低铁耗、高废钢比技术综述和建议

41卷第1期2019年2月

Shandong Metallurgy

山东冶金

Vol.41 No.lFebruary 2019

低铁耗、高废钢比技术综述和建议

陈亚团，杨鑫，朱青德

(酒钢集团宏兴钢铁股份公司，甘肃嘉略关735100)

摘要:对能显著提高废钢比的技术方案进行了介绍，包括热量条件创造类和加人方式类技术方案。在此基础上对各种技 术方案进行了投资测算，结合资料研究和工作实践提出了保证措施。最后对于高废钢比工作如何有效开展提出了建议。 关键词:废钢;废钢比;热量;加人方式中图分类号:

TF713

文献标识码:

B

文章编号:1004-4620(2019)01-0004-05

1前言

部分企业受限于铁矿资源短缺，铁水供应一直 是性环节，总体而言，炼钢生产能力大于炼铁 生产能力，但由于种种原因，转炉废钢比一直比较 低（17%左右）。因此，研究和开发提高废钢比技 术，是解决铁水供应不足的一项极为重要的措施。 另一方面，随着市场调节作用的发挥，废钢价格阶 段性明显会低于铁水价格，因此钢铁企业就有必要 进行高废钢比技术的储备以便应对原料市场变化。 本文技术分析旨在结合业界使用情况，介绍提高转 炉废钢比方面的经验，提出提髙废钢比方面的建 议，供专业技术人员参考。

废钢比的高低主要受限于整个冶炼过程的热 量富余程度，钢铁行业废钢利用技术研究发现，就

高废钢比实施方式而言，总体分为2个方向和4种 类型。2个方向为热量条件创造方向与加入方式拓 展方向。而热量条件创造角度又有提高入炉料温 度、减少过程温降和其他途径3种类型，故共计4种 类型。

2)铁水罐隔热保温技术。采用新型高效铁水 罐耐火材料保温技术，通过对铁罐保温，减少罐体 向外的热辐射，以减少铁水在运输过程中的温降来 提髙入炉铁水温度。

2.1.2提高废钢、合金物理热

1)废钢预热。废钢预热的突出特点是可以提 高金属收得率，还能将低质量废钢发挥出高质量废 钢的效能。查阅相关资料，经行业统计:美国、英

国、比利时、瑞典、日本将废钢预热至500 ~ 700 ：，

T

可贡献5% ~ 6%的废钢比。

预热废钢有两种形式:炉内预热和炉外预热。① ~ 15

炉内预热。炉内预热是通过喷吹煤粉、氧

气、天然气或重油等来实现的。一般预热时间为9

2热量条件创造类技术

min,延长操作时间7 ~ 19 min，预热后提高废 钢比5% ~ 9%，天然气耗量为4.8 ~ 13.1 m3/t钢；补

加燃料的热利用率一般为30% ~ 50%。据资料介 绍，比利时的希德马尔厂在1座200 转炉上，每吨 钢水喷入9.5 3天然气与10 3氧气，已经做到每吨 钢水可多兑入80 废钢。在铁水严重短缺时，利 用废钢预热和加人固态燃料(硅和钙的碳化物)相 结合，使炉料的废钢比提髙到50%。

②

炉外预热。炉内预热废钢会增加熔炼时间，

但采用炉外预热可克服这一缺点。在炉外预热废 钢时，为利用液体或气体燃料，必须具有自动装置 和相应的管路。因此，必须合理地建设废钢加热装 置，该装置能消除转炉内预热废钢的非生产性时 间。炉外预热废钢时间的要求并不苛刻，所以不用 氧和其他高成本燃料也可以，减少预热成本，有利

2.1提高入炉料温度

2.1.1提高铁水物理热

1)铁水罐加盖。据以往研究和大多数企业实 践，通过提高铁水温度可以有效提高废钢比。当铁

水的温度为1 360 ：时，废钢比为21%(这里指废钢

m

kg

m

t

T

占入炉料的比例，下同）；1 460 ：时，废钢比为25% 左右。因此，可通过对铁罐进行保温改造，来提高 铁水物理热。目前有应用案例的是罐车一体式加 盖装置，如图1所示。

收稿日期:2018-09-27

作者简介:陈亚团，男，1980年生，2004年毕业于西安建筑科技大学 冶金工程专业。现为酒钢宏兴股份公司钢铁研究院工程师，从事 钢铁经济技术研究与核算、钢铁企业降本增效和冶金固废处理研究工作。

