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(shí)際爐料仍然是由塊礦、燒結(jié)礦、球團(tuán)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(diǎn)。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(shí)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(gè)較為完善的工藝生產(chǎn)過程，因此高爐對(duì)廢鋼成分和等級(jí)要求較低。
綜上所述，我們將高爐廢鋼添加方式簡(jiǎn)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(jìn)行冶煉，鐵后添加主要為出鐵場(chǎng)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(duì)廢鋼原料的耐受性，其中最主要的是爐內(nèi)布料方式。在預(yù)先設(shè)定的實(shí)驗(yàn)條件下，例如：認(rèn)定廢鋼開始融化的溫度是鐵的共晶熔點(diǎn)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(shí)驗(yàn)和計(jì)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(duì)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(fēng)速度恒定的情況下，單位時(shí)間內(nèi)的燃料比減少，使得吸熱的直接還原反應(yīng)和熔損速度降低。
以前用于這些反應(yīng)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(yīng)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(duì)于三種布料方式，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)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(dǎo)致高爐內(nèi)煤氣分布出現(xiàn)意想不到的變壞。
而對(duì)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(huì)增加，從而增加反應(yīng)速度，高爐其他狀態(tài)同基準(zhǔn)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，經(jīng)試驗(yàn)和計(jì)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(dāng)廢鋼直徑減小時(shí)，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(huì)增加，鐵水溫度會(huì)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(duì)高爐狀態(tài)也有一點(diǎn)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(shí)添入，經(jīng)燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)出高品位的燒結(jié)礦，供高爐使用。這種添加方式對(duì)高爐爐況變化影響幾乎為零。但有原料供應(yīng)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(yáng)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(jìn)行了分析和實(shí)驗(yàn)，在此不在詳述。添加的位置分為高爐兩側(cè)上料皮帶機(jī)尾，和選取一個(gè)小稱量斗。其中，上料皮帶機(jī)尾上料的方式不利用對(duì)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(jìn)行計(jì)量，成本增加較高，也較為復(fù)雜。
小稱量斗上料的方式比較簡(jiǎn)單易行，在高爐槽下眾多小稱量斗中選取一個(gè)，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(jī)尾直接向小稱量斗內(nèi)供料，皮帶機(jī)頭上部為震動(dòng)給料機(jī)和廢鋼料倉(cāng)，震動(dòng)給料機(jī)動(dòng)作與小稱量斗連鎖，料斗內(nèi)的廢鋼重量達(dá)到設(shè)定好的稱量的重量后，給料機(jī)自動(dòng)停止。廢鋼料倉(cāng)由鏟車直接上料。這種方式不需很多改變就能實(shí)現(xiàn)廢鋼上料，且能夠融入自動(dòng)上料控制流程，實(shí)現(xiàn)設(shè)置好料批后自動(dòng)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(duì)爐前工工作強(qiáng)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(huì)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(duì)鐵水罐內(nèi)部廢鋼進(jìn)行預(yù)加熱的情況下，廢鋼材料的選擇應(yīng)選擇輕薄料為主，且體積不超鐵水罐容積的4%，經(jīng)驗(yàn)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(duì)鐵水的消耗難免會(huì)出現(xiàn)慢的現(xiàn)象，設(shè)備檢修、故障等原因會(huì)導(dǎo)致消耗慢，鐵水包停留時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致鐵水包結(jié)殼現(xiàn)象，這會(huì)造成損失，故研究鐵水包停留時(shí)間很有意義。未加廢鋼和加廢鋼進(jìn)行對(duì)比，看對(duì)停留時(shí)間長(zhǎng)短有無影響。根據(jù)處理故障經(jīng)驗(yàn)一般情況下鐵水滯留時(shí)間最大也就在 4 h 內(nèi)，故做研究時(shí)選擇 4 h 為標(biāo)準(zhǔn)，不預(yù)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(shí)之內(nèi)，加與不加廢鋼對(duì)鐵水有無結(jié)殼影響不大。鐵水結(jié)殼其實(shí)就是鐵水流動(dòng)性的問題，影響流動(dòng)性只有兩個(gè)原因，一個(gè)是鐵水物理熱，一個(gè)是鐵水化學(xué)成分。如果鐵水在鐵包中放置時(shí)間過長(zhǎng)，就會(huì)引起結(jié)殼，較嚴(yán)重時(shí)要送去鑄鐵機(jī)鑄鐵，這會(huì)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(jì)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(yù)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(jì)算出經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)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(shí)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(gè)月增效848萬元，每年增效近1億元。
述效益計(jì)算僅為煉鐵高爐冶煉工序的直接經(jīng)濟(jì)效益，并未計(jì)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(duì)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(jiǎn)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(gòu)價(jià)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(shí)，還能減少對(duì)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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