优化配比降低转炉原料消耗的工艺研究

邢芬

摘要：在升级或淘汰落后高能耗产业的大环境下，转炉炼钢作为一种高能耗的产业，面临着技术升级的攻关任务。本文对转炉冶炼过程中影响钢铁原料损耗的各种因素进行分析，讨论如何通过优化主原料配比、种类及副原料种类来实现节约原料，目的在于优化转炉冶炼生产过程，降低炼钢企业生产成本。

关键词：转炉冶炼；原料损耗；优化

引言：自党中央提出绿色发展、生态优先的发展思想以来，加快技术创新、产业升级就成为高能耗行业的重点任务之一。在转炉炼钢领域中，钢铁原料消耗量很大，对环境造成了较大的负担，是产业升级的重点攻关对象。而且，近些年原材料市场价格波动幅度较大，限制企业控制成本、扩大盈利空间的效果，占据企业生产成本85%以上的转炉生产原料使用量降低，是企业技术创新的主要指标。

1 影响转炉冶炼过程中原料消耗的主要因素

转炉生产过程中，除正常的原料向产物转化外，因化学吹损、喷溅损失等原因出现的原料消耗都在损耗计算范围内。损耗在转炉冶炼过程中必然发生，但由于原料、配料等条件所限出现的过大损耗，直接限制企业的生产经营效果，影响企业的节能降耗。

1.1 化学吹损

转炉冶炼过程中，铁水和废钢生成钢水的过程发生了氧化反应。氧化损失是转炉冶炼过程中造成原料消耗、损失的主要因素。氧化反应过程中出现的损失包含必然的和可以避免的损失两部分，其中必然损失主要指铁水和废钢生成钢水过程中各种化学元素的剥离，如碳含量从4.8%降至0.08%，仅碳元素的损失就达到4%以上；可以避免的损失主要指氧化过程中因过氧化现象出现的原料损失。

1.2 喷溅损失

在转炉冶炼过程中，喷溅通常会伴随着不当操作而产生。喷溅会导致部分原料与炉渣一同脱离转炉，形成原料损失，损失量通常在0.5%~2%范围内。如果转炉冶炼途中出现大喷，损失量会高于2%。通常情况下，铁水带渣量大容易引起喷溅，会造成大量的喷溅损失。

1.3 排出损失

转炉冶炼过程中需要不断排出烟尘、炉渣，部分原料通过此途径脱离转炉冶炼范围，同样会形成原料损失。氧枪中心区的铁在被氧化过程中容易因为吹炼而伴随烟尘排出，损失量通常在0.8%左右；炉渣倒出时，部分金属以液滴形式悬浮其中，形成铁损，损失量通常在0.4%~6%范围内。随烟尘排出而损失的部分原料可通过除尘回收形成污泥球，污泥球进入转炉二次利用可降低排出损失。

1.4 带渣量大

铁水带渣量大容易引起大量喷溅，形成原料损失。影响转炉渣量的因素主要为原材料的含渣量和加入副原料后产生的炉渣量。生烧石灰和过烧石灰在转炉冶炼中的有效利用率不同，活性度高的石灰能够有效降低炉渣量。高镁灰、白云石等辅料的加入能够促进转炉冶炼，但也会增加炉渣量，适当减少辅料加入量，平衡冶炼效率和炉渣量，有助于降低原料损耗。

2 降低转炉冶炼过程原料损耗的可用策略

2.1 优化入炉铁水废钢的配比

优化铁水和废钢的配比，是优化转炉热量，降低原料消耗量的可用方式。此种降低原料损耗的方法已经有成功案例。近些年陕西钢铁集团龙门钢铁有限责任公司炼钢厂一直在尝试通过调整铁水与废钢的配比，来降低原料消耗量。2022年1月，炼钢厂将配比调整到15%，当月污泥球、烧结矿、钢渣粉含铁原料的加入量超过60kg，钢铁原料消耗量降至1037kg/t，达到本厂调整配比以来的最低，达到全国先进水平。调整铁水废钢配比后，转炉热量更加富裕，渣料调整余地扩大，有利于进一步追求节能降耗生产。

