特殊钢
SPECIAL STEEL
第40卷第3期2019年6月
Vol. 40. No. 3
June 2019 - 19 -
管挺'王耀I 刘飞'邹长东I 王建华2
（1.江苏省（沙钢）钢铁研究院，张家港215625； 2.江苏沙钢集团有限公司转炉炼钢厂，张家港215625）
摘要通过对转炉炼钢过程的平衡计算结果进行分析，得出了提高废钢比的措施：减少渣量，减少冷却剂用 量和添加升温材料等。结合理论计算和生产实践，减少1 kg/t 炉渣可提高废钢比0. 10%，减少1 kg/t 冷却 剂可提 高废钢比0. 19%，增加1 kg/t 无烟煤可提髙废钢比0.27%，增加1 kg/t 清洁升温剂可提高废钢比0.41%，工艺优化 后转炉废钢比可由17.0%提高到23. 1%以上
关键词180 t 转炉废钢比无烟煤升温剂
Development of High Scrap Ratio in Steelmaking
Process of 180 t Converter
(；uan Ting 1 , Wang Yao' , Liu Fei 1 , Zou Changdong 1 , Wang Jianhua 2
(1 Institute of Research of Iron and Steel , Jiangsu Pro\inee/Shasteel (IRIS) ,Zhang Jiagang 215625 ；
2 Converter Steelmaking Plant Jiangsu Shasteel Group Co. Ltd ,Zhang Jiagang 215625 )
Abstract Based on the analysis of the equilibrium calculation results of the converter steelmaking process , the meas ures to increase the scrap ratio are obtained that are reducing slag , reducing the amount of coolant and adding heating agent. The results show that ,the scrap ratio can be increased by 0. 10% by reduce 1 kg/t slag,0. 19% by reduced 1 k
g/t coolant , 0. 27% by adding 1 kg/t anthracite , and 0. 41 % by adding 1 kg/t clean heat agent , and the scrap ratio can be increased from 17. 0% to 23. 1 % by optimized the process.
Material Index 180 t Converter , Scrap F{atio , Anthracite , Heating Agent
废钢作为钢铁工业的绿资源，具有较高的节
能环保价值。在铁水量相对固定的情况下，提高转 炉冶炼废钢比，可降低坏境污染，提高炼钢产量。江 苏沙钢集团有限公司转炉某炼钢车间2017年第一 季度平均废钢比为17.0%。
转炉提高废钢比冶炼面临的主要问题为炉内热 源不足，针对此种情况，国内外常用的技术有以下4
种‘句。（1）转炉内废钢预热，通过喷吹煤粉、氧气、
天然气或重油来预热废钢，之后加入铁水进行冶炼;
比利时西德玛尔厂在一座200 t 转炉上，每吨钢水喷 入9.5 m ，天然气与10 m 3氧气，每吨钢水可多兑入
80 kg 废钢，一般预热时间为9~15 min，延长操作时 间7 ~19 min，预热后提高废钢比5% ~9%。（2）冶
炼过程添加发热剂，将一定粒度的煤块或者焦粉从 炉口通过加料料斗直接加入，增加炉内热源。前苏 联顿涅兹黑冶金科学研究所在160 t 转炉中将装
料量0.6% -0.7%的无烟煤和一定量的石灰一起