T

4

陈亚团，等低铁耗、高废钢比技术综述和建议2019年第1期

于废钢均匀地加热，可更好地利用燃料。甚至有许 多钢厂把从轧钢车间来的热态板坯边料和大钢坯 切头直接装入转炉，这样可提高废钢比1%。

目前情况下，由于转炉炉外预热废钢的方法能 保证炼钢设备高生产率，以及加热系统比较简单, 相对比较经济，因此，目前行业内多采用炉外预热 法，热源多是煤气，A

预热容器多样。

铁水罐废钢预热(如图2所示）。工艺流程

(对于一罐制产线）:铁水罐向转炉兑铁—加入轻薄 废钢至铁罐^加盖保温至废钢预热站—废钢预热

^铁罐开往高炉接铁水^加盖保温至炼钢工序— 铁水罐向转炉兑铁。

图2铁水罐废钢预热装置典型形式

B中途废钢料槽式预热(如图3所示)。工艺流

程:轻薄废钢加入绝热垫的废钢料槽—废钢预热装 置(类似于中包烘烤装置)安放到位—预热废钢— 废钢翻卸入铁罐—加盖保温至高炉^高炉接铁水 —加盖保温至炼钢^铁水罐向转炉兑铁。实施时 可根据工序热量和烘烤器工作状况决定废钢预热 后接铁还是加废钢后直接接铁。

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如钢

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7 50(

C图3中途废钢料槽式预热装置示意图

废钢斗预热。需在现场废钢斗摆放区投资

建设专用烘烤设备。工艺流程:废钢斗铺耐火垫或 石灰等^放入废钢至废钢斗^废钢预热装置安放 到位->废钢预热—废钢加入转炉。预热装置可设 置于平台下或平台上，具体根据各厂条件确定。

2)合金预热技术。合金预热技术已在许多炼 钢工序中应用多年，该工艺是在合金加入钢水前, 提前进行合金干燥、烘烤,将合金预热至800 1左 右，以减少钢水温降，从而降低转炉终点温度，据估

算可贡献废钢比1.5% ~ 2%。尤其是在冬季生产期 间，对于低合金钢种效果尤为明显。主要有以下两 种预热模式：

A高位合金烘烤仓。在合金称料后进入专门

的烘烤仓，在煤气火焰上进行合金烘烤，烘烤好以 后进入汇总仓备用。该方式缺点是烘烤温度不高 且不均匀。

B

炉后合金烘烤炉。炉后合金烘烤炉是1炉1

烤模式，是在转炉炉后设置锥形的烘烤仓，合金称 量后置入仓中实施煤气烘烤。烘烤后的合金直接 通过底部闸阀经由溜管进入钢包。

2.2

减少过程温降

2.2.1过程保温总论

液态金属容器有铁包、钢包、中间包等,在铁水 转变为铸坯前持续与液态金属接触。在整个运行 过程中由于液态金属容器的“热传导”和“热辐射”， 无法避免液态金属的热损失。其中“热传导”是指 热量由液态金属容器耐火材料内衬传导到外壳，损 失在空气中的热传递方式;而“热辐射”是指通过液 态金属容器顶部敞开的口，热量直接辐射到空气中 的热传递方式。对于钢包而言，由于带渣量小，包 口完全敞开，热量损失尤为明显。根据经验测算， 钢包的热损失中的“热传导”比例<30%，而“热辐 射”的热损失比例在70%以上。因此，实施液态金 属容器保温技术对于减少过程温降有着重要意义。 按照目前行业中已施行此技术的钢厂估算，技术措 施实施后可降低工序温度1〇~40尤不等，贡献废 钢

比

。另外，随着转炉出钢温度的降低，

对于炼钢系统的耐辅材消耗的降低也有促进作用。

2.2.2过程保温技术

1)钢包全程自动加揭盖技术。主要设备包括

加揭盖机、包盖存放架、钢包盖、铰链座、液压站等， 如图4所示。该系统可以保证钢包在离线冷修之 前全程加盖保温，保证热周转效率，减少过程温降， 且可以减少温降对耐火材料的侵蚀[1]。该系 立运行，过程中无需占用行车等大型起吊设备，操 作简便。

2) 铁包全程自动加揭盖技术。该技术与钢包

全程自动加揭盖技术类似。

3) 液态金属容器壁隔热保温技术。通过在液

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2019年2月

山东冶金

第41卷

态金属容器的耐材永久层与容器壁之间增加高分 子隔热材料，达到降低液态金属容器“热传导”的目 的。以钢包隔热保温技术的应用为实例，添加隔热 保温材料后，钢包外壁平均温度降低30 T

