劉林剛 楊冠龍 陳偉 楊錦文 陳達雙

（1.武昆股份制造管理部；2.武昆股份煉鋼廠）

隨著鋼鐵市場競爭的日益加劇，轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)手段也在不斷地創(chuàng)新，尤其在我國碳達峰碳中和戰(zhàn)略背景條件下，各鋼企均在努力圍繞國家戰(zhàn)略謀求企業(yè)發(fā)展生存，在不新增高爐產(chǎn)能的前提下，最大限度獲得產(chǎn)出，發(fā)揮過程極致生產(chǎn)效率。鐵鋼比作為轉(zhuǎn)爐鐵水入爐量與合格鋼坯產(chǎn)量之比，是衡量煉鋼技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及轉(zhuǎn)爐制造能力的重要參數(shù)。降低鐵鋼比可進一步提高鋼產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，不斷提高鋼鐵企業(yè)盈利能力；與此同時，降低鐵鋼比促進噸鋼綜合能耗進一步降低，有利于促進鋼鐵企業(yè)碳減排、碳中和。在目前鋼鐵企業(yè)鐵礦、煤焦等原料采購成本壓力巨大的條件下，探索低鐵鋼比的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)模式，可最大程度緩解鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)運行狀況。

本文以煉鋼轉(zhuǎn)爐冶煉熱平衡為基礎(chǔ)，貫穿煉鋼生產(chǎn)全流程熱平衡，通過改善轉(zhuǎn)爐入爐鐵水條件、優(yōu)化鐵—鋼界面高效生產(chǎn)組織模式、鐵水罐加廢鋼烘烤、優(yōu)化轉(zhuǎn)爐入爐冷料配比及結(jié)構(gòu)、加強和改進合金及鋼包烘烤、優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉加增熱劑工藝、鋼包加蓋技術(shù)、轉(zhuǎn)爐爐后加精廢鋼過LF精煉爐、連鑄低溫快注等工作，在保證產(chǎn)品質(zhì)量前提下大幅降低鐵鋼比，實現(xiàn)鋼產(chǎn)量的顯著提升和成本的進一步降低。

1 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)熱平衡分析

國內(nèi)某鋼廠配備4 座120 噸轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐爐容比為1.02 m3/t，煉鋼生產(chǎn)產(chǎn)品以HRB 系列抗震鋼筋及普碳鋼為主，煉鋼主要使用輔料有石灰、輕燒白云石、生白云石、干法除塵灰等。下表1 為轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)鐵水、廢鋼、生鐵等入爐金屬料條件及終點要求。

表1 入爐金屬料條件及終點要求（mass %）

為確定轉(zhuǎn)爐冶煉熱平衡，假設(shè)鐵水入爐鐵水溫度為1 350 ℃，冶煉鋼種為HRB400E，轉(zhuǎn)爐出鋼鋼水直上連鑄澆注，根據(jù)過程溫度損失及澆注過熱度要求，出鋼溫度要求1 645 ℃，下表2 按鐵水量105 噸測算轉(zhuǎn)爐熱平衡，如不加廢鋼，轉(zhuǎn)爐冶煉熱量富余31 052 151.8KJ。

上述表1 所述鋼水熔點為1 505 ℃，廢鋼的固態(tài)平均熱熔比為0.699 KJ·kg-1·K-1，熔化潛熱為271.96 KJ·kg-1，液（氣）態(tài)平均熱熔比為0.836 8 KJ·kg-1·K-1，則1 kg 廢鋼熔化需要的熱量為[1]：

1 kg 廢鋼熔化耗熱=1×[0.699×(1 505-25)+271.96+0.836 8×(1 645-1 505)]=1 423.632 KJ

則富余熱量可加入廢鋼量=31 052 151.8÷1 423.632÷1 000=21.81 t

考慮生產(chǎn)鋼種合金加入及連鑄過程澆注損失，合格鋼坯爐產(chǎn)量為119.60 噸，則鐵鋼比為878 kg/t 鋼。

通過上述熱平衡分析及大量生產(chǎn)實踐經(jīng)驗表明，在不考慮外部熱補償?shù)葪l件下，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)保證熱平衡的基本鐵鋼比要求為860—900 kg/t 鋼。目前國內(nèi)鋼筋生產(chǎn)企業(yè)鐵鋼比最低水平已達到了700—750 kg/t 鋼的水平。要實現(xiàn)煉鋼生產(chǎn)過程鐵鋼比的大幅降低，需要通過大量的外部條件改善及冶煉工藝技術(shù)水平的提高來實現(xiàn)。

