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 廢鋼作為一種鐵素金屬資源被廣泛應(yīng)用于鋼鐵生產(chǎn)中，主要用于長(zhǎng)流程轉(zhuǎn)爐煉鋼中的添加料和短流程電爐煉鋼的主料。但是，對(duì)于許多鋼廠來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)爐煉鋼添加的廢鋼量有限，電爐煉鋼需要增加新的工藝和設(shè)備，而且煉鋼工受工藝、成本、環(huán)保等方面的限制所用廢鋼多為重型廢鋼，對(duì)一些鐵屑及輕薄料使用量較少，如這部分廢鋼能夠在高爐使用，可以提高高爐冶煉效率降低能耗，減少 CO₂ 排放。高爐吃廢鋼等金屬料在國(guó)外已有很多的實(shí)踐，例如,2017 年北美在生產(chǎn)的 25 座高爐中，有 23 座加廢鋼或金屬回收料，最多用到 213kg/t,國(guó)內(nèi)很多鋼廠（主要是民營(yíng)鋼廠）近兩年也開(kāi)始在高爐使用廢鋼。^[1]梅鋼公司從 2017 年開(kāi)始也在 1280m³ 高爐陸續(xù)開(kāi)展使用廢鋼冶煉的試驗(yàn)，由于廢鋼與傳統(tǒng)鐵礦石相比成分及微觀結(jié)構(gòu)均有顯著區(qū)別， 而國(guó)內(nèi)對(duì)此方面的基礎(chǔ)研究基本處于空白，所以進(jìn)行廢鋼在高爐內(nèi)冶金行為特別是軟熔性能的研究，為高爐應(yīng)用提供技術(shù)支撐，具有重要意義。

1.1 試驗(yàn)原料

本研究所采用的廢鋼為梅鋼自產(chǎn)熱軋板邊角料，將其加工成 10-12.5mm 粒度，同時(shí)為了研究廢鋼與燒結(jié)礦混合料的軟熔性能，還準(zhǔn)備了梅鋼自產(chǎn)燒結(jié)礦，也加工成 10-12.5mm 粒度。兩種原料的主要化學(xué)成分見(jiàn)表 1、表 2。

表1 廢鋼化學(xué)成分，%

表2   燒結(jié)礦化學(xué)成分，%

1.2  試驗(yàn)設(shè)備及方法

實(shí)驗(yàn)設(shè)備為 RDL-2000 性熔滴爐，實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)易圖如圖 1 所示。該實(shí)驗(yàn)設(shè)備是由計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)控制， 測(cè)定鐵礦石高溫軟化滴落性能的試驗(yàn)設(shè)備，壓差、收縮率、熔化溫度等一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置直接給出，設(shè)置在底部的攝像頭可看到滴落時(shí)的實(shí)時(shí)影像。實(shí)驗(yàn)時(shí)使用 N₂ 作為加壓氣體，為了模擬高爐氣氛， 反應(yīng)氣體使用 CO、N₂。

圖 1 RDL-2000 熔滴爐

試驗(yàn)使用內(nèi)徑 75mm、底部設(shè)有直徑 l0mm 滴落孔徑的石墨坩堝。試驗(yàn)室取 500g 粒徑為 10-12.5mm 的廢鋼或鐵礦石裝入坩堝，常規(guī)試驗(yàn)過(guò)程中，試樣上下鋪 20g 等粒徑的焦炭以保證試驗(yàn)過(guò)程中煤氣流能夠正常通過(guò)及滴落物能夠正常滴落。具體試驗(yàn)條件見(jiàn)表 3.

表 3  軟熔試驗(yàn)條件

1.3  試驗(yàn)研究方案

為了研究廢鋼自身軟熔性能及其對(duì)燒結(jié)礦混礦軟熔性能的影響，共進(jìn)行了 4 組試驗(yàn)，其中廢鋼單種料試驗(yàn) 2 組：一組為常規(guī)試驗(yàn)（試樣上下均鋪 20g 焦炭層），一組為特殊試驗(yàn)（試樣上下均沒(méi)有焦炭）；燒結(jié)礦單種礦試驗(yàn)一組，廢鋼燒結(jié)礦混料試驗(yàn)一組，均為常規(guī)實(shí)驗(yàn)，具體試驗(yàn)方案較表 4.

表4 軟熔試驗(yàn)方案

2.1  試驗(yàn)結(jié)果

熔滴試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。軟化區(qū)間( T40-T10) 、熔融區(qū)間(TD-TS) 及軟熔溫度區(qū)間( TD-T10 ) ，其中,T10, T40為試樣收縮率為10% 和40% 時(shí)的溫度; TS, TD為壓差陡升和熔融滴落溫度。

