降低转炉铁水单耗实践-贺劲松

【摘 要】本文通过转炉热平衡计算，指导现场科学合理的制定各项降低铁钢比的一些措施，也涉及到在降低铁钢比过程中出现的一些实际问题及解决方案。通过这些措施湘钢某厂铁水单耗从870Kg/吨降至目前的810Kg/t钢。

【关键词】铁水单耗;热平衡;废钢比

1、引言

在全国正在淘汰钢铁企业落后产能的大环境下，国内废钢资源比较充裕，提高废钢比降低铁水单耗有利于钢铁企业大幅降低综合能耗，提高废旧物资的回收利用效率，具有可观的经济、环保和社会效益。

由于公司高炉产能长期小于炼钢的产能，废钢比一直比较低，产量严重受限，处于微利状态。2018年提出铁水单耗必须降低至820Kg/t钢以内。为此从两方面开始进行攻关：一方面通过热平衡计算，制定合理的装入制度、温度制度、炉内加入发热剂等措施;另一方面通过通过改进废钢尺寸，对废钢槽进行扩容，铁水罐加入干燥的清洁废钢等方措施，使得铁水单耗从870Kg/吨降至目前的810Kg/t钢，取得了显著的经济效益和社会效益。

2、热平衡计算

2.1初始条件

为给降低铁水单耗提供理论支持，按照目前按照已有的铁水初始条件进行设定（冶炼过程不加入萤石、石灰石及矿石），选100kg铁水进行热平衡计算：

2.2热收入项

（1）铁水物理热

铁水熔点：=1536-（[C]%×100+[Si]%×8+[Mn]%×5+[P]%×30+[S]%×25）-7

式中100、8、5、30、25分别为C、Si、Mn、P、S元素增加1%含量降低铁水熔点值;7为气体O2、H2、N2共降低铁水熔点值;1536℃为纯铁熔点.