加在炉底，可少用铁水30 -35 kg/t，相当于千克无 烟煤可熔化5 kg 废钢。（3）喷吹煤粉，主要有炉顶 喷煤粉和炉底喷煤粉两种，新日铁君津厂的240 t 转
炉在开吹lmin 后将煤粉高速喷入熔池内，煤被喷吹
到熔池深部，可立即溶解，煤的收得率几乎可达
100%。该厂实践证明，每喷吹1 kg 煤，可增加废钢
6. 1 kg，吨钢喷煤量达25 kg 。（4）C0二次燃烧技 术，借助于特定的供氧装置一二次燃烧氧，将吹炼 时炉内产生的CO 燃烧成C0?，以提高钢水温度的
热补偿技术。日本新日铁君津厂、住友和歌山厂，国 内的鞍钢三炼厂、首钢一炼厂采用此技术进行冶炼,
废钢比可提高1.5% ~3.5%。
根据沙钢自身的实际情况，转炉冶炼过程添加 发热剂相对较为可行，经过一年的生产实践，转炉炼
钢废钢比可达23. 1%以上。
1现状分析
收集2017年1 ~3月沙钢转炉炼钢某车间转炉 冶炼的数据。金属料消耗情况以及铁水信息如表1 所示，冶炼过程辅料消耗情况及转炉终点信息如表
2所示。由表1和表2可知，2017年1 ~3月，现有
铁水条件下冶炼，转炉废钢比约为17.0%，对应的
转炉终点出钢温度为1 619七，出钢碳含量为
0.058%。根据表1和表2的数据，建立物料平衡模
・20・特殊钢
第40卷
型和热平衡模型，如表3和表4所示。由表4可知， 现有冶炼条件下热量的来源主要有铁水物理热、元
素反应热、炉渣的成渣热、初始渣热量以及铁氧化所 产生的热量。体系热支出主要用于钢水的升温，钢
水物理热占比为68. 2% ；除了不可控的热损失外, 通过减少渣量和减少冷却剂消耗可减少热损失。由
此分析可知，为增加转炉冶炼废钢比，可采用增加转
炉热源、减少转炉渣量、减少冷却剂用量等措施。
2工艺优化措施及应用效果分析
采用表4的热平衡模型计算了转炉废钢比增加
1 %所需热量为2
2 344. 5 kj/t 。通过减少转炉炉渣、
降低冷却剂用量、添加增热材料并采用一些辅助措 施可提高转炉废钢比，以下对此进行详细分析。
2. I 减少转炉渣量
表1
2017年1 ~3月转炉炼钢吨钢原料消耗情况
Table 1 Metal materials consumption of converter steel-making in Mar. 2017
铁水量/(kg • t-')废钢量/(kg • t -'）铁水硅/%
铁水温度/%
899.2184.20.331 381
表2 2017年1 ~3月转炉冶炼过程吨钢辅料消耗及终点信
息情况
Table 2 Auxiliary materials consumption and tapping in formation of converter steelmaking in Jan. to Mar. 2017
冷却剂/~~［㈡応。［Ph 。出钢温 终渣全
(kg • L ) (kg • L ) (kg • t" ) /% /% 度/弋 铁/% ~'13?8 293 13?8 0.058 0.0128 1 61918.0
表3物料平衡模型计算结果
Table 3 Result of mass balance calculations
输入量/（唸• t
m
输出量/（烛・L ）
牖勰.K
899.2184.21 000112.3g
;|(\ F
量
M 渣废烟 总13.846.427.665.81 237.0
99.6 27.2
1 239. 1
表4热平衡模型计算结果
Table 4 Result of heat balance calculations
物料输入
项目
物料输出
热量 百分 （kJ - f 1）比/%
1404439.6 68.2261086.9 12.746085.9 2.543954.2 1.846277.3 2.2166091.6 8. 192760. 1 4.52060695.5 100.0
项目
热量 百分 （kJ • f 1）比/%
总量 2059998.9 100.0
铁水物理热1148682.255.8
元素反应热659269.132.0成渣热25897.0 1.3铁的氧化172976.98.4初始渣53173.7 2.6
專
I
蠶艺嚮
表5球团的成分/%
Table 5 Ingredient of pellets/ %
