铁水包废钢预熔预热新工艺在某钢铁公司的应用

2020-04-22杨得军

中国金属通报 2020年3期

杨得军

（唐钢国际工程技术股份有限公司，河北唐山 063000）

在转炉炼钢过程中，铁水和废钢是主要的金属原料。近年来，国内外很多转炉炼钢厂为了降低能耗，都在努力为增加转炉废钢的熔化能力，借此降低铁水消耗量。同时，随着国家工业化的发展，社会上的废钢越来越多，在铁水供应能力不足的炼钢厂，更是在采用各种方法、进行多种试验，以增加废钢比例[1-4]。

1 转炉高废钢比冶炼技术现状

目前，国内外转炉炼钢增加废钢装入量，主要采取下列措施：

（1）在转炉外将废钢加热，将加热后的废钢装入转炉内，再兑铁水，用通用的转炉氧枪炼钢。这种工艺可以提高转炉废钢装入量，但废钢在炉外加热，数量有限，加热的温度有限，废钢比不能大幅度提高。

（2）将废钢装入转炉内，用燃烧器的高温火焰加热废钢。这种工艺可以大幅度地提高转炉废钢装入量，但废钢在转炉内加热，占用很多时间，降低转炉作业率，影响钢的产量。某钢铁公司采用在空铁水包中加入废钢，采用新型多孔氧燃枪设备，通过新型多孔氧燃枪喷射出的燃气与氧气，对铁水包内废钢进行预熔预热。铁水包中加入高炉铁水后，可实现对预熔预热后的废钢进行熔化。

2 新型多孔氧燃枪设备

（1）通用转炉氧枪。氧气顶吹转炉是目前世界上最主要的炼钢设备。通过设置在转炉上方的转炉氧枪，向转炉内吹氧，精炼钢水进行炼钢。目前，各国通用的转炉氧枪是由三层套管组成，内层钢管通氧气，氧气通过紫铜的喷头进行喷吹；冷却水由中层钢管进入，冷却氧枪与喷头；冷却水经外层钢管与中层钢管之间的环缝返回。这种氧枪只有吹氧的功能。通过氧气与铁水中的碳、硅、锰、磷、硫及铁等元素，进行化学反应，放热进行炼钢。除铁水的内能外，不能引入外部热源。

（2）新型多孔氧燃枪。多孔氧燃枪是一种具有燃烧和吹氧两种功能的设备，既可以应用在铁水包对废钢进行预熔预热，又可以取代电炉供电设备或取代氧气顶吹转炉的普通转炉氧枪来实现炼钢。

图1 多孔氧燃枪

如图1所示，它由四层套管组成，四层套管由内向外依次形成氧气通道1、燃气通道2、冷却水进水通道3和冷却水的回水通道4，氧燃枪喷头5于进氧气通道、燃气通道头部出口对应处分别设氧气喷孔7和燃气喷孔6，进水通道和回水通道之间通过氧燃枪喷头联通，氧燃枪枪体上依次设置有与进氧气通道1联通的进氧气支管8、与燃气通道2联通的进燃气支管9，与冷却水进水通道3联通的进水支管10，与回水通道4联通的回水支管11。同时向炼钢炉内喷吹燃气和氧气，燃气流股和氧气流股形成伴随流，每一股伴随流，氧气流股在中心，燃气流股环绕在氧气流股的周围或者燃气流股在中心，氧气流股环绕在燃气流股的周围。

氧气喷孔和燃气喷孔的数目相同或呈一定倍数，喷孔数目为三孔、四孔、五孔、六孔的一定倍数。

氧燃枪的燃气通道内使用可燃烧介质为煤气、天然气、石油液化气或柴油。

3 铁水包废钢预熔预热新工艺

（1）工艺流程概述。转炉装铁结束后，在100t规模的空铁水包内加入5t～8t废钢，由多孔氧燃抢燃气孔喷出的燃气和氧气喷孔喷出的部分氧气，在铁水包内燃烧，形成高温火焰，并发出大量的热量，实现对废钢的预熔预热，至废钢快速预热站进行废钢加热，加热时间5min～8min，加热温度至800℃左右，然后加盖进行保温，再转移至炼铁区加入铁水。出铁过程中，高温铁水将加热烘烤过的废钢全部熔化。

铁包废钢预熔预热系统配套接入现有除尘系统。可以满足高温烟气的除尘需要，粉尘单独回收，风量核定按照氧燃枪气体上限设计，约为20000Nm3/h。

转炉废钢预热系统不需增加额外水量，铁包废钢预热系统需增加设备冷却水300m3/h。

控制系统为设备铁水包废钢预热成套设施。

（2）废钢技术经济指标（理论计算）。按正常工况考虑，铁水罐接铁水110t、兑废钢4t～8t为基准，计算得出的铁水包预热废钢技术指标见表1。

表1 铁水包预热废钢技术指标（理论计算）

根据表1进行的测算，加废钢预热800℃，铁包废钢可增加8t左右（铁水消耗降低80kg/t），但铁水温度降低36℃左右（按理论计算铁水消耗升高36kg/t），最终可实现铁水包废钢比最高位8%，并降低炼钢铁水消耗约40kg/t左右。

由于对转炉装铁结束后的空铁水包的余热实现综合利用，同时因为预熔预热后减少铁水温降，缩短了转炉冶炼所需要的时间，对企业实现节能减排起到一定作用。

3.3 废钢烘烤试验实践

废钢烘烤项目进行热试两个包次，分别为二期14#及6#铁水包，测试情况见表2。

表2 铁水包预热废钢技术指标（试验值）

烘烤结束拉至高炉接铁水，接铁水后废钢全部融化，捞渣及转炉装铁过程未发现有结坨现象，达到相关技术指标要求（单次废钢加入量5t～8t，烘烤5min～8min，温度500min～800min）。烘烤过程除尘系统良好，无烟尘溢出现象。

同时由上述数据可知，废钢烘烤后对铁水温度无明显影响，但铁水碳含量下降约0.20%，铁水P含量降低约0.010%，与理论计算降低量基本一致。

废钢烘烤图片见图2。

4 优势与特点

①由于带来外部热源，可大幅提高废钢比。②由于废钢比铁水经济并环保，特别是铁水不足的钢铁公司，增加废钢装入量，可以降低转炉炼钢成本，经济效益显著。③由于火焰温度高，炉渣熔化快，可以缩短炼钢时间，增加钢产量。④由于化渣快、化渣好，有利于去除钢中杂质，提高钢的质量。⑤由于具有加热功能，当钢水温度低时，可以快速升温，有利于炼钢的顺利进行。⑥燃气伴随氧气一起喷出，火焰温度高，氧气流股刚性好，穿透能力强，有利于温度均匀。