王亞力 羅英杰 胡興康 汪勤峰 楊正林

(昆鋼技術(shù)中心)

1 前言

近年來，在國家推進(jìn)“供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、綠水青山就是金山銀山”工作思路指引之下，云南地區(qū)中頻爐逐步關(guān)停，地條鋼產(chǎn)能逐漸退出歷史舞臺。通常，電爐煉鋼短流程工藝是消化廢鋼社會庫存量的較佳途徑。但就云南省內(nèi)而言，尚無大規(guī)模成熟的電爐產(chǎn)線，而現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝消化廢鋼能力有限，因此，若未能找尋到有效有益的廢鋼回收利用途徑，預(yù)計未來云南廢鋼資源將出現(xiàn)增加甚至過剩局面。

廢鋼是經(jīng)充分還原后的金屬，與常規(guī)鐵礦石相比，具有含鐵量高、雜質(zhì)少等特點。并且，在熔化成液態(tài)時無需額外消耗還原耗熱和相對較長的還原熔煉時間，僅需加熱熔化即可。對地處西南邊陲的云南地區(qū)鋼鐵企業(yè)而言，存在優(yōu)質(zhì)原燃料資源缺乏，使用進(jìn)口原燃料運(yùn)距遙遠(yuǎn)、運(yùn)費(fèi)昂貴等不利于生產(chǎn)經(jīng)營、環(huán)保管理的不足。因此，在云南省內(nèi)長流程鋼鐵企業(yè)組織開展高爐添加廢鋼試驗的相關(guān)研究工作及生產(chǎn)應(yīng)用，對資源利用、環(huán)保管控具有重要的意義。為此，昆鋼2000m3高爐進(jìn)行了為期65天的添加廢鋼冶煉生產(chǎn)實踐，結(jié)果表明，在高爐內(nèi)添加一定比例的廢鋼進(jìn)行冶煉，不僅可以有效改善高爐料柱透氣性，提高煤氣利用率，促進(jìn)高爐穩(wěn)定順行，顯著改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。同時，也得到了因地制宜，資源合理利用、節(jié)能減排的良好效果。其研究成果和應(yīng)用實踐一定程度上為利用高爐進(jìn)行廢鋼添加冶煉工藝降低廢鋼社會庫存、改善冶煉指標(biāo)和今后進(jìn)一步提高廢鋼應(yīng)用比例提供了借鑒。

2 昆鋼2000m3高爐加廢鋼冶煉的前期準(zhǔn)備工作

昆鋼之前尚未有高爐加廢鋼冶煉相關(guān)實踐經(jīng)驗，尚未對廢鋼加入方式、工藝流程、粒度控制尤其是熔化耗熱、爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能測試等進(jìn)行系統(tǒng)研究。為確保高爐添加廢鋼冶煉工業(yè)試驗順利進(jìn)行，在以下幾個方面做了大量前期相關(guān)工作。

2.1 爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能試驗

以高爐用料結(jié)構(gòu)“燒結(jié)礦72%+球團(tuán)礦22%+塊礦6%”為基礎(chǔ)配比，采用爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能實驗裝置，分別按產(chǎn)量計算的廢鋼比1.96%、4.76%、9.09%、16.67%進(jìn)行了5組爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能比對試驗(表1)。表明：一方面，爐料軟化、熔滴期間隨廢鋼比的增加小幅升高，當(dāng)廢鋼比超過9.09%后，軟化、熔滴期間有較大幅度提升，這會造成高爐中上部透氣性變差，成渣帶寬展而對高爐冶煉造成一定影響；另一方面，隨廢鋼比的增加，爐料最大壓差、總特征值有明顯的下降，說明在一定范圍內(nèi)隨著廢鋼添加比例的增加，可以有效改善高爐爐料熔化成爐渣至滴落時的透氣性、透液性，有利于順行。綜合看，廢鋼比在9%以內(nèi)對高爐冶煉不會造成影響。

