加焦丁對轉爐煉鋼工藝進行能效補償技術有效解決了采用加入大量廢鋼增產等方法時煉鋼熱量不足的問題，有利于提高轉爐熱利用效率，達到提高鋼產量、降低鐵水單耗、降低鋼鐵料消耗的目標。本文針對某廠120 t轉爐能效補償工藝進行了研究，討論了某廠能效補償冶煉工藝在出鐵處和轉爐冶煉中加入焦丁技術的特點，實現了某廠鐵水單耗從810.3 kg/t鋼降到805.3 kg/t鋼，同時終點鋼水過氧化率從18.8%降到17.8%，石灰降低2 kg/t鋼，實現鋼鐵廠穩定生產并取得了顯著的經濟效益。

目前鐵精粉、球團礦等資源緊缺且生鐵價格居高不下，而廢鋼資源卻在不斷增加。為適應市場變化，國內外鋼廠探索在轉爐冶煉中添加廢鋼、降低鐵水消耗的方法以降低煉鋼成本[1-2]。胡昌志等[3]對重鋼煉鋼廠轉爐煉鋼采用碳質發熱劑增加爐內熱量，鐵水比顯著降低，碳的質量分數明顯增加，鋼水終點氧含量相對穩定，波動較小。管挺等[4]對轉爐煉鋼過程平衡計算結果的分析研究得出增加1 kg/t清潔升溫劑，可提高廢鋼比0.41%。Huber等[5]通過模型開發認為轉爐的傳熱機制是提高轉爐冶煉效率的關鍵。基于轉爐的熱量平衡角度考慮，由于轉爐是負能煉鋼，而且爐內的元素氧化等熱收入項遠高于鋼水物理熱等熱支出項，若不加入外部熱源進行供熱，僅加入廢鋼增產這條工藝路線還并不完善。本文主要研究添加焦丁對轉爐煉鋼工藝進行能效補償，解決煉鋼熱量不足從而提高轉爐熱利用效率，達到提高鋼產量、降低鐵水單耗、降低鋼鐵料消耗目標。

焦丁能效補償冶煉機理及用量計算

焦丁能效補償冶煉機理

煉鋼熔池反應是在氧化性氣氛下進行的。加入焦丁后，焦丁與熔池中的氧氣發生化學反應，產生熱效應。按碳氧反應式：

熔池中90%的碳氧化生成CO，10%的碳氧化生成CO2。焦丁參與化學反應生成熱量為熔池提溫，補充廢鋼大量加入造成的熱量短缺產生的熱量嚴重不平衡問題。轉爐煉鋼過程中碳氧反應不僅完成脫碳任務，還能完成加速鋼-渣界面反應的進行、攪拌熔池、均勻成分和溫度、去氣有利于非金屬夾雜物的上浮和有害氣體的排出、升溫放熱等任務。

焦丁能效補償用量計算

王建等[6]通過對轉爐煉鋼過程中使用類石墨進行提溫研究結果表明，加入1 t類石墨可使熔池升溫30~40℃，說明冶煉中焦炭對熔池提溫有明顯的作用，可有效的對廢鋼入爐熱量的減少進行增補，改善轉爐中熱量不平衡現象。對某廠基于穩定吹煉過程，減少鋼水過氧化率的焦丁加入量計算方法。焦丁補償量計算涉及的參數包含入爐鐵水量、鐵水化學成分、廢鋼配比、爐前鐵水溫度等。為了方便爐前試行，本文基于某廠轉爐生產統計數據，對計算過程進行了簡化，其方法是把鐵水溫度作為主要變量，將其余參數固化，多加入廢鋼的計算方法即：每加1 t焦丁可多加廢鋼量為W1，相應多產鋼水量。只有M2大于零時，加焦丁多加入廢鋼才具有經濟效益。由式(3)和(4)計算得出焦丁補償量與爐前鐵水溫度對照表(表1)。表2為某廠焦丁使用情況化驗結果。

