最近十幾年，高爐的工藝操作有了很大范圍的改變，特別是噴煤工藝的推廣，但在爐料方面，幾乎沒有變化。雖然現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了一些用來控制爐料分布的新方法，但是實際爐料仍然是由塊礦、燒結(jié)礦、球團礦、焦炭和少量的熔劑組成。本文將探尋使用被切割成碎塊的廢鋼作為爐料的想法。
高爐爐料中加入廢鋼塊具有很多可能的優(yōu)點。由于廢鋼塊屬于充分還原后的金屬，因此其僅需能量來加熱和融化為鐵水即可。所以如果在高爐上料過程中添加廢鋼，是可以提高高爐生產(chǎn)率及降低燃料比的。通過調(diào)整廢鋼的粒度大小，還可以調(diào)節(jié)料床的氣孔率，也就是透氣性，同時抵消高爐在高噴煤比下發(fā)生氣孔減小的情況。
如果從整體工藝流程來考慮，高爐冶煉工藝與電爐相比，是一個較為完善的工藝生產(chǎn)過程，因此高爐對廢鋼成分和等級要求較低。
綜上所述，我們將高爐廢鋼添加方式簡單分為鐵前添加和鐵后添加兩種，鐵前添加方式主要為從高爐上料系統(tǒng)之前添加廢鋼進行冶煉，鐵后添加主要為出鐵場添加廢鋼。
1.鐵前添加廢鋼
在探尋鐵前添加廢鋼方式之前，我們要先分析高爐冶煉對廢鋼原料的耐受性，其中最主要的是爐內(nèi)布料方式。在預先設(shè)定的實驗條件下，例如：認定廢鋼開始融化的溫度是鐵的共晶熔點1147℃，焦比450kg/tFe、煤比57kg/m3、廢鋼塊平均直徑范圍在10mm左右。
布料方式分為三種，分別為中心廢鋼布料、均勻廢鋼布料、爐墻廢鋼布料。經(jīng)過大量的實驗和計算，發(fā)現(xiàn)在中心廢鋼布料狀態(tài)下，回旋區(qū)溫度隨著廢鋼比的增加而大幅度地降低，但是另外兩種廢鋼裝料方案對回旋區(qū)溫度只有很小的影響。這些結(jié)果可以解釋如下：為了維持鐵水溫度，在鼓風速度恒定的情況下，單位時間內(nèi)的燃料比減少，使得吸熱的直接還原反應和熔損速度降低。
以前用于這些反應的能量現(xiàn)在用在廢鋼的熔化上。由于在單位鐵水中廢鋼熔化所需的能量比直接還原反應及熔化所需的能量少，所以總體上講，鐵水生產(chǎn)率提高了。而對于三種布料方式，經(jīng)過大量的實驗和數(shù)據(jù)分析，在中心布料的情況下，軸心部分由于廢鋼的需要而變涼，導致高爐內(nèi)煤氣分布出現(xiàn)意想不到的變壞。
而對于爐墻布料，并沒有使高爐穩(wěn)定性降低，由于廢鋼的透氣性小于焦炭而大于礦石，反而透氣性會增加，從而增加反應速度，高爐其他狀態(tài)同基準期非常相似。因此結(jié)論為：爐墻布料是三種方案中最好的。
廢鋼直徑對爐況的影響。選取5mm、10mm和25mm三種直徑的廢鋼，在爐墻布料方式的標準狀態(tài)下，經(jīng)試驗和計算，產(chǎn)量、燃料比和爐頂煤氣效率都幾乎不受廢鋼直徑的影響。當廢鋼直徑減小時，爐墻附近的料床透氣性隨著廢鋼直徑的減小而下降，軸心料床的透氣性沒有變化。這增加了軸心區(qū)域的煤氣流，使得爐頂煤氣平均溫度升高。隨著廢鋼直徑的增大，由于料床的透氣性增加，爐墻熱損會增加，鐵水溫度會下降。因此總和考慮各種因素，業(yè)內(nèi)一般選用10mm左右粒度的廢鋼最為合適。
總的來說，最適宜的布料方案，是將廢鋼布到僅只超過高爐半徑外側(cè)的一半，這樣使高爐內(nèi)部狀態(tài)同無廢鋼操作相比變化最小，而明顯的表現(xiàn)出產(chǎn)量的提高和燃料比的降低。廢鋼直徑對高爐狀態(tài)也有一點小影響，最顯著的變化是煤氣流和壓力降。這是由于料床平均透氣性的變化而引起的。
鐵前添加廢鋼方式
鐵前廢鋼添加主要分為高爐槽下添加和燒結(jié)添加兩種。燒結(jié)添加主要使用兩種原料，分別為成本較低品位不高的氧化鐵皮，和優(yōu)質(zhì)的鋼砂鋼粒原料。配料時添入，經(jīng)燒結(jié)機生產(chǎn)出高品位的燒結(jié)礦，供高爐使用。這種添加方式對高爐爐況變化影響幾乎為零。但有原料供應量的限制。另外，由于華北地區(qū)霧霾問題，環(huán)保壓力很大，燒結(jié)工序是鋼廠冶煉工藝環(huán)節(jié)中控制揚塵的首要工序。
另一種方式為高爐槽下添加。高爐槽下添加廢鋼的布料方式和粒度，在前文中已經(jīng)進行了分析和實驗，在此不在詳述。添加的位置分為高爐兩側(cè)上料皮帶機尾，和選取一個小稱量斗。其中，上料皮帶機尾上料的方式不利用對廢鋼重量的稱量，在此種上料方式下，如需稱量則需另外增加皮帶秤進行計量，成本增加較高，也較為復雜。
