1 简介

随着国内废钢积累的增加，未来3~5年我国将迎来废钢应用的上升期，2020年我国废钢年产量突破2.1亿吨废钢预热，预计2025年废钢年产量将突破2.7亿吨，2030年废钢年产量将突破3.2~3.5亿吨。随着我国废钢资源的增加，未来20年我国废钢资源总量将非常丰富，工信部发布的《钢铁产业政策调整方案》提出：到2025年，废钢应用占比提升到30%。 2021年至今，大连商品交易所铁矿石指数较2020年低点上涨逾100%，从价格指数来看，仍维持高位。对于钢厂而言，由于铁矿石、焦炭、废钢价格均在上涨，钢企只能在两者之间寻求平衡，提高产能，降低生产成本，提高经济效益。

目前国内外专家对废钢在转炉中的利用进行了大量的研究，但相关的理论研究却很少。为了提高炼钢生产过程中废钢的利用率，我公司在陈林泉教授（享受国务院政府特殊津贴的冶金专家、《炼钢》杂志编委、国家冶金建设高级技术专家）的指导下，对废钢和生铁在铁水和钢水中的熔炼过程进行了研究分析，进行了理论计算，并在实践中进行了验证。

2 废钢在铁水中的熔炼过程

铁水的温度通常在1250℃到1500℃之间，而废钢的熔点在1500℃以上，既然废钢的熔点高于铁水的温度，那么废钢是如何在铁水中熔化的呢？

根据废钢熔炼热力学模型及实验可知，废钢在铁水中的熔炼过程如下：熔炼初期，废钢与铁水温差较大，铁水在废钢表面凝固，形成凝固层；随着时间的推移，废钢温度升高，熔炼过程越来越严重，表面凝固层开始熔化；铁水中的碳转移到废钢表面，形成渗碳层；废钢温度继续升高，废钢表面含碳量增加，熔点下降；当废钢表面渗碳层的熔点低于熔池温度1000℃时，废钢熔化，形成液态。随后废钢表面重复凝固→渗碳→熔化，直至废钢全部熔化。因此，废钢在铁水中熔炼的限制环节是废钢表面碳的传质。

3. 初始铁水温度对废钢熔炼的影响

根据铁碳平衡图，在1400℃时，两相区固态碳的质量分数为0.6%，两相区液态碳的质量分数为2.05%，熔池中碳的质量分数为4.3%。搅拌，根据文献，碳在液体中的传质系数=7×10-5m/s，界面迁移速率=0.109mm/s。取每块废钢的当量直径为50mm，计算：废钢完全熔化大约需要8分钟这个计算结果在实践中也得到了验证。

铁水温度为1300、1400℃，废钢当量直径为50、70、90mm的废钢熔化时间计算结果如图1所示。

图11 不同尺寸废料在300℃和1400℃下的熔化时间

从图1可以看出：

（1）铁水温度对废钢的熔化影响很大；

（2）渗碳开始温度越高，越有利于废钢的熔化。

4、废钢烘烤温度对废钢熔炼的影响

废钢在铁水中的熔化过程分为两个阶段：1）废钢吸热升温；2）渗碳熔化。

第一阶段：铁水包碳后，废钢吸热升温，而铁水放热降温，临界状态是铁水与废钢达到热平衡状态，铁水与废钢温度相同，此时的温度即为第二阶段渗碳开始温度。

第二阶段，铁水中的碳转移到废钢表面，形成渗碳层；废钢表面含碳量增加，熔点下降；当废钢表面渗碳层的熔点低于熔池温度时，废钢熔化形成液体。

设铁水100t，废钢10t，铁水初始温度为1450℃，废钢当量直径为50mm，计算废钢在不同初始温度下的平衡温度，计算结果如图2所示。

图2 不同初始温度对废料熔化的影响

如图2所示，随着废钢初始温度的升高，废钢与铁水界面层的平衡温度升高，两相区内固态碳质量分数下降，碳质传递的驱动力增大，有利于废钢的熔化。

当废钢在25℃时，平衡温度达到1340℃，熔化速度为0.07mm/s，废钢熔化时间为~13min；当废钢预热温度达到800℃时，平衡温度达到1400℃，熔化速度为0.11mm/s，废钢熔化时间为~8min，废钢熔化时间缩短至约~5min。

5 结论

（1）铁水温度越高，熔化时间越短，1300℃和1400℃时废钢的熔化速度分别为0.05mm/s和0.11mm/s；

（2）废钢预热有利于废钢在铁水中的熔化，当废钢在25℃时，废钢的熔化时间为~13分钟；当废钢预热温度达到800℃时，废钢的熔化时间由~8分钟缩短至~5分钟；

（3）为达到高废钢比下的热平衡，热补偿方法是：通过燃料燃烧进行热补偿。

结合以上研究成果，洛阳宇信在此过程中通过反复实践总结出两种更为广泛接受的方法：（1）纯氧燃烧；（2）炉后筒仓式废钢预热。

6 建议

（1）采用热效率高的设备（如纯氧燃烧废钢预热系统对废钢进行预热），火焰刚性要高，穿透力要强，废钢上下部温差要小。

（2）废钢预热过程中，应注意补碳（喷煤粉、碳粉）的效果：不但可以提高热效率废钢预热，减少预热过程中废钢的氧化，还可以提高废钢的回收率（碳可以还原氧化物）；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——凝结铁水在槽底结壳的风险！

以上是洛阳宇信在陈林泉教授指导下实践的总结，欢迎大家留言评论，提出改进建议或提出新的做法或来电、来函与我们联系，为提高废钢比，提高企业经济效益做出积极的努力。

下一期我们将介绍陈林泉教授关于废钢粒度对废钢熔化速度影响的研究。

天元二手物资

联系人：叶睿

《炼钢技术》专注于钢铁行业炼钢技术、装备及生产，包括铁水预处理、转炉炼钢、LF炉、RH、VD、VOD、AOD、钢包、中间包、连铸、耐火材料、铁合金等。微信交流群，商务合作请加编辑