FeO Fe 2O 3SiO 2CaO MgO A12O 3 P S 0.34
91.78
4.550.260.37 1.36 0.0170.003
表6
升温材料主要成分
Table 6 Main ingredient and cost of heating agents
升温C/%
灰分/低位发热量/% （MJ • kg-1）（价格/
材料7L • t 1)
无烟煤
72.30.53 9.85 7.6
9.72 24.891 000清洁升
温剂
77.80. 1 4.1 5. 18.0
26.792 000
1 kg/t 转炉炉渣由常温升高到1 619七需要吸
收热量2 208. 1 kJ，每减少1 kg/t 转炉渣相当于增 加 2208. 1/22 344.5 xO.Ol =0. 10% 的废钢比。针 对沙钢现有转炉冶炼的实际情况，提岀了减少炉渣 渣量的措施：（1 ）提高铁水扒渣率，减少铁水带渣
量；（2）控制冶炼过程喷溅现象；（3）控制终点过氧 化现象，减少炉渣全铁含量；（4）减少废钢垃圾；（5） 提高转炉冶炼过程化渣效果，减少炼钢辅料消耗。
生产实践表明，通过减少渣量措施的应用，转炉冶炼
渣量可减少6.7 ~ & 9 kg/t，相应的可提高废钢比约
0.67% ~0.89%。
2.2减少冷却剂用量
转炉冶炼过程冷却剂主要用来化渣和控制熔池
温度，通过优化转炉冶炼过程的供氧制度和加料制 度提高化渣效果，可降低冷却剂消耗。沙钢某车间
转炉常用的冷却剂为球团，其成分如表5所示。以
此成分带入平衡模型进行计算，1 kg/t 球团的吸热 量为4 291.7 kJ/t，减少1 kg/t 球团可提高废钢比为
4 291.7/2 2344.
5 x 1% =0. 19% o
2.3增加热源
转炉炼钢常用的升温材料有碳系升温剂和硅系 升温剂，结合沙钢自身的实际情况，主要采用碳系升 温剂作为升温材料，分别为：无烟煤和清洁升温剂, 具体成分如表6所示。无烟煤相对廉价但硫含量较
高，可应用于成品硫含量要求不太严格的钢种；清洁
升温剂价格较贵但硫含量相对较低，可应用于成品 硫含量要求较为严格的钢种。
2.3.1无烟煤的使用效果分析三板模
沙钢无烟煤为粉状物质，随废钢一块加入转炉
可提高无烟煤的利用率，试验的具体加料方式为：废
钢装入废钢斗一往废钢斗中加入无烟煤一将废钢和 无烟煤一起加入转炉〜加铁水-下氧吹炼。无烟
煤的加入量根据铁水硅含量及温度进行调整，具体
加入量如表7所示。
第3期管挺等：180t转炉高废钢比冶炼工艺开发・21・
表7铁水温度1350°C下无烟煤加入量与铁水硅的关系Table7Relationship between adding amount of anthracite and silicon in hot metal at1350
铁水硅/%0.20.300.40.50.60.7
无烟煤量/唸13.010.58.0 5.5 3.00.5注：铁水温度每提高io r，无烟煤量少加入1.2kg/t0
本批次共开展29炉试验，试验过程数据如表8所示。将表8的数据代入物料平衡和热平衡模型计算，可得8.2kg/t无烟煤的发热量为8974236kJ，则1kg/t无烟煤的发热量为1094419kj,l t无烟煤
表8转炉加煤吹炼试验原料条件和相关冶炼参数
Table8Feedstock conditions and relative steelmaking parameters for converter steelmaking with coal addition blowing test
工艺类型
铁水量/
(kg-f1)
废钢量/
(kg-t,)
Si/%S/10-6铁水温
度/汇
冷却剂/
(kg•t'1
煤/
)(kg•f1)
吹氧量/
EVA气味很重怎么办(m3-f1)
吹氧时
间/min
出钢出钢硫/出钢温
碳/%IO-6度/兀
试验范围-I--j+-
L乙均值833~178~0.1~150~1287〜0~ 6.9~44.7~13.3~0.03~100~1582~ 8822660.75450142919.411.157.616.40.154321663 847.2236.20.391801349 6.18.250.214.90.0522821614