表1 爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能試驗結(jié)果

2.2 高爐內(nèi)熔化1t廢鋼理論焦炭消耗量

高爐使用焦炭發(fā)熱量24500kJ/kg，熱量利用率85%，廢鋼加熱到1450℃時熔化耗熱為1320kJ/kg，計算得到熔化1t廢鋼消耗焦炭63.39kg。

廢鋼中含鐵量98%，滲碳量按4.50%計，噸廢鋼滲碳耗碳51.88kg，昆鋼2000m3高爐使用焦炭含碳85%，熔化1t廢鋼滲碳需焦碳量61.04kg。

綜上，高爐熔化1t廢鋼理論焦炭量為124.43 kg，為廢鋼試驗礦焦負(fù)荷調(diào)整提供依據(jù)。

2.3 制定廢鋼進(jìn)廠尺寸標(biāo)準(zhǔn)

廢鋼會加劇槽下稱量上料系統(tǒng)、爐頂布料系統(tǒng)設(shè)備的破損速度，綜合考慮廢鋼加工成本與高爐設(shè)備接受能力，嚴(yán)格制定廢鋼進(jìn)廠尺寸標(biāo)準(zhǔn)，20～60mm粒級占比不小于85%，最大粒級不能超過120mm。

2.4 廢鋼供應(yīng)流程改造

廢鋼尺寸的不規(guī)則會對現(xiàn)有高爐料倉槽下給料機(jī)、振動篩、稱量罐下料口、礦石焦炭皮帶等造成磨損破壞，此外，考慮廢鋼物料單獨堆放，選擇高爐主皮帶中間罐旁一塊空地進(jìn)行廢鋼堆場改造(圖1)，同時新建一套廢鋼上料裝置(圖2)，利用抓車將廢鋼抓入專用受料斗，按高爐礦石批重設(shè)定每批加入廢鋼量進(jìn)行放料，經(jīng)皮帶運(yùn)輸與礦石皮帶來礦一起進(jìn)入主皮帶中間罐，等待高爐布料使用。

圖1 廢鋼堆場

圖2廢鋼上料工藝流程

3 昆鋼2000m3高爐加廢鋼冶煉實踐

經(jīng)過前期的準(zhǔn)備工作，高爐具備加廢鋼冶煉條件，于2018年12月19日開始進(jìn)行添加廢鋼冶煉，加入方法為：正常礦石批重為45t，廢鋼與礦石混裝入爐，視爐況順行程度可小幅變動，廢鋼加入量在1～2t/批礦之間。加廢鋼后的調(diào)整原則是保持礦石批重不變，用礦結(jié)構(gòu)、焦炭負(fù)荷不變，根據(jù)理論計算加1t廢鋼消耗干焦炭124.43kg，按130.00kg進(jìn)行焦炭批重調(diào)整。

本次高爐添加廢鋼冶煉起止時間為2018年12月1日至2019年3月12日，期間因受廢鋼采購保供與廢鋼采購價格因素影響，2018年12月30日5：08～2019年1月5日13：14，2019年2月3日7：45～2月17日10：08兩次停加廢鋼，合計添加廢鋼冶煉65天，加入廢鋼量14067.096t。整個冶煉過程期間，原燃料質(zhì)量穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行良好，無休風(fēng)、慢風(fēng)現(xiàn)象，高爐爐況穩(wěn)定順行，生產(chǎn)處于滿負(fù)荷、高水平狀態(tài)。以2018年12月1日～18日、2018年12月31日～2019年1月4日、2019年2月4日～2月16日共36天未添加廢鋼生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，按照實際入爐廢鋼比(產(chǎn)量計算)≤3%、3～4%、4～5%冶煉生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析加廢鋼對高爐冶煉的影響規(guī)律。

