有要求的；⑥精炼炉废钢预热，精炼炉废钢预热和炉后废钢预热差不多，要求也是要用精品废钢。

3.2.2 废钢槽预热装置

工艺流程：透气废钢→加入废钢槽→预热至500℃～700℃→吊车吊装→加入转炉。工艺简单，投资少，废钢用量可提高5%～6%。废钢槽预热废钢在目前钢铁冶炼中也获得了普遍应用。

3.2.3 钢包预热废钢

工艺流程为：合格的包边废料→加入钢包→预热装置至600℃～800℃→运输钢包车到出料位置→转炉出料→底吹氩搅拌→上升到钢包炉。该工艺的特点是：①废钢预热速度快；②报废必须是合格的包装报废；③必须用氩气吹扫搅拌；④加入废钢量取决于出口温度；没有LF 钢包炉等下游加热设备，不能添加废钢；⑤废钢与钢水混合后，温度应达到1540℃左右，高于钢种的液相线温度。

3.2.4 炉后设置预热废钢料仓

工艺流程为：合格废钢材料→底部开口料罐→料仓→预热至600℃～800℃→振动给料机→中间称量仓→料斗。该工艺特点：①废钢预热速度快；②废品必须是合格的废品；③用氩气吹扫和搅拌；④加入废钢量取决于出口温度；无法添加后续加热设备，例如LF；⑤废钢混入钢水的温度应高于钢水的液相线温度（约1540℃）。

3.2.5 利用高位料仓加热压铁

废钢资源逐渐减少的今天，热压铁应运而生。实际应用时，在料仓加热压铁后，可以依照铁水条件补加废钢，使铁水内在资源获得充分利用，最大量加入废钢。

3.2.6 使用提温剂

为了增加炼钢系统外部热源，使废钢加入量有所提升，可以向炉内加入一些成本较低的提温剂，通常是一些焦炭碎末、碳化硅等，还有助于抵消掉废钢产生的冷却作用。一般来说，加入提温剂会直接随同废钢一同加入，但要求较高，计算错误会导致铸铁资源的过度使用或过度氧化。也可添加至高位料仓，可根据铁水情况随机添加，充分利用铁水资源。由于废钢库存下降，热压铁将成为废钢的有效替代品。鞍钢也采用热压铁代替废金属，但随废钢罐中的废钢同时加入炉内，不存在二次调整的可能。铁水经料斗加热加压后，可根据铁水情况随时添加废钢，充分利用铁水内部资源，最大限度地添加废钢。

4 高废钢比的效益

在转炉烟气处理上有三种方法：①全燃烧法：此法不回收煤气，不利用余热。在炉气从炉口进入烟罩过程中，吸入大量空气，使烟气中CO 完全燃烧，利用大量的过剩空气和水冷烟道冷却燃烧后的烟气，在烟道出口处烟气温度降低到800℃～1000℃，然后再向烟气喷水，进一步降温到200℃以下，最后用静电除尘器或文氏管除尘器除去烟气中的烟尘，然后放散。②半燃烧法：此法不回收煤气，利用余热。控制从炉口与烟罩间缝隙吸入的空气量，一方面使烟气中CO 完全燃烧，另一方面又要防止空气量过多对烟气的冷却作用。高温烟气从烟罩进入余热锅炉，利用余热生产蒸汽，冷却后的烟气一般用湿法除尘净化。③未燃法：此法回收煤气，利用余热。未燃法在炉气离开炉口后，利用一个活动烟罩将炉口和烟罩之间的缝隙缩小并采取控制炉口压力或用氮气密封的方法控制空气进入炉气，使炉气中少量的CO 燃烧（一般8%～10%），而大部分不燃烧，经过冷却净化后即为转炉煤气，可以回收作为燃料或化工原料，每吨钢可以回收煤气60Nm3～70Nm3，也可点火放散。

2021 年各月NOx 和SO2的排放情况。NOx 排放量随着废钢比的增加明显减少，由年初的0.82kg/t 减少到年底的0.36kg/t，下降了0.46kg/t，平均降低56.1%；每提高1%废钢比，每吨钢降低NOx 排放0.0199kg/t。SO2排放量随着废钢比的增加略有降低，由年初的0.402kg/t 减少到年底的0.302kg/t，下降了0.1kg/t，平均降低24.8%；每提高1%废钢比，每吨钢降低SO2排放0.0043kg。

2021 年各月吨钢CO2的排放情况。随着废品率的提高，CO2排放量从年初的1，803kg/t 显着下降到年末的1，287kg/t，减少了516kg/t，CO2排放量减少每吨钢28.6%；废品率每增加1%，每吨钢的二氧化碳排放量减少22.357 公斤。

5 结语

综上所述，无论是铁水、钢种，还是生产、冶炼的操作，都会影响到转炉废钢比。在钢铁冶炼过程中，一定要控制好温度、技术、能耗等因素。另外，只要转炉有能力吃废钢，实际上使用开辟转炉——近型连筑、电炉——轧钢两种短工艺流程，在经济上也都较为划算。通过提高废品率，不仅提高了钢铁产量，给企业带来了显着的经济效益，而且降低了吨钢能耗，减少了环境污染。显着降低铁水消耗：废品率从3.7%提高到32.5%，铁水消耗从1049 公斤/吨降低到734 公斤/吨，吨钢成本降低。钢材产量大幅增加，全年钢材产量45095 万吨，新增钢材13572 万吨。降低吨钢总能耗9.9 公斤标准煤/吨。显着减少环境污染：与2016年相比，现代的转炉内钢材料数量为吨钢CO2排放量减少了516公斤，平均情况下减少了28.6%。吨钢SO2排放量减少0.1 公斤，平均损失24.8%，吨钢氮氧化物排放量减少0.46 公斤，平均损失56.1%。

这些影响转炉内材料的次品率的主要因素为炼铁条件、钢材材料、金属材料的生产组织的紧密程度，熔炼水平。对于一些钢种材料，转炉的废品率主要表现在两个方面：第一，为外部提供热源，这是为了为增加加热器或者是预热废钢的一种技术措施；第二，提高冶金企业的运营水平，从而可以提高转炉生产效率。紧凑组织，提高留渣率，合理利用现有资源。废钢是一种可回收资源，在冶金过程中，转炉中使用废钢作为材料，可以大大减少环境污染轻，降低其他不可再生资源的消耗，增加冶金企业经济生产，提高转炉钢材的生产量，从而增加了冶金企业的长期发展观点及发展战略。炼钢厂要使用科学合理的手段进行转炉废钢比的控制，提升生产质量和效率，进而使我国钢铁冶炼行业又好又快发展。