：。隔热

保温材料细分有新型硬质隔热板保温材料、新型纳 米级耐火料与浇注料。该技术现在广泛应用于各

大钢厂，并且酒钢碳钢薄板厂自2013年已实施该 技术，现场施工经验丰富，效果明显。2.3其他途径

2.3.1增热剂技术

1) 外加增热剂提髙废钢比的类型。①

转炉加块煤、块焦。该方法是转炉加煤炼钢

技术中最简单易行的方法，不需要改造现有转炉设 备，可用废钢槽或用加石灰的方法。其优势还在于 可增加煤气产量。但加入块状煤在冶炼过程中会 增加钢的含硫量。试验表明，煤中所含的硫有55% 左右留在钢水中，19%进人渣中，其余随炉气排出 了转炉。因燃料中的S

会影响钢质,因此加入量应 考虑所熔炼钢种对S

含量的要求[2],同时须解决冶 炼周期长的问题。燃料选用焦炭为宜。以广钢股 份45 t

转炉为例，铁温低于1 260 T：，Si

< 0.40%,加

入8 ~ 12 /的煤球，可以升温25 ~ 35 ：，增加废 钢1.5 t

kgt

T

。因此，直接采用增热剂技术在操作上是可 行的气

② 向转炉内喷吹煤粉。此法与加入块煤的不

同之处是，使用粉状材料需要增加煤的粉碎系统、

运送和喷吹等设备及其附加费用，实施难度较大，

国内尚无应用，在此不做赘述。

2) 与外加增热剂法匹配的强化用氧喷头类型。若采用外加增热法，为进一步提高废钢比,应对转

炉氧喷头进行改造，以达到快速加热、熔化废钢

的效果，减少对转炉吹炼工艺的影响。可采用以下

两种形式：

① 12孔分流式喷头:主流喷孔4孔、副流喷孔8 孔。转炉熔化废钢阶段，氧气流覆盖全炉,煤的燃 烧面积大,燃烧快，加热废钢效果好,适用于加煤工 艺t。据使用企业数据显示，钢铁料消耗降低2.8 /

，石灰消耗降低3.8kg/tkg

〇

②

6孔双角度喷头:6个氧孔分成两组，其组的3个氧孔，张角较小，为10° ~ 14°，氧气流量

大,约占总流量的55%。另一组3个氧孔,张角较 大，为16° ~ 20°，氧气流量较小，约占总流量的

45%。两组氧孔交错布置。

2.3.2提高转炉煤气

CO二次燃烧率供热

在转炉炼钢法中，主要利用C-

CO的反应热

(9.209 kj/kg),而(：0-(：02的反应热(23.567 kj/kg)更

6

大CO。一次氧与熔池中碳发CO生反应，产生的主要是

;吹二次氧能将上升的氧化成co

2，所产生的

热量加热熔池。采用二次燃烧技术不会延长冶炼 时间，能够有效提高入炉废钢比，但需对氧进行 技术改造,二次燃烧氧典型结构如图5所示。该 方式的主要指标为二次燃烧率，二次燃烧率每提高 10%,废钢比可以在原来基础上相应提高3.0% ~ 4.0%。二次燃烧法贡献的废钢比最大不超10%，一k

般在5%以内。二次燃烧氧的结构见图5。

图5二次燃烧氧示意图

2.3.3减少转炉入炉料量以增加废钢比

该措施实际上是减少转炉冶炼期间辅助材料 的投入，富余出热量空间以便增加废钢使用量。目 前行业内主要采用少潦+留渣的炼钢操作模式来减 少辅材的加入量。该技术一方面可以利用留渣的