小稱量斗上料的方式比較簡單易行，在高爐槽下眾多小稱量斗中選取一個，作為廢鋼稱量上料使用，在槽下附近另建一條短的廢鋼上料皮帶，機尾直接向小稱量斗內(nèi)供料，皮帶機頭上部為震動給料機和廢鋼料倉，震動給料機動作與小稱量斗連鎖，料斗內(nèi)的廢鋼重量達到設(shè)定好的稱量的重量后，給料機自動停止。廢鋼料倉由鏟車直接上料。這種方式不需很多改變就能實現(xiàn)廢鋼上料，且能夠融入自動上料控制流程，實現(xiàn)設(shè)置好料批后自動上料。
2.鐵后添加廢鋼
鐵后添加廢鋼主要分為鐵水罐添加和鐵溝添加。其中鐵水溝添加廢鋼效率較低，且只能采用粒度較小的鋼砂最為適宜，對爐前工工作強度增加較大，因此采用比較少。在此，我們主要討論鐵水罐加廢鋼的方式。
鐵水罐加廢鋼再受鐵，最大的問題在于加入廢鋼會造成鐵水溫度下降，還可能造成鐵水包底部結(jié)底。
因此，可得出結(jié)論：在沒有烤包器對鐵水罐內(nèi)部廢鋼進行預加熱的情況下，廢鋼材料的選擇應選擇輕薄料為主，且體積不超鐵水罐容積的4%，經(jīng)驗證明，鐵水罐內(nèi)部可布滿輕薄料，無明顯結(jié)底影響。
煉鋼對鐵水的消耗難免會出現(xiàn)慢的現(xiàn)象，設(shè)備檢修、故障等原因會導致消耗慢，鐵水包停留時間長，會導致鐵水包結(jié)殼現(xiàn)象，這會造成損失，故研究鐵水包停留時間很有意義。未加廢鋼和加廢鋼進行對比，看對停留時間長短有無影響。根據(jù)處理故障經(jīng)驗一般情況下鐵水滯留時間最大也就在 4 h 內(nèi)，故做研究時選擇 4 h 為標準，不預熱、廢鋼為輕薄型電工鋼、廢鋼加入量占鐵水包容量的百分比為3%。
結(jié)果顯示，在四小時之內(nèi)，加與不加廢鋼對鐵水有無結(jié)殼影響不大。鐵水結(jié)殼其實就是鐵水流動性的問題，影響流動性只有兩個原因，一個是鐵水物理熱，一個是鐵水化學成分。如果鐵水在鐵包中放置時間過長，就會引起結(jié)殼，較嚴重時要送去鑄鐵機鑄鐵，這會影響鋼材的產(chǎn)量。數(shù)據(jù)表明沒有結(jié)殼，說明還未到結(jié)殼周期。
3.經(jīng)濟效益分析
以800立方高爐為例，正常生產(chǎn)不添加廢鋼情況下，每天產(chǎn)量為3200噸左右，選擇效益最直接的鐵水罐廢鋼添加以及高爐槽下廢鋼添加以后，日產(chǎn)量飆升至4500噸，每天增產(chǎn)鐵水1300噸。
在鐵水罐添加廢鋼方式下，800立方高爐每天出鐵18次，每次3罐，在不使用烤包器預熱的情況下，每罐添加輕薄料3噸，每噸1600元，原噸鐵成本2250元，可直接計算出經(jīng)濟效益。
每日鐵水包加廢鋼增產(chǎn)效益=18*3*3*（2250-1600）=105300元
在高爐槽下添加廢鋼方式下，料型主要選擇沖子、直徑100mm厚度50mm的鐵銷壓餅、直徑大于10mm長度小于10cm的鋼筋頭。綜合各種料型配合，每噸成本約在2100元左右。800立方高爐每小時上料9批，每天上料216批，每批料添加廢鋼5.3噸，高爐每日增產(chǎn)216*5.3=1144.8噸。
每日槽下添加廢鋼創(chuàng)效=（2250-2100）*1184=177600元。
兩種添加方式每日增效=105300+177600=282900元，每年個月增效848萬元，每年增效近1億元。
述效益計算僅為煉鐵高爐冶煉工序的直接經(jīng)濟效益，并未計算節(jié)能降耗創(chuàng)效，和后續(xù)煉鋼工序增產(chǎn)創(chuàng)效。因此，高爐添加廢鋼對鋼企能夠帶來的效益巨大至不可估量。
4.關(guān)于鋼企上廢鋼加工生產(chǎn)工序
簡單來說，如果鋼企自己上一套廢鋼深加工的生產(chǎn)線，以加工鋼筋頭為例，直徑10mm以上拆房鋼筋1700到1800/噸，建筑鋼筋廢料1800到2000/噸，加工成10cm以內(nèi)的鋼筋頭，收購價值約2300/噸。每噸廢鋼筋頭即可節(jié)約成本150元左右。每日又可直接增效15萬元，年增效0.5億元。并且理論上噸鐵成本可降至2000元左右。
今年以來，我們一直不斷的探尋鋼鐵冶煉工藝中添加廢鋼的方式和方法，本文中總結(jié)的各種方式，在提高廢鋼比的同時，還能減少對環(huán)境的污染，提高了廢鋼資源利用率，帶來的降本效益是顯著的。
來源：富寶廢鋼，不止是鋼貨，泰科鋼鐵有節(jié)選。
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