2 轉(zhuǎn)爐低鐵鋼比生產(chǎn)工藝探索

2.1 多環(huán)節(jié)加廢鋼，提高廢鋼比

轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)所用廢鋼如果僅考慮通過廢鋼斗加入轉(zhuǎn)爐，受轉(zhuǎn)爐煉鋼廠原設(shè)計工況條件限制，不僅不能滿足大廢鋼量裝斗要求，而且也會大大影響轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)效率，目前國內(nèi)鋼企采用多環(huán)節(jié)加廢鋼，同時也考慮了廢鋼預(yù)熱，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率提高了30 %以上，比如鐵水罐加廢鋼及烘烤后，鐵鋼比可降低50—60 kg/t；轉(zhuǎn)爐中（高）位料倉加廢鋼及烘烤后，鐵鋼比可降低20—30 kg/t；轉(zhuǎn)爐爐后加廢鋼，鐵鋼比可降低30—50 kg/t，等。

2.2 提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程熱效率

2.2.1 加強鐵鋼界面管理，降低鐵水過程溫度損失

推行鐵水“一罐到底”管理，鐵水不折罐或不進混鐵爐，可減少鐵水溫度損失30 ℃以上，可降低鐵鋼比20—30 kg/t 鋼；加強鐵水過程運輸及保溫管理，降低鐵水過程溫度損失，鐵水溫度每少損失10 ℃，可降低鐵鋼比8—10 kg/t 鋼；在考慮鐵成本的條件下，鐵水Si 含量每提高0.10 %，可降低鐵鋼比10—15 kg/t 鋼。

2.2.2 煉鋼環(huán)節(jié)提高熱效率

（1）轉(zhuǎn)爐少渣冶煉。轉(zhuǎn)爐渣量的多少對溫度控制有很大的影響，在滿足脫磷及護爐的前提下，少渣操作可以提高轉(zhuǎn)爐的熱利用效率，提高廢鋼裝入量達到降低鐵鋼比的目的。

（2）推行合金烘烤。目前國內(nèi)鋼企合金烘烤主流工藝流程：合金料倉→皮帶輸送→烘烤爐→鋼包，將合金加入烘烤爐內(nèi)烘烤，保證合金加入鋼包時溫度在300—400 ℃，可降低出鋼溫度5—10 ℃，可降低鐵鋼比5—8 kg/t 鋼。

（3）加強鋼包熱周轉(zhuǎn)及鋼包加蓋。鋼包熱損失主要有兩部分，一部分為包襯和包殼之間的熱傳導(dǎo)，另一部分是鋼包口向空氣的熱輻射。因此，需要減少鋼包熱周轉(zhuǎn)個數(shù)及實現(xiàn)鋼包加蓋技術(shù)，進一步減少過程熱損失。

2.3 工藝措施保障

（1）降低鐵水脫硫比。強化鐵水條件管理，降低脫硫比例，需要脫硫時采取入LF 爐工藝，鋼水過LF 爐升溫、調(diào)整合金成分、脫硫，既可降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，又避免了脫硫降溫。

（2）提高廢鋼中生鐵的占比。在金屬冷料中，由于生鐵的碳及硅含量均遠遠高于常規(guī)廢鋼，因此在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中，加入生鐵導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐的熱量減少低于廢鋼，生產(chǎn)實踐表明，2 噸優(yōu)質(zhì)廢鋼相當(dāng)于3 噸生鐵塊對轉(zhuǎn)爐熔池溫降值，同樣條件下，加生鐵塊可提高廢鋼總量。

（3）轉(zhuǎn)爐不倒?fàn)t出鋼。轉(zhuǎn)爐冶煉模型煉鋼，發(fā)揮好副槍或投彈式副槍作用，不斷優(yōu)化操作、提高入爐鐵水廢鋼等原材料穩(wěn)定性、提高模型冶煉命中率，做到副槍測溫后不倒?fàn)t，提槍后直接出鋼，減少倒?fàn)t溫損，降低出鋼溫度。

