转炉炼钢是当前钢铁制造的核心技术，主要依靠铁水和废钢作为原料。由于优质铁矿石价格居高不下废钢预热连续加料工艺，高炉炼铁的成本不断攀升。另一方面，国内废钢价格一直比较低廉。为了借助铁矿石与废钢之间的价格差异来控制成本，并且有效处理废钢资源，许多钢铁公司已经普遍采用增加转炉炼钢中废钢使用量的策略。废钢属于一种硬度高、成分复杂的固体废弃物，若直接加入转炉，会对熔池温度和钢水成分造成不同影响，进而波及炼钢工艺水平，确保高比例废钢使用下的冶炼品质，已成为众多钢铁公司探索的核心课题。

高废钢比对转炉炼钢的影响

1.1 对转炉终点碳温控制的影响

采用大量废钢进行转炉加工制造，会降低吹炼时起火的平稳性，并且对造渣过程产生负面作用，进而干扰最终碳含量和温度的调控。废钢在炉内液态区的转变过程较为复杂，可以划分为铁水表层凝结、凝结层消融、废钢吸碳熔化这三个步骤。细小的板状废钢拥有较大的比表面积，在冶炼初期会快速融化，然而这种现象会造成熔池温度的急剧下降，进而导致转炉在吹氧时难以点燃，尤其是当使用低压氧打火工艺时，这个问题表现得尤为突出。探究不同废钢配比对熔体温度的作用，考察了投放不同成分废钢后熔体温度的波动情况，为了减少其他因素的干扰，实验选用相同规格和重量的废弃板材进行，实验数据见表1。

从表1可以知道，废钢比例的提高对熔池温度的作用很突出，会导致熔池温度显著下降。熔池温度偏低，导致冶炼初期炉内金属变得粘稠，降低了熔池中热量与物质交换的效率，使得吹氧区域产生的热量难以扩散到熔池其他区域，熔剂升温过程也相对迟缓，尤其是那些体积较大、形状不规则且含碳量低的废钢，其自身的熔化过程本身就比较缓慢，当这类废钢的比例过高时，整体升温速度会进一步减慢，最终造成转炉中炉渣形成不顺利，初期脱磷效果不理想，因此不少钢铁公司会采用添加助熔材料的方式来加快熔剂升温。当转炉成渣不顺利时，终点碳温的准确率会降低，同时可能引发高温炼钢和氧化炉次增多的情况。

1.2 对炉衬的冲击影响

高废钢比转炉在开展炼钢工作时，废钢比例的提升导致废钢投放量增多，装料环节对炉壁耐火材料造成更强烈的冲击，尤其当废钢仓容积有限且重型废料占比较高的情况下，不仅会延长耐火材料承受冲击的时长，还会增强冲击的力度，从而对转炉内衬的维护带来负面影响。国内某钢铁企业历经多年，针对提升废钢比例后同类转炉运行的技术经济指标展开了深入探究。研究发现，采用高比例废钢对出钢口的使用年限、炉衬的耐久度以及炉衬的修缮工作均产生了明显作用。A钢厂自2016年6月起，逐步将转炉废钢掺量从18%增至32%并稳定下来，B钢厂则从2017年3月起，逐步将转炉废钢掺量从15%增至40%并稳定下来，计算显示，废钢比例提升致使两家钢厂转炉出钢口的使用年限分别降低了32.1%和33.3%，整体使用年限缩减，炉体更换次数随之增加。炉况逐步变差，尤其是渣线区域耐火材料破损情况突出，形成了凹陷。另外，在冶炼起始阶段，由于炉内熔融区域温度不高，导致成渣过程艰难，并且炉渣的碱性程度偏低，因此转炉内壁的耐火材料遭受了更严重的破坏。

另外，因为铁水单位消耗减少，冶炼时整体渣量降低，渣里面FeO成分比例反而升高，导致覆盖在炉壁上的熔渣层变薄，熔渣保护炉壁的作用显著减弱，从而加大了炉壁维护更新的复杂程度。

1.3 对炼钢终点钢水成分的影响

使用提温材料实施高比例废钢熔炼会提升转炉中的硫元素水平，并且冶炼最终阶段钢液的氮成分有上升倾向。为了符合表2所列预热废钢和常规废钢在转炉生产中的技术指标，特别是针对高比例废钢的情况，许多工厂会从外部采购废料。然而因为难以掌握外购废料的硫含量，因此导致硫成分波动不定，进一步干扰低硫钢的硫元素控制，并引发炼钢末尾钢液氮含量的明显波动。另外，为了补充转炉的热量来源，主要依靠焦炭来提升温度，而焦炭的硫成分偏多，这就导致转炉中硫的回收量进一步上升，大块且不是板状、含碳量低的废钢，其熔化过程比较缓慢，从而影响了转炉去除氮的效果，同时为了降低提温剂的消耗量废钢预热连续加料工艺，对转炉最终阶段钢水碳含量的把控更倾向于取较低值，由此造成冶炼完成时钢水中氮的含量有所提高。

高废钢比下转炉炼钢生产的优化措施

2.1 应用废钢预热技术

为了减少废钢投放时对熔体温度的干扰，众多钢铁公司开始运用废钢预热手段，以提升进入高炉的废钢热度。为了在实施废钢预热的过程中，降低废钢的氧化程度，一般将预热温度维持在700度到800度之间。现阶段，较为普遍的废钢预热方法包括

钢铁包烘烤器用于加热废钢，借助现有设备完成，然而火焰温度偏低，导致预热成效不佳。

将薄小废钢投入料仓，借助加温设备将其加热到六百度到八百度，然后倾倒进铁水包，覆盖保温层等待送入高炉或转炉，这种办法适合对铁屑和废钢块进行加热，可以一次性加热一车（座）所需废料，不过加热温度不高，而且废料斗容易变形。