式中，F1為熔煉系數；W1為熔煉廢鋼量，kg；W2為焦丁用量，kg；F2為廢鋼熔煉收得率；A為焦丁單價，元/t；M1為當前鋼廠的邊際效益，元/ t；M2為加焦丁的經濟效益，元/t。

試驗內容
工藝流程及試驗條件
以某廠120 t轉爐工業生產線為研究平臺，該廠生產流程為1250 m3高爐—120 t氧氣頂吹轉爐—155 mm×155 mm小方坯連鑄。某廠組織了冶煉高[P]鐵水生產試驗(廠內定義[P]>0.085%為高[P]鐵水)，工藝流程如圖1所示，生產目標如表3所示。

能效補償試驗內容

冶煉采用分階段加造渣料方式，造渣劑主要為石灰、白云石等。為達到快速成渣的目標，保證終渣堿度為2.8~3.5，終點碳含量控制在0.06%~0.12%。冶煉開始，進行下槍打火成功后加第一批料，石灰加入量1 t，白云石加入量為總量的全部，剩余石灰分2~3批加入，造渣劑在吹煉8 min之前加完。氧槍噴頭為5孔拉瓦爾型，出口壓力0.88 MPa，開吹氧氣流量設定為25000~27000 m3/h，氧槍按照“低-高-低”操作規范。在轉爐冶煉前期為了更好造前期渣，槍位距離液面約1.2 m，冶煉至90 s提高槍位至2.3 m，在冶煉中期防止爐渣返干，冶煉約9 min至終點壓槍操作，保證后期熔池攪拌，保證終點槍位液面高度約0.9 m。

目前，某廠煉鋼補償焦丁全部是在爐前通過高位料倉加入轉爐。隨著爐前加焦丁量增加，不僅焦丁的利用效率逐漸降低，同時還影響轉爐吹煉。根據某廠煉鋼工藝流程，將焦丁的途徑分為兩部分。第一次加入途徑在兌鐵后，即可將焦丁加入空鐵水罐里，將廢鋼加在焦丁上面，再將加好焦丁、廢鋼的鐵水罐運到高爐去受鐵。從高爐出鐵操作平臺投料孔投入空鐵水罐里；在鐵水罐受鐵之前一次性全部投完。第二次通過高位料倉將焦丁加入轉爐。

試驗結果與分析

轉爐加焦丁的限制及鐵水罐加焦丁的優點

某廠煉鋼為了多加入廢鋼，除了在爐前加廢鋼之外，還在高爐附近將廢鋼加到空鐵水罐里，再將加了廢鋼的鐵水罐拉到高爐去受鐵。再加入廢鋼的鐵水中，其碳含量已經不飽和，可通過加焦丁給鐵水補碳。按鐵水與廢鋼碳含量的差值，每加1 t廢鋼可加焦丁50 kg。目前鐵水罐廢鋼加入量為7.5 t/罐以上，按此計算鐵水罐焦丁總加入量350 kg/罐。鐵水罐加焦丁不僅能夠補充碳含量，未熔解的焦丁浮在鐵水表面，對鐵水保溫，能夠減少鐵水溫降。

轉爐加焦丁試驗結果如下：將焦丁分別加入鐵水罐、轉爐里，防止入爐焦丁過多出現影響吹煉、熱效率下降等問題，提高焦丁熱能利用效率。轉爐出鋼量118 t /爐，焦丁加入量500 kg/爐(折合4.3 kg/t鋼)。隨著入爐焦丁增加，供氧量、供氧時間也相應增加，對轉爐冶煉周期會有一些影響。此外大量焦丁入爐后，會增加汽化煙道、除塵系統的壓力，影響這些設施正常使用。為了避免轉爐加焦丁過多帶來的缺陷，根據某廠現場條件，將焦丁分別加入鐵水罐和轉爐里。表4為加焦丁鐵水溫降試驗記錄表。在鐵水罐加廢鋼之后，鐵水里的碳元素已經不飽和，此時，將焦丁加入鐵水罐，使碳元素溶入鐵水中，可以提高焦丁的熱能利用率。