铁水熔点=1536-（5×100+0.6×8+0.35×5+0.12×30+0.06×25）-7=1017.0℃

铁水物理热=100×[0.178×（1017-30）+52+0.20×1330-1017]=27360千卡

（2）铁水中各元素氧化放热及成渣热

C→CO 4.428×2616.9=11587.63千卡

C→CO2 0.492×8250.7=4059.34千卡

Si→SiO2 0.6×6767.2=4060.32千卡

Mn→MnO 0.23×1677.9=385.92千卡

FE→FeO 0.576×1150.5=662.58千卡

FE→Fe2O3 0.207×1758.1=364.50千卡

P→P2O5 0.105×4522.6=474.87千卡

P2O5→4CaO·P2O5 0.240×1162.1=279.47千卡

SiO2→2CaO·SiO2 1.299×495=643.13千卡

共计：=22517.76106千卡

（3）烟尘氧化放热

=1.6×（0.77×56/72×1150.5+0.2×112/160×1758.1）=1496.249067千卡

则热收入总量为：27360+22517.7611+1496.2491=51374.01013千卡

注：对于炉衬中的C、原料中的P，其氧化放热甚少，故忽略之。

2.3热支出项

（1）钢水物理热

钢水水熔点：=1536-（[C]%×65+[Mn]%×5+[P]%×30+[S]%×25）-7

=1536-（0.08×65+0.12×5+0.015×30+0.038×25）-7=1522.0℃

式中65、5、30、25分别为钢中元素C、Mn、P、S增加1%时钢水熔点的降低值。℃

出钢温度选定：由于该厂所有钢种全部经过钢包炉精炼后上台浇铸，故转炉出钢温度可以适当降低，根据实际情况，目标出钢温度按照1590℃进行设定。

则钢水物理热=91.1516×[0.167×（1522-25）+65+0.2×（1590-1522）]=29952.33152千卡

（2）炉渣物理热：

取终点炉渣温度与钢水温度相同，即1590℃

故炉渣物理热=7.4045×[0.298×（1590-25）+50]=3693.520061千卡

（3）矿石分解吸热：0千卡

（4）CaCO3分解吸热：=0千卡

（5）烟尘物理热：

1.6×[0.238×（1350-30）+50]=546.08千卡

（6）炉气物理热：

=（8.3076×0.349+1.4324）×1350=5847.881117千卡

（7）渣中铁珠物理热：

0.0059×[0.167×（1522-25）+65+0.2×（1590-1522）]=1.946492921千卡

（8）喷溅金属物理热：

1×[0.167×（1522-25）+65+0.2×（1590-1522）]=328.599千卡

（9）白云石分解吸熱：

取生白云石中的CaCO3在1183K分解，MgCO3在750K分解，经过计算，生白云石的分解吸热为1.8×340=612千卡

上述各项热支出量为：

29952.3+3693.5+0+0+546.1+5847.9+1.9+328.6+612=40982.3582千卡

（10）剩余热量：

吹炼过程转炉热辐射、对流、传导、传热以及冷却等带走的热量，与炉容量小，操作等因素有关，一般为总收入热量的3～8%，本计算取

本计算取3%，故热损失为51374×0.03=1541.220304千卡

则剩余热量为：51374-40982.4-1541.2=8850.431627千卡

（11）废钢加入量：

1公斤废钢吸收热量为：

=1×[0.167×（1522-25）+65+0.2×（1590-1522）]=328.599千卡

则可加入的废钢量为：8850.4/328.6=26.934公斤，即废钢比为：26.934/（100+26.934）×100%=26.93%

按照我厂转炉金属收得率0.93，废钢比26.93%进行估算，

铁水比约为100/（100+26.93）/0.93=847Kg/t

2.4热平衡表

热量收支平衡见下表：

热效率=（钢水物理热+废钢物理热+炉渣物理热）/热收入总量

=29952.3315245324+3693.52006101581+8850.43162716069）/51374.01×100%

=82.72%

要进一步降低铁耗，需要在废钢中加入生铁或炉内加入升温剂。

3、降低铁钢比的具体措施

3.1降低出钢温度

由转炉热平衡计算结果可知：钢液带走的物理热占热量总支出的70%以上，适度降低转炉终点钢水温度以节余部分热量支出。降低转炉出钢温度有利于降低钢水的氧化性、保护炉衬，有利于转炉操作，但是要采取钢水提温、控温措施以保证钢水顺利连浇。分析认为，炼钢生产工艺变化如下：考虑到LF加热能力（平均3.5℃/min）、上下工序生产节奏的控制、规模效应（产量可以摊薄设备折旧及管理费用）及加热成本（主要包括石墨电极和电能消耗），重新制定新的出钢温度制度：

在钢水过程温控方面采取措施保障生产顺行，包括限定钢包投用数量、完善钢包在线烘烤制度、中间包覆盖剂提质、砌筑高质量隔热层等。实践表明，转炉出钢温度降低10℃，可提高转炉废钢单耗12～15kg/t。

3.2炉内加入焦粉

提高废钢比后，炉内热量无法平衡，而锰、硅、钛等发热元素含量极低，造成冶废钢比很难进一步提高，因此考虑使用焦粉进行热量补偿。使用焦粉的36炉数据进行统计和分析（核算方法：非低碳钢炉次平均数据作为标准数据，利用增量模型方法核算出不加焦粉的终点预估温度，然后和加了焦粉的炉次实际终点结果比对，计算出焦粉升温结果）：

通过对以上数据进行统计分析，得出如下结果：

（1）不考虑炉次数据异常直接计算，每1000Kg焦粉升温42℃;剔除升温为负值（8炉占比22.22%）及换算为1000Kg后升温>50℃的炉次（13炉占比36%）后其余炉次每1000Kg焦粉升温32℃。

（2）按照每炉加入焦粉1000Kg，150t钢水理论将增碳：1000*80%/150000=0.53%;按理论0.01%的碳升温1℃来看，焦粉在炉内升温的效率为32/53=60%。