常规范围工艺均值889~178~0.15〜100~1260〜0~042.0-12.2〜0.02~120~1585〜9442110.65500147039.853.215.30.125301696 899.2184.20.33180138113.8046.213.50.0582501619
表9铁水温度1340V下清洁升温剂加入量与铁水硅的关系
Table9The relationship between the amount of clean heating arent and silicon in hot metal at1340°C
铁水硅/%无烟煤量/Rg
0.27.4
0.30 5.7
0.4 4.0
0.5 2.2
0.60.5
注：铁水温度每增加10七，清洁升温剂减少0.8kg/t o
的发热量为6063673kJ，由此可计算无烟煤的热效率为6063673/(24.89x106)x100=24.36%；以180t转炉为例，增加1kg/t无烟煤可提高废钢比为1094419/(22344.5xl80)xO.Ol=0.27%。
煤为碳系增热剂，主要靠碳的氧化反应提供热量，因此转炉加无烟煤冶炼将增加吹氧量，延长冶炼时间，另外，由于无烟煤中含有较高的硫含量，将导致钢水硫含量增加。结合表8中的数据，试验工艺在加入&2kg/t煤进行冶炼的情况下，较常规工艺吹氧量多消耗4.0m3/t，吹氧时间延长1.4min，出钢硫含量增加32X1060由此可计算，1kg/t煤将多消耗氧气0.5m3/t，吹氧时间延长0.17min，钢水硫含量增加3.9x10"。
2-
3.2清洁升温剂的使用效果分析
清洁升温剂密度相对较轻，为提高升温剂的利用率，一般在吹氧前加入转炉。具体的加料顺序为转炉溅渣护炉一加升温剂一加废钢一加铁水一下氧吹炼；清洁升温剂的加入量根据铁水硅含量进行控制，如表9所示。
本次共开展了46炉生产试验。试验过程与同批次常规工艺的数据如表10所示。
将试验数据代入模型进行计算,3.3kg/t升温剂的实际发热量为5448085.2kJ，则1kg/t升温剂的发热量为1650934.9kj,l t升温剂的发热量为9265451.0kJ，升温剂的低位发热量为26778760.0kj/t，由此可计算升温剂的热效率为34.6%o以180t转炉为例，使用1kg/t升温剂可提高废钢比为1650934.9/(22344.5x18
0)xO.Ol= 0.41%清洁升温剂与无烟煤类似，均靠碳的氧化提供热量，因此将增加吹氧量并延长冶炼时间，另外，清洁升温剂中的硫含量仅有0.1%，对钢水硫含量的影响较小。本文对比了加清洁升温剂冶炼和常规工艺冶炼数据，发现3.3kg/t的升温剂吹氧量较常规工艺增加3.18m3/t，吹炼时间延长1min，钢水硫含量增加2.0x10"。由此可计算1kg/t清洁升温剂的使用将增加吹氧量0.93m3/t，吹氧时间延长0.30min，增加钢水硫含量0.61x10"。由此可知，清洁升温剂的使用对钢水硫含量基本没有影响。
通过上述分析可知，考虑到升温剂和无烟煤的价格和含硫量情况，为提高转炉废钢比，建议转炉冶炼常规钢种加入无烟煤，冶炼硫含量较为严格的钢种加入清洁升温剂。
2.4其他辅助措施
沙钢常规工艺冶炼，通常在转炉冶炼到达目标终点时，先向前倒炉出渣，然后向后摇炉出钢。倒渣操作(副检测结束至出钢开始时间)平均花费时间3.7min(2.6~6.5min)，倒渣过程熔池的温度大约降低10七(8~15七)。开发转炉终点不倒渣直接出钢工艺并投入生产应用，可节省温降约10T，减少时间3.7min。另外，加强车间的调度管理，加强铁水包周转，减少空铁水包和铁水温降；缩短转炉的辅助作业时间以及转炉炉次之间的等待时间，减少
・22・特殊钢第40卷
表10试验炉次铁水、废钢信息和相关冶炼参数
TablelO Hot metal and scrape information of test heats and relative steelmaking parameter
项目
铁水量/
(kg・L
废钢量/