碱度使吹炼前期尽快形成具有一定碱度的炉渣，对

前MnO期去、非常有利；另一方面由于初期渣中的

、MgO

SP

特别是FeO

的存在，使石灰的溶解速度

加快，同时减少了白灰等造渣剂的用量，减少了化

渣时需要的热量。留渣带人了大量的物理热，使吹

炼初期迅速升温，

有利于石灰的溶解促进成渣，提

高了转炉的热效率，也有利于增加废钢加入量从而

提高废钢比[4]。2009年，邯钢通过留渣操作、合理

的造渣制度、减少渣量等措施提高废钢比，废钢比

由原来的22%提高到33%。

3加入方式类技术

3.1高炉系统加废钢铁

3.1.1炉料中加入废钢块或其他金属料

髙炉炉料中加入废钢块或其他金属料，如同废

钢预热工序，1

能提髙金属收得率，并可以使用更为

廉价的、等级低的废钢从而发挥出优质废钢的作

用，降低成本。除了控制废钢尺寸,还可以使用废 钢增加料床的气孔率，这样能够抵消在高喷煤比下 随着矿石与焦炭比值增加而发生气孔减小的现象。 改善操作，优化指标，全流程废钢比可提髙0.5% ~ 1.5%。一般加入小型废钢，例如粒铁、50

mm以下

的废钢碎屑，不需要提高还原剂比仍可保持高炉透

中陈亚团，等低铁耗、高废钢比技术综述和建议2019年第1期

气性，使高炉稳定运行。

3.1.2出铁沟加废钢

出铁沟加废钢以废线材、粒铁和小的轻薄废钢 为主，保证快速熔化且不占用过多的现场空间。但 出铁沟加废钢需考虑炼铁-炼钢热平衡匹配，最好 与铁水罐加盖保温技术结合使用，加人量多少取决 于其他热量条件创造情况。

3.2铁水罐加入废钢铁

铁水罐加废钢的流程为:空铁罐加废钢—铁水 罐到高炉接铁^送至炼钢^兑铁人混铁炉或直接 兑入转炉(后者是没有混铁炉的企业的操作）。为 了铁水罐加废钢工艺的稳定需要对铁水罐加废钢 的料型进行确认,确保既能熔化又不污染环境，降 低安全风险。此类方式的关键影响因素是铁水物 理热，直接影响铁水罐废钢的加人量;同时,铁水温 度也是稳定转炉操作的基础条件之一，应避免铁水 罐加入废钢后铁水物理热过低而导致转炉冶炼的 波动。因此，该工艺理想的实施方式是:高炉适当 提高铁温+铁水罐保温(或铁水罐预热)+废钢入罐 接铁。根据估算，此方式对于废钢不烘烤模式，可 贡献0.5% ~ 1%废钢比;废钢烘烤后，贡献的废钢比 可达1%~5%。

3.3铁水预处理环节加废钢铁

3.3.1混铁炉加铁块

混铁炉加生铁块这种方法在前些年降铁增钢 时曾经采用过，取得了良好的降铁耗效果。如果不 追求产量，此法也有利于克服铁耗的不足，等于是 采取了一种超前的“强制”措施来降低铁耗。具体 做法为:每班在混铁炉中一次或多次加入铁块，总 加人量根据铁耗控制目标确定。加人铁块后需开 大煤气量或采用进铁搅拌以确保铁块完全溶化。

3.3.2铁包加废钢

轻薄废钢因堆密度小不适宜在混铁炉中加人， 于是就有了铁包加入方式。铁包向转炉兑完铁水 后加入小型废钢(小型废钢可像高炉那样选择粒 铁、轻薄废钢碎屑等）,将铁包吊到煤气烧嘴下，将 废钢预热到800~ 1 000 ^后,再去混铁炉接铁水。 在返回向转炉兑铁水途中,废钢基本上能全部熔 化。采取这种方法投资小，操作简单，如果铁水充 足，又可以随时终止。据估算，预计能提高废钢比

0.5% ~ 1%〇 3.4钢包加废钢

钢包加冷钢的模式已使用多年，但以往直上炉 次较多，这种做法是为了满足在某些高温炉次迅速 实现钢液降温连铸的需求。加人方式可选择炉后 投入或吹氩站投入，废钢多为小块废钢。钢包加废

钢可与废钢预热技术同步实施。以下是典型工艺：

工艺1:小废钢上料至合金仓—运输至合金烘 烤仓—钢包接钢—通过合金溜槽加人预热的废钢 ^开出至吹氩站吹氩^进入到精炼炉精炼。

工艺2:钢包准备—吹氩站投人废钢—利用安 装在吹氩站的煤气烧嘴实施废钢预热^炉后出钢。

该方式可贡献0.5% ~ 1%废钢比，与高炉加废 钢和铁水罐废钢预热模式相比，不仅能提高工序废 钢用量，还有利于减少吹损和提高废钢收得率[5]。 但考虑铸坯质量的稳定性，在选择此类方式时，应 注意以下两点:使用的废钢以轧废为主的优质小块 废钢;冶炼生产钢种选择HPB300系列、HRB400系 列等对质量要求较低的牌号钢种。

