南钢炼钢降低铁耗促进节能减排的生产实践

2022-07-26张红军吕长海

新疆有色金属 2022年5期

张红军吕长海

（南京钢铁股份有限公司，江苏南京 210000）

1 前言

随着气候变化的不断发展，极端天气及自然灾害事故引起人们的关注，其中温室气体CO2的排放对此影响最大，对气候变化的影响度占50%以上。世界能源公布了2020年全球CO2排放数据，全球CO2排放量达到323.1亿吨，与前一年相比降低6.2%[1-2]。在钢铁制造过程中，大量的碳基材料及化石燃料被消耗，排放的CO2对全球的贡献约占6%-7%[3]。针对降低CO2排放，各国均开展了减排技术的研究，2021 年中钢协发布了《钢铁担当，开启低碳新征程--推进钢铁行业低碳行动倡议书》，倡议书中提出要力争2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”的目标。

2 南钢转炉炼钢工艺介绍及低铁耗冶炼制约因素分析

2.1 南钢转炉炼钢工艺介绍

南钢第一炼钢厂有三座150吨转炉，精炼设备为LF 和RH，采用板坯连铸生产中厚板，主要钢种为工程机械、管线钢、高强钢、耐磨、低温容器等。铁水预处理主要对铁水进行脱硫、扒渣，采用KR 脱硫工艺，将铁水S 脱至0.005%以下。转炉炼钢的金属料包括铁水、废钢及少量铁块，辅料主要为石灰、白云石，冷却剂为烧结矿、白云石，转炉根据铁水Si 含量，选择合适的造渣工艺组织生产。

2.2 南钢转炉低铁耗冶炼制约因素

（1）转炉在低铁耗冶炼时，由于热量不足，造成转炉生产不稳定，容易溢渣喷溅，总体冶炼损失及消耗较高，应配加一定量的发热剂。

（2）转炉废钢加入方式单一，单纯从转炉增大废钢用量的方法，加剧了上述问题的发生，应考虑综合降低铁耗的方法。

（3）废钢的堆比重低，不满足料槽配重，应多方寻找试验高堆比重废钢料型。部分废钢料型油污重、尺寸过小，易粘炉底，在转炉冶炼前期易低温喷溅。

3 南钢转炉低铁耗炼钢工艺优化及对节能减排的影响分析

3.1 优化生产工艺流程

转炉炼钢的造渣方法有单渣法、双渣法，冶炼初期采用双渣法工艺生产低磷钢种，在吹炼前期倒渣，之后重新造渣，直至吹炼结束，其脱磷率可达94.5%及以上，该方法适用于铁水Si高、P高的情况，同时对冶炼钢种的终点成分要求较高的钢种。

通过改进吹炼过程的枪位、氧枪头参数及原辅料的质量等方法，实现了单渣法工艺冶炼低磷钢，在吹炼过程中不倒渣，直至吹炼结束，通过吹炼工艺的优化，其脱磷率也可达到94.5%以上，满足了一般低磷钢种的生产需求，同时辅料消耗显著降低。

为了提高低铁耗下转炉前期的化渣速度，由不留渣改为留渣操作，提高热渣比例，降低冷物料的加入量，减少吹炼前期的铁损。

3.2 优化废钢原料种类

针对前面提出的问题，重点解决了废钢种类问题，料槽废钢以精剪、钢板废料、破碎料及钢筋切粒搭配自产为主，同时采购部分生铁块废钢，配合使用部分硅碳质发热剂，优化前后的废钢料型见图1。

图1 优化前后不同的废钢料型

以稳定转炉冶炼为中心、兼顾炉料结构综合性价比最优，分别试验了800kg/t-920kg/t铁耗下的废钢料槽配料模型。当铁耗为875kg/t 及以下时，料槽废钢总量大于30t，优先配普通料型废钢，严控高堆比重废钢使用量；当铁耗为820kg/t及以下时，料槽废钢配重以41t为上限，其余使用高位料仓和合金仓加料方式，综合降低铁水比，稳定转炉冶炼过程。

3.3 操作工艺的精细化

试验大马赫数氧枪头，动态调整总装入量，提高熔池的冲击深度比，加大熔池的搅拌，提高化渣效果和脱碳速率。加大对原辅料的抽查，特别是石灰的质量控制，对于单渣法低铁耗生产低磷钢，石灰质量直接影响脱磷效果。控制溢渣和喷溅发生次数，可有效降低金属料损失和熔池的热损失。通过操作工艺的精细化管理，转炉终点一倒命中率由94.89%提高至96.37%，终点O 含量合格率由71.43%提高至75.35%，稳定了低铁耗下的钢铁料消耗指标，及各类介质消耗和电耗。

3.4 煤气热值和蒸汽回收量

转炉负能炼钢主要依靠二次能源煤气和蒸汽的回收利用，采用先进技术提高煤气和蒸汽的回收利用率，实现节能降耗是各炼钢企业一直追求的目标。低铁耗操作时，回收煤气的热值会产生一定影响，同时吹炼时间延长增加介质消耗。2020 年和2021 年的平均铁耗分别为920kg/t 和860kg/t，2020 年回收煤气的热值为0.86 GJ/t、蒸汽回收量35kg/t，2021 年回收煤气的平均热值为0.84 GJ/t、蒸汽回收量38kg/t。据此推断低铁耗生产在降低CO2排放的同时，使能耗升高。因此，应根据新型配料结构，调整转炉的吹炼工艺，进一步降低能源的投入产出比。