3.3废钢中加入生铁块

提高废钢比后，为平衡转炉炉内热量，废钢中增加生铁块加入量的措施来减缓铁水紧张的问题。生铁块平均成分如下：

随着生铁块的熔化释放出一定量的硅元素，硅是主要的发热元素之一，然而生铁块的加入使得转炉吹炼过程不易控制，造成炉口溢渣，喷溅严重，终点命中率低等问题。在一定程度上弥补了一些温度的损失。

3.3.1 對吹炼过程的影响

随着废钢和生铁块的增加，一方面使前期降低了废钢及石灰的熔化速度变慢，熔池长时间处于低温状态，生铁块易堆积，熔池搅拌强度低，降低了废钢的热传导能力，从而减缓了废钢的熔化速度。另一方面，加入生铁块后熔池一直处于低温低碱度状态，炉衬侵蚀严重，SiO2聚集较多，石灰表层的CaO很容易与SiO2反应生成高熔点的2CaO·SiO2附着在表面，阻碍石灰进一步熔化。中期开始生铁块逐渐熔化，熔池温度急剧上升，如果枪位控制不好，既容易发生返干喷溅，又容易发生泡沫喷溅，对转炉成渣过程有不利影响，影响脱磷反应。生铁块的加入使得转炉吹炼终点控制波动比较大，脱磷率低。首先，终点温度不容易控制，终点升温速度比一般升温速度低很多。此外对于要求碳含量低的钢种（管线钢等），终点碳可能会偏高，就是因为生铁块未熔化完全造成的。

3.3.2 提高生铁加入后的控制措施

针对前期温度低造成低温溢渣的情况，主要采取溅渣后或下一炉加完废钢后加入一批500～1000kg的焦粉弥冶炼补前期温度的不足;此外，可采取降低第一批渣料的加入量，且在第一批料加完后，待基本完全熔化再加入第二批渣料（比正常加入时机晚1～2分钟），避免加入过早造成炉内渣料不能及时熔化，随着低温泡沫渣溢出炉口。

针对中后期碳氧爆发性的反应造成的喷溅，主要根据前炉冶炼枪位变化及音频化渣曲线进行适当调整，采用恒压变枪位操作（根据音频曲线在出现喷溅预警前来回窜枪），保证熔池反应平稳。若炉口出现明显的喷溅迹象，则马上提枪进行倒渣操作，避免喷溅造成生产事故及环境污染。

3.4提高废钢容重

由于之前所使用的废钢已自产废钢及外购轻薄废为主，转炉入炉废钢的来源主要是外购，占比超过75%。在废钢加入时经常出现卡槽现象。废钢的外形尺寸按企业标准控制，长度不允许超过1500mm，单槽废钢重量28～35t，每炉配加1槽废钢。随着转炉废钢比的增加，单槽废钢重量不能满足生产要求，在方坯与板坯同时生产时，尝试安排配加2槽废钢，但严重影响炼钢节奏。为此，首先进行废钢料槽增容改造，将料槽长度前端及后补各增加增加1100mm，经过改造后单槽废钢重量做多可装入46t;其次是把切削屑废钢进行压块处理。装槽时尽将重废及堆密度较大的废钢置于槽底，打包压块置于槽上部有序堆放。经优化调整后，单槽废钢重量稳定在38～44t，较好地满足了提高转炉废钢比的要求。

4、结束语

通过前期大量实验及摸索后，采取了降低转炉造渣材料消耗、降低转炉出钢温度、增加焦粉作为发热剂、提高废钢槽容重等措施后，转炉废钢比提高至25%以上，铁水单耗稳定降至810Kg/t以下。

【参考文献】

（1） 吴优，于峰，程明刚.提高转炉废钢比实践[J]。鞍钢技术，2018，5（413）：52-54。

（2） 曹祎哲，武波.生铁块加入对转炉吹炼的影响分析[J].河南冶金，2018，26卷2月第一期

（3）李彦军，王瑞军，翁玉娟， 黄山，张浩宇，张东. 焦丁在半钢补热技术中的试验与应用[J].山西冶金。2018，（5）：7-10