3.1 廢鋼加入量對高爐操作的影響分析

3.1.1 對送風(fēng)參數(shù)的影響

廢鋼含鐵量高，渣量少，廢鋼比增加后，爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能最大壓差、總特征值下降，高爐透氣性改善明顯，廢鋼比與透氣性指數(shù)具有較強(qiáng)的相關(guān)性，回歸方程y=5985.9x+19999，相關(guān)系數(shù)R2=0.5052，廢鋼比與高爐風(fēng)量、鼓風(fēng)動能無相關(guān)性，線性回歸R2均小于0.10。

表2 送風(fēng)參數(shù)關(guān)鍵指標(biāo)

圖3 廢鋼比與入爐風(fēng)量的關(guān)系

圖4 廢鋼比與鼓風(fēng)動能的關(guān)系

圖5 廢鋼比與透氣性指數(shù)的關(guān)系

3.1.2 對熱制度的影響

加廢鋼冶煉期間鐵水含［Si］和鐵水物理熱比較穩(wěn)定，證明每噸廢鋼額外消耗130kg焦炭能夠滿足其熱量及滲碳消耗。加廢鋼冶煉期間，高爐穩(wěn)定順行，風(fēng)溫、富氧率穩(wěn)定，噴煤量穩(wěn)定，隨廢鋼比的增加產(chǎn)量提升，噸鐵煤比降低，理論燃燒溫度升高。廢鋼比與理論燃燒溫度具有較強(qiáng)的相關(guān)性，回歸方程y=210.32x+2350.70，相關(guān)系數(shù)R2=0.7224。

表3 高爐熱制度關(guān)鍵指標(biāo)

圖6 廢鋼比與理論燃燒溫度的關(guān)系

圖7 廢鋼比與鐵水溫度的關(guān)系

圖8 廢鋼比與鐵水含硅的關(guān)系

3.1.3 對煤氣的影響

廢鋼含鐵量高，渣量少，廢鋼比增加后，爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能最大壓差、總特征值下降，高爐透氣性改善，煤氣利用率提高，廢鋼比與煤氣利用率有一定相關(guān)性，回歸方程y=12.499x+44.123，相關(guān)系數(shù)R2=0.3554；廢鋼進(jìn)入爐內(nèi)后吸收熱量，爐頂煤氣溫度下降，廢鋼比與爐頂溫度有一定相關(guān)性，回歸方程y=207.57x+197.56，相關(guān)系數(shù)R2=0.4451；廢鋼加入后，雖然噸鐵燃料消耗下降，但因產(chǎn)能提升單位時間內(nèi)產(chǎn)生通過爐腹的煤氣量變化不大，線性回歸無相關(guān)性。

表4 煤氣關(guān)鍵指標(biāo)

圖9 廢鋼比與爐腹煤氣量的關(guān)系

圖10 廢鋼比與爐頂溫度的關(guān)系

圖11 廢鋼比與煤氣利用率的關(guān)系

3.1.4 對爐缸爐底溫度的影響

理論上高爐加廢鋼后，渣量減少，爐缸溫度會有所升高，但加廢鋼冶煉期間，高爐吃礦量并沒有明顯減少，單位時間內(nèi)進(jìn)入爐缸總渣量變化不大，爐缸爐底溫度穩(wěn)定，線性回歸與廢鋼比并無相關(guān)性。

表5 爐缸爐底溫度

圖12 廢鋼比與爐缸溫度的關(guān)系

圖13 廢鋼比與爐底溫度的關(guān)系

3.2 對槽下稱量上料、爐頂布料影響

通過加廢鋼前的精心準(zhǔn)備工作(工藝改造、廢鋼尺寸標(biāo)準(zhǔn)制定、廢鋼加入方式研究)以及加廢鋼冶煉期間加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)管理工作力度，設(shè)置專人對槽下稱量上料設(shè)備、上料主皮帶、爐頂布料設(shè)備跟蹤巡邏檢查，未發(fā)生設(shè)備磨損加劇、卡料、劃皮帶等現(xiàn)象，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，下料穩(wěn)定，高爐穩(wěn)定順行。