2.2 调整渣钢用量和矿石用量

在转炉生产中，适当调整水洗渣钢、颗粒废钢代替铁块的比例，增加磁选渣钢用量，合理控制矿石用量，适当增加钢水量，都能够一定程度降低转炉原料损耗。这是因为水洗渣钢中含有较高的二氧化硅，与颗粒废钢、磁选渣钢相比，加入相同量时产生的渣量更多，容易引起喷溅，形成较高原料损耗。所以，转炉冶炼中应适当向下调整水洗渣钢占比。颗粒废钢在三种废钢中价格较低，出渣量适中，可以适当使用。磁选渣钢出自炉底渣，属于炼钢厂自产，可视为没有成本。磁选渣钢的降温和调渣能力弱于矿石，过多加入会影响转炉冶炼的稳定性，但适当少量加入既能够降温，又能控制炉渣活跃度，属于较为经济的选择对象。转炉吹炼前中期，磁选渣钢与矿石的配比应控制在4:1，中期炉渣活跃度较高，应少量、分批加入磁选渣钢，控制炉渣避免过于活跃同时降温，后期不加入炉渣，避免造成钢水回磷和熔化还原效果差，避免造成炉渣对脱氧合金化的影响[1]。

2.3 调整副原料的使用种类

石灰是转炉冶炼中重要的氧化剂，能够中和炉渣的酸度，防止因氧化物被还原导致钢水发生性质变化；能够还原钢水中的二氧化碳，提高钢的硬度和强度；能够吸收磷、硫等对冶炼有负面影响的元素，提高钢水质量。在副原料的使用方面，首选活性较高的石灰，一般要求石灰的钙氧化度在90%以上，而酸不溶物含量在3%以下，灰份含量在5%以下

[2]。石灰加入量应遵循“一个硅三个灰”原则，比如硅含量0.6%时，石灰加入总量应控制在1800kg，分别在前期、碳焰初起、泡沫渣出现、后期温度较高易喷溅时加入石灰。石灰的具体加入量应结合转炉内炉渣实际酸碱度进行灵活调整。随着科学研究的不断加深，技术人员发现用石灰石代替石灰进行转炉冶炼，能够减少能源消耗，降低生产成本。原因在于，生产石灰需要煅烧石灰石，过程消耗能量、产生二氧化碳，而石灰石直接用于转炉冶炼则无需煅烧步骤，可实现进一步节能减排；且生产应用成功案例说明，石灰石代替石灰，可提高渣质量和钢性能，可提高渣的流动性促使渣与钢水更容易分离，石灰石分解产生的二氧化碳还可对转炉内的反应环境进行搅拌，提高杂质的去除效率。

选用轻烧白云石代替生白云石，能够提高炉渣中氧化镁的含量，降低炉渣对转炉炉衬的腐蚀；能够缩短炉渣产生的时间，提高磷脱除的效果；能够加速石灰的熔化，促进初渣的产生。相较于生白云石，轻烧白云石经过950~1000℃的煅烧，不需要如生白云石一般吸收炉内的热量进行分解反应就能够提供大量的氧化镁和氧化钙。所以，使用轻烧白云石还能够代替部分石灰的使用，降低石灰的用量。适量加入轻烧白云石还能够改善炉渣的流动性，提高炉渣带走杂质的性能，有利于减少炉渣中带钢量。

2.4 充分利用烧结返矿冶炼

烧结返矿具有干燥、洁净、含硫量低、颗粒均匀等特征。在转炉冶炼过程中，单次加入小于200kg的烧结返矿，均匀分布在转炉内，可适当降低炉膛温度，且不容易引起喷溅，可降低喷溅造成的原料损失[3]。

结语：在转炉冶炼过程中，主原料、副原料的配比使用对钢铁损耗有较大的影响，优化原料配比是降低钢铁损耗、实现转炉冶炼节能降耗的可用手段。本文从主原料配比、使用种类和副原料使用种类进行分别讨论，目的在于降低转炉冶炼钢铁原料损耗，降低冶炼生产成本。

参考文献：

[1]陈栋.转炉钢铁料消耗分析及降低措施[J].冶金管理,2021,(11): 1-2.

[2]李亚华.氧气转炉炼钢用石灰石代替石灰节能减排初探[J].冶金与材料, 2023,43(10):13-15.

[3]彭建昌.基于炉料结构的转炉钢铁料耗指标优化实践[J].福建冶金, 2023, 52 (04): 13-18.