这种热交换系统采用电磁直喷方式预热废钢，其工艺流程为，不断投入废钢，借助预热装置将废钢加热到八百度，随后将预热好的废钢送入高炉用于接收铁水，或者转运至转炉进行兑铁操作，这种方式的长处在于可以持续添加废料，并且完成高效的废钢预热过程。

SPEARC技术具有显著优势，其核心在于通过竖井实现连续废钢喂入与预热，有效利用烟气中的热量，同时该技术能够与EBT炉壳深度实现良好适配，运行维护也较为便捷，此外还支持全程采用平熔池泡沫渣工艺，有利于提升电弧热转换效率，并减少作业时的噪音污染。

废钢预热的新方法，为解决旧式投料时效率不高、能耗过大及环境污染等难题而设计。借助传送设备把废钢送入电炉，使生产效能和环境保护水平得到改善。

该钢铁加工企业运用料仓式升温方法对废旧钢材进行加热，通常升温至758度，具体数据参见表2。根据表2信息，采用已升温的废钢能够大幅提升最终温度，与常规工艺相比，每吨铁的消耗量减少78公斤。扣除升温费用，每吨钢材能节省开支2.9元。

2.2 优化废钢质量管理

提升炉料废钢的品种和质量标准，严格管控废钢的形态，减少非板材形态废钢和低碳钢的投入量。若要购买外部废钢，应优先选择尺寸较小的粉碎型废钢和生铁块。通过考察各类废钢与转炉原料消耗及炉渣量的关联性，改进废钢的投放组合，确定最优化的废钢搭配方案，以此削减炼钢过程中的费用支出和生态破坏。实验数据揭示，废旧钢材的优劣程度对熔炉中金属原料的耗费以及炉渣产出量有很明显的作用。成分纯净的废旧钢材能够减少熔炉中的杂质含量，从而有助于降低金属原料的耗费和炉渣的产出量。某公司在其120吨熔炉的改进测试中观察到，最适宜的废旧钢材组合是重质废旧钢材占三分之一，钢筋头占十六分之一，普通生铁占二十六分之一，硫磺钢块占六分之一，以及浮渣物质占十六分之六。这种配比可以降低转炉冶炼成本，并满足冶炼钢种的要求。

2.3 选择合适的提温剂

当废钢占比过高时，炼钢过程中会出现钢水热量不够的情况，因此必须添加助熔材料来提高温度，确保生产所需的热量能够平衡，这是为了维持正常的冶炼操作。尤其是从高炉到转炉的运送时间较长，铁水温度会明显下降，所以在冶炼过程中，要按照标准来使用助熔材料，以此减少这种材料对生产造成的不良后果。使用焦炭作为助熔材料，它具有熔化快、升温效果好的特点，而且费用比较低廉。因此，在熔铁过程中，焦炭被当作助燃物而大量采用。表三、表四，展示了该厂采用助燃物前后，各项炼铁工艺参数的对比状况。

通过观察表3和表4，可以发现，在冶炼过程中掺入焦炭，吨位钢铁水的耗费程度大幅度降低，而废钢的占比则明显上升。这说明，将焦炭当作加热原料使用，展现出相当优越的经济和技术效益。

但焦炭温度高导致消耗量大，并且容易使钢水中的硫含量增加。针对这种情况，炼铁厂在冶炼低硫钢时，会减少焦炭的投放量，同时增加硅铁的投入量，以此来减少硫的回归量。对于硅含量偏低的钢水，尤其是低磷钢，可以根据具体条件适当加大硅铁的用量，能够有效改善熔炼过程中的渣化状况，从而提升磷的去除效率。

2.4 优化转炉造渣工艺

转炉炼钢造渣方法主要有两种，一种是依靠铁元素造渣，另一种是利用钙元素造渣，造渣的宗旨是在炼钢期间构成碱度适宜且流动性佳的渣层，确保渣层对炉体的防护效果。一般情况下，转炉炼钢多选用含钙造渣方法，这种工艺在操作时，炉渣的碱性较高，氧化铁成分较少，对于提升炼钢各环节的工艺参数效果显著，不过含钙造渣有个缺点，就是炉渣容易失去水分，因此不适合用于含磷量低的钢种冶炼。

高废钢冶炼过程中，转炉初始熔池温度偏低，导致造渣不顺畅。使用含铁造渣技术，可以在一定程度上缩短废钢熔化周期，加快造渣进程，不过这种工艺方式会对吹炼环节的稳定性造成负面影响，给生产自动化操作带来挑战，同时对转炉生产流程的技术标准提出了更高要求。采用铁质成渣工艺来增加废钢使用量，实际操作时需留意以下几点：首先，造渣材料要分次投放，初期的熔剂以镁质为主，这能促进熔池温度上升，加快废钢熔化速度，同时改善造渣状况并保护炉面不被侵蚀；其次，根据化渣进程，熔剂要分段加入，每阶段的投放量要适当，这样逐步进行才能确保造渣效果；再者，要防止炉渣变干，熔剂加入应在吹氧操作三分之二的时间内全部结束，以此来确保最终炉渣的各项质量要求。

结论

钢铁制造企业依据实际操作经验，考察并剖析了增加回炉材料在转炉熔炼流程中的效用。借助实施回炉材料预热手段，改进回炉材料品质管控，挑选恰当的升温材料，调整转炉成渣操作技巧等手段，在确保转炉熔炼品质的前提下，提升了回炉材料的使用比例，减少了转炉熔炼流程的支出。

作者：文/河北钢铁集团邯钢能嘉钢铁有限公司郭振泳

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