3.3 對經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的影響

3.3.1 對產(chǎn)量的影響

加廢鋼冶煉期間，高爐吃礦量降低43.49t/d，理論產(chǎn)量減少25.65t/d，實際產(chǎn)量增加212.551t/d，加廢鋼帶來增產(chǎn)238.201t/d，吃廢鋼量216.417t/d，按鐵水含鐵94.50%，廢鋼含鐵98%計，加廢鋼金屬收得率為101.40%，加1t廢鋼帶來鐵水增產(chǎn)1.10t，增產(chǎn)率10%。廢鋼比與產(chǎn)量的增加具有相當(dāng)強(qiáng)的相關(guān)性，回歸方程y=5 089.80x+5293.80，相關(guān)系數(shù)R2=0.9108。

表6 產(chǎn)量關(guān)鍵指標(biāo)

圖14 廢鋼比與入爐量的關(guān)系

3.3.2 對燃料消耗的影響

圖15 廢鋼比與產(chǎn)量的關(guān)系

廢鋼加入高爐內(nèi)無需大量還原耗熱，僅需熔化與滲碳消耗焦炭，理論計算消耗焦炭在124kg/t左右，隨廢鋼比的增加產(chǎn)量提升，焦比下降，在單位時間內(nèi)噴煤量相同條件下，噴煤比下降，總的燃料消耗下降。廢鋼比與焦比、煤比、燃料比下降具有相當(dāng)強(qiáng)的相關(guān)性，與焦比回歸方程y=-239.62x+377.53，相關(guān)系數(shù)R2=0.6339；與煤比回歸方程y=-216.72x+149.59，相關(guān)系數(shù)R2=0.9854；與燃料比回歸方程y=-456.34x+527.12，相關(guān)系數(shù)R2=0.8746。

表7 燃料消耗指標(biāo)

圖15 廢鋼比與焦比的關(guān)系

圖16 廢鋼比與煤比的關(guān)系

圖18 廢鋼比與燃料比的關(guān)系

3.3.3 對礦石消耗的影響

廢鋼加入高爐冶煉無需消耗鐵礦石，僅需加熱熔化滲碳轉(zhuǎn)化為鐵水，礦石消耗下降，廢鋼比與礦石消耗具有相當(dāng)強(qiáng)的相關(guān)性，回歸方程y=-1725.2x+1693.9相關(guān)系數(shù)R2=0.8776。

表8 礦石消耗

圖19 廢鋼比與礦耗的關(guān)系

4 結(jié) 論

(1)在昆鋼2000m3高爐原燃料條件下，理論計算加1t廢鋼熔化耗熱與滲碳耗碳需干焦炭124.43kg/t，冶煉按130kg/t進(jìn)行焦炭調(diào)整，可滿足高爐熱制度需求。

(2)隨廢鋼比增加，爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能最大壓差、總特征值下降，有利于改善高爐透氣性，但當(dāng)廢鋼比超過9%后，軟化、滴落期間陡升，軟化帶、滴落帶拉寬對冶煉會造成一定影響，高爐加廢鋼比例不應(yīng)超過9%。

(3)廢鋼尺寸控制，加入方式合理，對稱量、上料、布料設(shè)備無影響；高爐冶煉操作參數(shù)透氣性改善，理論燃燒溫度與煤氣利用率提高，爐頂溫度下降，其它參數(shù)變化不明顯。高爐加廢鋼工藝可行，操作參數(shù)改善，爐況穩(wěn)定順行。

(4)隨廢鋼比的增加，焦比、煤比、燃料比下降，礦石消耗下降，產(chǎn)量增加，加1t廢鋼增產(chǎn)率為10%。此外，高爐加廢鋼冶煉有助于提升鐵水金屬收得率，冶煉期間廢鋼金屬收得率綜合達(dá)到101.40%。