（4）提升轉(zhuǎn)爐及鑄機生產(chǎn)效能。提高生產(chǎn)班組成員積極性，冶煉生產(chǎn)提前準(zhǔn)備好工器具，成員之間協(xié)調(diào)配合，積極互補，縮短輔助時間，同時，用好投彈式副槍或副槍，做到不倒?fàn)t出鋼，縮短冶煉周期，連鑄推行低溫快鑄，提高連鑄拉速降低澆鑄所需溫度，從而降轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，進一步提高廢鋼比。

（5）轉(zhuǎn)爐加入發(fā)熱劑。轉(zhuǎn)爐發(fā)熱劑是一種通過加入能與氧反應(yīng)放出大量化學(xué)熱的元素來達到提升煉鋼過程中的鋼水溫度的目的，即增加元素氧化反應(yīng)放熱，是解決轉(zhuǎn)爐鋼液升溫問題的一種非常有效的方法。綜合熱效應(yīng)值、升溫值、生產(chǎn)成本、工藝要求等諸多因素，市面上使用最為廣泛的是硅質(zhì)和碳質(zhì)發(fā)熱劑。通過測算，每多加1 kg/t 碳質(zhì)發(fā)熱劑降鐵鋼比約2 kg/t。

3 生產(chǎn)實踐及取得的效果

3.1 生產(chǎn)實踐

結(jié)合煉鋼廠生產(chǎn)實際，從技術(shù)措施、生產(chǎn)組織、現(xiàn)場操作等方面定措施，主要措施如下：

（1）優(yōu)化鐵鋼界面管理，減少鐵水過程溫降。對堵口準(zhǔn)點率、鐵水運輸時間、鐵水罐周轉(zhuǎn)率、鐵水溫度及成分達標(biāo)率、一罐到底比例、鐵水到站溫度等進行標(biāo)準(zhǔn)化管控。2023 年1—6 月，鐵罐周轉(zhuǎn)率平均達6.3 次/（天·罐），達到了業(yè)內(nèi)先進水平，較2022 年提高0.67 次/（天·罐），鐵水過程溫降在100 ℃，較2022 年減少13 ℃，有效支撐了轉(zhuǎn)爐低鐵鋼比生產(chǎn)。

（2）推進多環(huán)節(jié)加廢鋼。在煉鋼廠鐵水預(yù)處理區(qū)域新增鐵水罐加廢鋼裝置，在轉(zhuǎn)爐吹氬平臺安裝廢鋼漏斗，合理使用了鐵水物理熱和轉(zhuǎn)爐冶煉過程的化學(xué)熱。在鐵包內(nèi)加入鋼筋壓塊、破碎料等易于熔化的物料，轉(zhuǎn)爐提高廢鋼裝入量，冶煉中通過高位加入磁選鋼粒調(diào)節(jié)溫度，氬站采用優(yōu)質(zhì)鋼筋切粒進行調(diào)溫，提高了溫度利用和廢鋼裝入量，為降低鐵鋼比奠定基礎(chǔ)。目前1#及2#轉(zhuǎn)爐區(qū)域鐵水罐加廢鋼平均6.44 t/罐，加罐率70 %，3#及4#轉(zhuǎn)爐區(qū)域鐵水罐加廢鋼裝置在推進中；1#及2#轉(zhuǎn)爐區(qū)域爐后加優(yōu)質(zhì)調(diào)溫鋼筋切粒平均3 噸/爐，加入比率35 %左右，3#及4#轉(zhuǎn)爐區(qū)域平均4 噸/爐，加入比率42 %，兩個作業(yè)點加入比例仍還有一定提升空間。

（3）保障轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)區(qū)域熱效率。轉(zhuǎn)爐采用留渣少渣操作，轉(zhuǎn)爐總渣量減少了5—10 kg/t 鋼；充分利用好在線合金烘烤裝置，合金烘烤溫度保證在300 ℃；根據(jù)生產(chǎn)組織情況，嚴(yán)控在線紅熱鋼包周轉(zhuǎn)個數(shù)，鋼包周轉(zhuǎn)率按11 次/（天·罐）組織，3#及4#轉(zhuǎn)爐區(qū)域鋼包加蓋率達到98 %以上。有效提高了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)區(qū)域的熱效率，為轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)創(chuàng)造10—20 ℃的溫度效益。