在試驗過程中焦丁添加到鐵水罐時，無明顯煙塵和異響。如圖2(a)加焦丁后受鐵過程的鐵水罐內狀態。高爐出鐵操作平臺投料孔投入空鐵水罐里，在鐵水罐受鐵之前一次性全部投完。在此過程中，焦丁均勻鋪展在鐵水表面，表面為暗紅，溫度較低。圖2(b)為加焦丁后受鐵后的鐵水表面狀態。當焦丁進入鐵水罐中，焦丁浮在鐵水表面形成保溫層，有效地阻止鐵水表面高溫輻射熱損，降低出鐵過程溫降。通過技術工人測溫發現，試驗中平均溫降為186.4℃，觀察發現鐵水表面焦丁保溫層保持完好，說明焦丁在鐵水罐中保溫作用明顯。當鐵水罐到達煉鋼爐區域時，鐵水表面焦丁保溫層依然保持疏松不結蓋，不影響爐前兌鐵作業。

轉爐加焦丁對轉爐生產指標的影響

表5為轉爐原生產工藝與加焦丁補償工藝生產指標對比。鐵水單耗從810.3 kg/t鋼降到805.3 kg/t鋼，同時終點鋼水過氧化率從18.8%降到17.8%。冶煉生產過程中，焦丁入爐量增加，會伴隨著熱效率下降，因此要使鐵水單耗達到800 kg/t鋼，入爐焦丁量要達到1100 kg/爐以上。考慮熱利用效率以及加焦丁對轉爐吹煉時間的影響，轉爐加焦丁量不宜超過9 kg/t鋼，120 t轉爐加焦丁總量不超過1000 kg。焦丁可作為轉爐熱能調節劑使用，能夠穩定吹煉操作，降低鋼水過氧化率。通過加焦丁可以多加入廢鋼，焦丁加入量與多加廢鋼量之比為1︰1.65，即加1 t焦丁可以多加廢鋼1.65 t。試驗結果表明焦丁加入量不應超過9 kg/t鋼，120 t轉爐不超過1.1 t，這主要是由于焦丁的比重較小，吹煉后入爐的焦丁大部分浮在液面之上，極易被氣流帶走，同時浮在液面之上的焦丁燃燒產生的熱量，也大部分隨煙氣散失，只有部分熱量能夠被渣液和鋼液吸收利用，熱利用效率較低。為了提高焦丁熱能利用效率，應在兌鐵水之前將全部焦丁加入轉爐。

結束語

通過某廠能效補償冶煉工藝進行生產試驗研究，發現添加焦丁進行熱補償能穩定生產。

(1)在受鐵過程中加入焦丁可以起到保溫作用，減少鐵水溫降20℃，按100 t鐵水計，保溫產生的效益為1000元/罐左右。與焦粉相比，焦丁具有耐燃、保溫層保持時間長的特點。與覆蓋劑相比，對轉爐冶煉的影響更小更實用。

(2)在受鐵過程中，鐵水罐里的焦丁浮在鐵水表面可形成保溫層，有效地阻止鐵水表面高溫輻射熱損，降低出鐵過程溫降。

(3)在重鐵水罐等待及運輸過程中，鐵水表面焦丁保溫層保持完好，具有保溫作用。通過測溫可以確定，鐵水罐到達煉鋼爐前時，鐵水表面焦丁保溫層依然保持疏松不結蓋，不影響爐前兌鐵作業。

(4)某廠鐵水單耗從810.3 kg/t鋼降到805.3 kg/t鋼，終點鋼水過氧化率從18.8%降到17.8%，石灰降低2 kg/t鋼，取得了顯著的經濟效益。

文章來源——金屬世界