)(kg•f1)
Si/%S/10-6铁水温
度/T
冷却剂/
(kg•1J
升温剂/
)
(kg-f1)
吹氧量/
(m3•t-1)
吹氧时
间/min
出钢
碳/%
出钢硫/
10~6
出钢温
度/弋
范围889~117~0.15~14~1279~ 3.1~ 2.5〜45.8〜13.2~0.03~30~1650〜9221830.4660139117.3 4.550.315.50.07651685均值874.6195.00.3825134110.7 3.348.014.50.041481639
常规T.Z 范围889~117~0.16~13~1258~0~041.9〜12.5~0.03~24〜1600〜9331830.46120143022.848.814.60.07901690均值910.6162.80.3525135911.3044.813.50.043461641
表11改进工艺与常规工艺参数的对比
Tablel1Comparison of converter steelmaking parameters of improved process and conventional process
项目
铁水/废钢/
(kg-C*)(kg•t-*)
废钢
比/%
铁水
硅/%
铁水温
度/弋
冷却剂/清洁升温剂/
(kg-t-1)(kg-f1)
无烟煤/
(kg•f1)
终点温
高炉度代
直接岀
钢比/%
出钢
量/1
吹氧
1/m3
冶炼周
期/min
船舶导航新工艺83425123.10.361371 6.5 5.68.3162965180.9938934.2常规工艺899.2184.217.00.33138113.80016190181.2851235.3
转炉的散热；均可节省转炉热量，增加废钢用量，提高废钢比。
3工业应用情况
转炉冶炼通过减少渣量和冷却剂消耗、推广转炉终点不倒渣工艺、加强铁水包周转、缩短辅助作业时间等可减少热量损失，另外，冶炼常规钢种加入无烟煤，冶炼成品硫含量控制较为严格的钢种加入清洁升温剂可增加热源，从而达到提高废钢比的目的。将此工艺应用到沙钢180t顶底复吹转炉，并收集2018年上半年冶炼数据，如表11所示。通过工艺优化，废钢比可达23.1%，较2017年第一季度的17.0%提高了6.1%。通过提高废钢比措施的应川，出钢量略有降低，分析原因主要为废钢的品位相对较低，增加J'钢铁料消耗；吹氧量较常规工艺增加877nF；冶炼周期较常规工艺减少1.1min；考虑废钢和铁水价格、升温剂自身成本、氧气消耗、增产的效益、煤气回收量等综合评估测算.使用升温剂提高废钢比，吨钢可降低炼钢成本约5.9元。
4结论
(1)减少转炉炼钢渣量，减少冷却剂消耗及转炉中加入升温材料可增加炉内热源，提高废钢比；每减少1kg/t炉渣，废钢比可相应提高0.10%；每减少1kg/t冷却剂，废钢比可提高0.19%；每增加1 kg/t无烟煤可提高废钢比0.27%，每增加1kg/t清洁升温剂可提高废钢比0.41%。
微生物添加剂
(2)转炉冶炼加入1kg/t无烟煤，转炉冶炼吹氧量消耗增加0.50m3/t，吹氧时间增加0.17min，钢水硫含量增加3.9x10"；转炉冶炼加入1kg/t 清洁升温剂，转炉冶炼吹氧量消耗增加0.93m3/t，吹氧时间增加0.30min，钢水硫含量增加0.61x 10"。
(3)根据升温材料的实际情况，转炉冶炼常规钢种可采用无烟煤作为升温材料，冶炼成品硫含量较为严格的钢种采用清洁升温剂作为升温材料。
(4)1艺优化后，180t转炉冶炼平均废钢比为23.1%，较常规工艺提高了6.1%，吨钢生产成本降低5.9元。
参考文献
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1988,(11)：5-10,
管挺(1985-)，男，硕士(2010年重庆大学)，研究员.2007年河南科技大学(本科)毕业，转炉炼钢工艺研究。
E-mail:guantingl999@163控水系统
收稿日期:2018-11-23
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