（4）提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程工藝控制水平。針對人爐冷料增多，前期溫度低化渣難，易低溫噴濺，中后期容易返干等現(xiàn)象，在操作上要求前期高氧壓低槍位吹煉，以便快速升溫[2]；同時，利用好副槍及投彈式副槍作用，推行模型煉鋼，不斷優(yōu)化操作、提高入爐鐵水廢鋼等原材料穩(wěn)定性、提高模型冶煉命中率；為進一步保證轉(zhuǎn)爐熱量，根據(jù)鐵鋼比目標(biāo)按噸鋼80—90 kg 組織生鐵入爐，下表3 為煉鋼廠不同鐵鋼比條件下的生鐵需求量；優(yōu)化氧槍噴頭參數(shù)，適度提高供氧制度，提高轉(zhuǎn)爐冶煉效率，轉(zhuǎn)爐冶煉做到“三不等”，即“不等廢鋼、不等鐵水、不等鋼包”，減少輔助時間縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期，4 座轉(zhuǎn)爐冶煉周期均實現(xiàn)了≤30 分鐘的目標(biāo)。

表3 生鐵需求量

3.2 取得的效果

通過上述措施的推進，根據(jù)鐵水溫度、化學(xué)成分及實際倒?fàn)t出鋼溫度（按過LF 考慮），制定裝入制度，以保證熱量平衡，測算了不同鐵鋼比條件下轉(zhuǎn)爐裝入制度及多點廢鋼加入量，如下表4所示。

表4 裝入制度及多點廢鋼加入量測算表

2023 年1—6 月，煉鋼廠鐵鋼比完成823 kg/t 鋼，同比2022 年降低81 kg/t 鋼，隨著降低鐵鋼比各項措施的有序推進，今年以來煉鋼廠鐵鋼比逐月降低，如下圖1 所示，6 月份達到了797 kg/t 鋼，實現(xiàn)了800 kg/t 鋼以下的目標(biāo)。

圖1 煉鋼廠2023 年鐵鋼比趨勢

4 需要進一步思考的問題

（1）轉(zhuǎn)爐低鐵鋼比生產(chǎn)，雖然采取措施轉(zhuǎn)爐熱平衡得到基本保障，但轉(zhuǎn)爐冶煉終點終渣氧化性高，濺渣護爐效果得不到有效保障，如何保證轉(zhuǎn)爐爐襯爐況可控，需要進一步提出可操作性的改善措施。

（2）受云南省市場廢鋼資源及質(zhì)量狀況的影響，轉(zhuǎn)爐吹損控制不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)鋼鐵料消耗會升高。

（3）為進一步降低鐵鋼比，煉鋼廠推進“低溫快注”，受1#及2#轉(zhuǎn)爐區(qū)域整體連鑄裝備較老，連鑄設(shè)備功能精度難于保證，鑄機高拉速時，連鑄坯時有脫方、鼓肚等外形質(zhì)量缺陷風(fēng)險，對軋鋼工序生產(chǎn)造成一定的影響。

（4）轉(zhuǎn)爐低鐵鋼比生產(chǎn)，對于鐵水緊缺的企業(yè)生產(chǎn)運行狀況可予以最大程度緩解，但鐵鋼比對鋼鐵企業(yè)噸鋼生產(chǎn)成本的影響需結(jié)合市場廢鋼價格、鐵水成本情況進行全流程考慮，建立廢鋼經(jīng)濟性動態(tài)模型。國內(nèi)某鋼企模型提出了廢鋼臨界價格的概念，市場廢鋼價格高于廢鋼臨界價格時，鐵鋼比升高，噸鋼生產(chǎn)成本降低，否則相反[3]。

5 結(jié)論

（1）針對煉鋼廠的鐵水條件，在不考慮外部熱補償?shù)葪l件下，煉鋼廠120 噸轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)保證熱平衡的基本鐵鋼比要求為860—900 kg/t 鋼；

（2）采取多環(huán)節(jié)加廢鋼及鋼水過LF 精煉爐等降低鐵鋼比的措施，降低鐵鋼比的效果比較明顯，2023 年1—6 月，煉鋼廠鐵鋼比823 kg/t 鋼，同比2022 年降低81 kg/t 鋼，最低月份達到了797 kg/t 鋼；

（3）轉(zhuǎn)爐低鐵鋼比生產(chǎn)是一項系統(tǒng)性綜合工作，在轉(zhuǎn)爐降低鐵鋼比生產(chǎn)過程中，還需要考慮轉(zhuǎn)爐爐況受控、鋼鐵料消耗變化可控、鑄坯質(zhì)量可控、廢鋼經(jīng)濟性可控等因素。