張志偉

（廣西柳州鋼鐵集團有限公司）

摘 要：提高轉爐廢鋼比，有助于降低鐵水消耗，實現節能降耗。研究表明，廢鋼生產粗鋼其CO ₂ 排放量僅為長流程的 27%，粉塵排放為 10%，能耗為 41%。綜述了提高轉爐廢鋼比技術的進展，歸納總結其實踐效果，探討有競爭力的轉爐高廢鋼比冶煉技術。

關鍵詞：轉爐煉鋼；廢鋼比；節能降耗；綜述

1 前 言

在煉鋼生產過程中，用廢鋼煉 1 t 鋼， 可減少 1.6 t 碳排放， 減少 1 t 原煤消耗， 減少1.7 t 鐵精礦使用量，減少 70%廢水排放， 減少 4.3 t 的原礦開采。我國“十三五”規劃提出 ， 到 2020 年 ， 要 把 煉 鋼 廢 鋼 比 提 高 到20%；工信部 2015- 12 出臺的 《鋼鐵行業政策調整計劃》 提出，到 2025 年要把廢鋼應用比例提高到 30％ ^[1] 。 廢鋼在冶煉粗鋼過程中，避免了傳統長流程中燒結、焦化、高爐等高能耗工序，能耗指標遠優于傳統長流程冶煉，其CO ₂ 排放量僅為長流程的 27%，粉塵排放為10%，能耗為 41%。采用廢鋼冶煉與鐵礦石冶煉粗鋼的能耗比對情況見圖 1。隨著我國社會鋼鐵蓄積量的迅速增加，將為提高轉爐應用廢鋼提供良好的條件。當前，我國煉鋼過程廢鋼比僅為 10%～15%，且煉鋼廢鋼比呈下降趨勢（見圖 2^[2]）。這一方面是我國廢鋼價格較貴，制約了煉鋼中廢鋼的加入量，馬春武 ^[3] 對轉爐廢鋼比與噸鋼成本進行經濟核算，結果表明，廢鋼的價格直接影響最優轉爐廢鋼比；另一方面是我國鋼鐵產能迅速增加，出現了大量的長流程煉鋼廠，有充分的高爐鐵水供應，這降低了煉鋼過程中廢鋼的用量比。隨著資源環境形勢日趨緊張，社會廢鋼蓄積量的增加，尋求高效低成本的高廢鋼比煉鋼工藝至關重要，而提高轉爐廢鋼比技術是實現該目標的一個重要技術方向。因此，有必要對過去提高轉爐廢鋼比的研究進行歸納總結分析，以尋求更優的技術路線。

2 提高轉爐廢鋼比的方法

針對不同地區，由于其資源稟賦不同，研究提高轉爐廢鋼比技術的驅動力亦不同。其目標主要有以下幾類 [4] ： （1） 普通 BOF 增加廢鋼比冶煉，提高經濟技術指標； （2） 高爐生鐵生產率遠低于粗鋼生產率，增加廢鋼比以提高產量； （3） 實現鋼鐵聯合企業的工序合理化；（4） 電力貧乏地區的廢鋼熔煉。提高轉爐廢鋼比過程中，要解決的主要問題是轉爐熱平衡問題。其解決思路的框架見圖 3。實現高廢鋼比下的熱量平衡，其熱量補償方式主要為，加入燃料通過燃料燃燒放熱進行熱補償或提高轉爐內二次燃燒效率實現熱補償。從熱補償作用對象來說，解決思路主要為增加熱量對廢鋼進行預熱或直接對金屬熔池補償熱量。

2.1 增加燃料比進行轉爐熱補償

在高廢鋼比的情況下，實現新的轉爐熱平衡最直接的方法是增加爐內燃料燃燒放熱，實現熱補償。其主要燃料為煤、碳氫化合物 CmHn等。加入法主要有投入法、噴吹法。其中燃料的加入方法、加入量是工藝的重點和難點，對燃料燃燒效率影響巨大。增加燃料比進行熱補償工藝路線下的典型技術有 ALCI （Arbed LanceCoal Injection） 、 KMS（ Kl魻ckner MaximilianSteel ）、TAPS（Triple Action Process of STB） 等。這里以 KMS 工藝為例進行介紹，其冶煉裝備示意圖如圖 4 所示。

