1 简介

本期在上期（点击链接查看）我们得出的结论的基础上，重点研究了“铁水加废钢”工艺中废钢质量、出钢时间对废钢熔炼的影响，分析了它们之间的关系。

2 传热计算

2.1 基于热传递的废钢熔化时间计算

废钢与铁水之间的传热主要为对流传热和传导传热的过程，废钢的导热系数为35W/(m·℃)，铁水的对流传热系数为/(m2▪℃)。对流传热远大于传导传热，因此废钢传热熔炼过程以对流传热为主。

废钢熔炼是一个由外向内逐渐熔化的过程。现将废钢的传热熔炼过程简化为在废钢表面形成热边界层，逐层熔化。熔炼过程中铁水散失的热量等于废钢消耗的热量。某一时刻热交换界面的热平衡如下。

式中：α为对流传热系数，W/(m2▪℃)；t1-ti为热边界层温差，℃；H为熔化热，kJ/kg；ρ为废钢密度，kg/m3；v为液固界面迁移速度，即废钢熔化速度，m/s。

计算得出废钢的熔化速度为0.08mm/s，若每根废钢的等效直径为50mm，则废钢完全熔化需要10.3min。

2.2 基于碳质传递的废钢熔炼时间计算

同时，根据废钢在铁水中熔化过程的分析，废钢在熔化过程中，在液固界面发生了渗碳反应，碳在界面上的迁移可以用公式（2）表示。

式中，K为碳在液体中的传质系数；

为熔池中碳的质量分数；

为两相区内液态碳的质量分数；

为两相区内固态碳的质量分数；v为界面迁移速率。

熔池温度确定后，铁碳平衡图显示，在1300℃时，

=1.1%，

=3.05%,

=4.3%。废钢在铁水中熔化过程中无搅拌，根据文献取K=7×10-5m/s。计算界面迁移速率=0.05mm/s。取每根废钢当量直径为50mm，则废钢完全熔化需18.6min。

因此，由公式（1）和公式（2）的计算结果可以看出，碳的质量转移速率对废钢熔化的影响是热量转移的1.8倍，所以废钢在铁水中熔化的限制因素是碳的质量转移速率。

根据公式（2）分别计算温度为1300℃、1400℃、当量直径为50mm、70mm、90mm的废钢块的熔化时间，结果如图1所示。

图11 不同尺寸废料在300℃和1400℃下的熔化时间

图1中的数据显示，废钢尺寸越大，熔炼时间越长；铁水温度越高，熔炼时间越短。由此可以看出：

1）铁水温度高，有利于废钢的熔化；

2）废料尺寸越小，越容易熔化。

为了减少在铁水罐中加入废钢对其它工序（铁水预处理等）的影响，废钢完全熔化的时间应小于铁水罐接收铁水后到达预处理工位所需的时间，根据现场实际生产情况，铁水罐从高炉接收铁水到钢厂的时间通常为40~。以40分钟计算，在1400℃铁水温度下，废钢当量直径不能超过262mm；在1300℃温度下，废钢当量直径不能超过108mm。

考虑到铁水槽的散热，实际废钢当量直径应比计算值小得多，通常不应大于50mm；另外，还应采用透气性好的废钢，否则废钢容易粘附在槽底。

3、废钢品质对废钢熔化率的影响

生锈的废钢中含有大量结晶水，主要成分为Fe2O3·2H2O，由于受热分解，会发生如下反应，吸收热量，降低废钢的熔化速度：

Fe2O3·2H2O→Fe2O3+2H2O

H2O+Fe→FeO+H2

2FeO+H2O=Fe2O3+H2

+2H2O=+2H2

铁锈过多不仅会使钢水中氢含量增加，直接影响钢的质量，而且会增加钢水的氧化性。

另外，废钢中水分的蒸发也会吸收热量，降低废钢的加入量和熔化速度。

经测算，废钢中若含1kg水，则少添加~1.7kg废钢。

因此要求加入的废钢成分清晰、稳定，杂质、铁锈含量低。

4、出钢时间对废钢熔炼的影响

按产铁量120t计算，产铁温度1500℃（未计算出铁钩内铁水温降）铁水罐加废钢，铁水罐容量140t，不同产铁时刻温降如表1所示。

从上表可以看出，出铁时间越长，温降越大，废钢熔化速度越慢。

5 结论

从以上内容我们可以得出结论：

（1）铁水温度、废钢粒度对废钢在铁水中的熔化有重要影响，废钢粒度增大，熔化时间增加；铁水温度越高，熔化时间越短；

（2）根据理论可知，废钢的传导传热对废钢在铁水中的熔化速度影响不大，而铁水的对流传热对废钢在铁水中的熔化影响很大；

（3）废钢在铁水中熔化过程中碳的质量转移速度对废钢的熔化有很大的影响。因此，对铁水进行适当的搅拌有利于废钢的熔化。

（4）出钢时间对废钢的熔化也有很大的影响；出钢时间越长，温降越大，废钢的熔化速度越慢。

综上所述，经过多次试验，建议采用纯氧燃烧预热废钢预热系统，此系统采用煤气+氧气+煤粉的燃烧方式，从根本上解决了废钢预热不热的问题，火焰刚性大，穿透能力强，能切割废钢，能对包底废钢进行热对流，烘烤温度均匀，能加快废钢在铁水中的熔化速度！

废钢预热过程中，应注意补碳（喷煤粉、碳粉）的作用：不但能提高热效率，减少废钢预热过程中的氧化铁水罐加废钢，还能提高废钢的回收率（碳能还原氧化铁）；提高废钢在铁水中的熔化速度。避免废钢预热温度过低，烘烤不透--因凝结铁水而结壳的风险！

以上是洛阳宇鑫在陈林泉教授指导下的实践总结，欢迎大家留言评论，提出改进建议或者新方法，为提高废钢配比，提高企业经济效益，应对环保带来的压力做出积极的努力。

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