4保障措施建议

4.1生产组织模式

有的公司各条产线处于生产不饱和状态，产线

生产过程中经常出现生产间隙长现象，这对冶炼过 程的热量损失影响非常巨大。后续生产组织中，在 考虑产线效益排产的同时，应侧重各产线的均衡排 产，减少生产间隙时间及频次。否则，在目前低铁 耗生产模式下，提高废钢比的各项措施很难发挥其 应有的效果。

4.2

工作机制

废钢比的提高是系统性工作，涉及多部门协同 配合，公司应设立专门的机构，统一领导，从中予以 协调，使管理、技术单元的工作目标保持一致，才能 騰4.3

高废钢比工作。激励机制

以提高废钢比为阶段性工作重心，建立明确的 奖惩机制。同时，在开展高废钢比工作中，制定工 序激励，在提高废钢比工作完成的情况下，允 许二级单位分析、动态调整钢铁料消耗指标，分享 高废钢比成果，以此来提高各工序开展高废钢比工 作的积极性。

5结论

5.1文中所涉及的各项提高废钢比的技术措施，

受限于各厂条件的不同，实施难度不一，建议由各 企业专业技术人员，结合各自现场条件及所生产产 品特性进行进一步论证，选择适合本工序的技术措 施予以施行，必要时可以选择高废钢比做得比较好 5.2

的同类企业进行外出考察。

各企业在实施高废钢比前，首先要将措施分

类，实施时须以热量条件创造为基础再研究加入方 式，明确重点。

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2019年2月山东冶金第41卷

5.3不同产线的条件不同，应根据自身条件酌情 选择几种高废钢比技术措施搭配使用，方能发挥更 好的效果。

5.4各企业应根据各项措施的实施难易程度以及 投资额度制定各工序高废钢比的近期措施及远期 措施，有序推进提髙废钢比相关工作。例如“转炉 少渣留渣工艺”目前各产线都有采用，因此无需额 外投入，但各单位执行情况差距较大，应加强相互 学习、培训、资料收集与研究，同步提高。该工艺措 施即可作为近期措施;对于液态金属容器加盖等项 目投资大、建设周期长、技术难度大的项目可作为 远期措施进行技术储备。

5.5高废钢比措施的施行效果还取决于各类废钢 的最大化利用，因此需要建立专业的废钢加工线。

虽然该项目费用投资相对较大，但考虑此项工作是提高废钢比技术措施的废钢来源保障，应尽快着手建设，实现废钢分选及特性加工，以便于各项提高废钢比措施工作的有序推进。

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Technical Summary and Advice for Low Iron Consumption and High Steel

Scrap Proportion

CHEN Yatuan, YANG Xin, ZHU Qingde

(Hongxing Iron and Steel Co., Ltd. of Jiuquan Iron and Steel Co., Jiayuguan 735100, China)

Abstract: In this paper, technical proposals that can increase steel scrap proportion observably are introduced, including proposals that belong to providing of heat requirement as well as ways of charging. Based on these introductions of technical proposals, the investment measurements are made. The guarantee measures are put forward combined the data study with work practice. And in the end, suggestions on how to carry out work of high steel scrap proportion effectively are offered.Key words: steel scrap; steel scrap proportion; heat; ways of charging

(上接第3页）膨润土消耗降低2.91

kg/t，生产成本

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降低的同时环保效益显著;开发了一种膨润土的配 加方法、一种低温焙烧球团生产工艺方法，具有一 定的推广价值。

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(8)：2 8-2 5.

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Research and Application of Efficient Production Technology

in 600 0001 Grate-kiln

LI Xiuhai, LU Hongwei, LU Yongling

(The Ironmaking Plant of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271104, China)

Abstract: Focused on the cause of the grate-kiln production efficiency, the main factors of the production of high energy consumption, the unstable pellet quality, the unreasonable roasting temperature, the shorter cycle of the ring in rotary kiln etc. were analyzed. By applying the secondary ingredients, stable improvement of the pelletizing quality, the low temperature roasting of grate-kiln and other technical measures, the gas consumption was reduced by 0.1 GJ/t, the bentonite consumption was reduced by 2.91 kg/t, the process energy consumption was reduced by 2.71 kg/t and the annual productivity is increased by 0.142 7 million ton.Key words: grate-kiln; the secondary ingredients; pelletizing quality; low temperature roasting

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