KMS 法主要技術特征為，煤、O 2 從爐體底部噴入熔池，采用天熱氣裂解吸熱保護底吹氧噴嘴。噸鋼噴煤 50～55 kg，增加氧耗 40～50m 3 /t，底吹氧比例達 60%～100%，底吹供氧強度達 4.5 m 3 /t ·min，可實現廢鋼比高達 75%。KMS 高廢鋼比冶煉工藝路線主要有兩種：工藝一，出鋼后留存部分鋼液，加廢鋼→爐底噴吹煤氧熔化廢鋼→再次加入廢鋼→噴煤熔化→精煉→出鋼；工藝二，吹煉中期將部分高碳鋼液倒出供下包冶煉使用

2.2 提高二次燃燒效率實現熱補償

采用提高二次燃燒效率熱補償的思路為利用廢氣的顯熱和潛熱進行預熱廢鋼節約能源，若通過二次燃燒放熱加熱金屬熔池則熱效率較低。隨著當前新型二次燃燒氧槍的發展，二次燃燒效率有了明顯提高，新型二次燃燒氧槍原理見圖 5^[5] 。新型二次燃燒氧槍通過對槍體及出口處新型設計，提高了噴出氧氣與脫碳反應產生的 CO 之間的反應效率，將產生更多的二次燃燒熱。研究表明二次燃燒率應以 30%為上限，實踐表明，二次燃燒率每增加 10%，轉爐廢鋼比可提高 3.4%～4.0%。

但綜合而言，通過提高二次燃燒效率來增加轉爐廢鋼比的能力是有限的，典型技術有 E-OF （Energy Optimized Furnace） 法 （見圖 6）、Reactor 法 （見圖 7） 等。其中 EOF 法具有普通轉爐頂底復吹特點，爐膛燃燒效率高，靠輻射給熔池供熱，用爐氣預熱廢鋼、空氣，生鐵水廢鋼比很靈活，適宜廢鋼豐富電力短缺的地區，對煤的粒度要求不高。其廢鋼比可達 100%，冶煉周期 70～80 min。

3 轉爐高廢鋼比的實踐與思考

3.1 實踐

在轉爐高廢鋼比的工藝優勢下，世界范圍內，已有大量的轉爐高廢鋼比實踐，表 1 匯總了降低鐵水消耗方面的效果，表 2 匯總了提高轉爐廢鋼比的效果。

3.2 存在的問題

與電爐冶煉廢鋼相比，提高轉爐廢鋼比省去了能源的二次轉換，但當前高廢鋼比下競爭力不如電爐的主要原因是：

（1） 金屬收得率低，廢鋼需要大量的燃料燃燒熱去熔化，吹入過量的氧會使鐵水過氧化，降低了鐵水的收得率；

（2） 燃料對鋼水的污染，燃料中不可避免的存在 N、P、S 等雜質元素，燃料的加入破壞了鋼水的潔凈度；

（3） 技術的安全性與穩定性，由于廢鋼質量、燃料質量的不穩定性，會導致整個工藝的不穩定，轉爐的五大操作制度會受到影響，這復雜化了轉爐操作，不利于轉爐精確化智能化冶煉升級的需要。

4 結 語

在鋼鐵形勢嚴峻的大背景下，提高轉爐廢鋼比可能是適應未來發展的一條可行的出路。通過對過去幾十年來世界對提高轉爐廢鋼比研究歸納總結，可以得出以下結論：

（1） 煉鋼中高廢鋼比的應用是大勢所趨，尋找到一條有競爭力的高廢鋼比冶煉技術路線迫在眉睫；

（2） 過去幾十年，提高轉爐廢鋼比的主要通過增加燃料和提高二次燃燒效率來實現，轉爐增加燃料破壞了鋼水潔凈度與操作可控性，提高二次燃燒效率對提高轉爐廢鋼比能力有限；

（3） 當前需對提高轉爐廢鋼的經濟性進行核算，以便尋求一條經濟上可行，工藝上易于控制的轉爐高廢鋼比工藝路線。