表5 廢鋼及燒結(jié)礦軟熔滴落溫度 ℃

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

廢鋼軟熔性能分析：由表5可知，廢鋼的滴落較低，均未超過(guò)1350℃，這比純鐵1538℃的熔化溫度低188℃以上，也遠(yuǎn)低于燒結(jié)礦1481℃的滴落溫度，這是由于廢鋼在與煤氣的接觸過(guò)程中發(fā)生：2CO+3Fe=Fe₃C+CO₂ 滲碳反應(yīng)，由鐵碳相圖可知，鐵被滲碳后能夠急劇降低其熔點(diǎn)。常規(guī)試驗(yàn)廢鋼的滴落溫度為1291℃，特殊試驗(yàn)廢鋼為1326℃，只是由于常規(guī)試驗(yàn)中試樣上下均鋪有焦炭層，廢鋼熔化后，在滴落過(guò)程中與焦炭層有良好的接觸條件，滲碳反應(yīng)迅速進(jìn)行：3Fe（L）+C=Fe₃C（L），^[2]能夠進(jìn)一步降低鐵的熔點(diǎn)改善液鐵的流動(dòng)性。取兩組試驗(yàn)廢鋼滴落物進(jìn)行碳含量分析，見(jiàn)表6，可以看出兩組試驗(yàn)滴落物含碳量較原始廢鋼均提高了，4.161%和2.051%，常規(guī)試驗(yàn)比特殊試驗(yàn)高2.31%。

表6 廢鋼試驗(yàn)前后含碳量 %

廢鋼在軟熔過(guò)程中體積的變化也比較特殊，圖2為特殊試驗(yàn)廢鋼收縮率變化情況。廢鋼在高爐內(nèi)1400℃以下，均表現(xiàn)為體積膨脹，最大膨脹率接近10%，1400℃以上才開(kāi)始收縮，其T10、T40均低于滴落溫度，所以在體積收縮前已經(jīng)大量熔化滴落，沒(méi)有明顯的壓差陡升現(xiàn)象，所以在高爐使用廢鋼可以降低軟熔帶的煤氣阻損。

圖2 廢鋼收縮率變化

在燒結(jié)中配加5%的廢鋼后，與單種燒結(jié)礦相比，其軟化區(qū)間（T40-T10）、熔融區(qū)間（TD-TS）及軟熔區(qū)間(TD-T10)具有減小,其中熔融區(qū)間減小9℃，熔融區(qū)間減小13℃，這與前述廢鋼的基本軟熔特性相關(guān)，所以，在實(shí)際中高爐如果配加一定比例的廢鋼除了能夠增加入爐品位以外，還能夠改善軟熔帶的透氣性，為高爐進(jìn)一步改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提供有利條件。

2.3 試驗(yàn)小結(jié)

(1) 廢鋼在高爐內(nèi)會(huì)發(fā)生明顯的滲碳反應(yīng)，其滴落溫度遠(yuǎn)低于純鐵及常規(guī)燒結(jié)礦。

(2) 廢鋼在軟熔過(guò)程中，固態(tài)下沒(méi)有體積收縮，其明顯的體積收縮均發(fā)生在滴落之后，在1400℃以前受熱脹冷縮的影響，體積會(huì)膨脹，沒(méi)有明顯的壓差陡升現(xiàn)象。

(3) 一定比例廢鋼與燒結(jié)礦混合，可以降低爐料的軟熔區(qū)間，有利于改善軟熔帶的透氣性。

2024年2月份開(kāi)始，梅鋼1280m³高爐開(kāi)始穩(wěn)定使用一定比例廢鋼進(jìn)行生產(chǎn)，所用廢鋼品種為破碎料，粒度為5-100mm，配加比例由50kg/t逐步提高到120kg/t。生產(chǎn)中，廢鋼隨礦石混合布入高爐，在布料檔位的控制上，選擇中間檔位，目的就是控制廢鋼分布在料面的中間位置，以避免其對(duì)邊緣和中心氣流的影響過(guò)大，同時(shí)考慮了減少?gòu)U鋼中有害元素可能對(duì)爐襯造成危害。高爐主要生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表7。

表7 梅鋼高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

由表7可知，梅鋼高爐使用廢鋼后，與使用前基準(zhǔn)相比，高爐透氣性得到改善，風(fēng)量增加100m³/min以上，受品位提高及氣流改善的雙重作用，利用系數(shù)，隨廢鋼加入量的增加而增加，提高明顯，當(dāng)廢鋼加入量達(dá)到噸鐵120kg/t時(shí)，利用系數(shù)達(dá)到3.088t/m³.d，比基準(zhǔn)提高0.507t/m³.d,增產(chǎn)率達(dá)到19.64%，效率提升顯著。在燃料消耗方面，配加廢鋼也可以明顯降低高爐的燃料比，50-120kg/t配加量最高可以降低燃料比近30kg/t,節(jié)能減排效果顯著。

(1) 廢鋼在高爐內(nèi)會(huì)發(fā)生明顯的滲碳反應(yīng)，其滴落溫度遠(yuǎn)低于純鐵及常規(guī)燒結(jié)礦，能夠滿足高爐冶煉要求。

(2) 廢鋼在軟熔過(guò)程中，固態(tài)下沒(méi)有體積收縮，其明顯的體積收縮均發(fā)生在滴落之后，沒(méi)有明顯的壓差陡升現(xiàn)象。一定比例廢鋼與燒結(jié)礦混合，可以降低爐料的軟熔區(qū)間，有利于改善軟熔帶的透氣性。

(3) 梅鋼高爐生產(chǎn)實(shí)踐表明，高爐配加一定比例的廢鋼后，能夠顯著提高生產(chǎn)效率降低燃料消耗，120kg/t的使用量，增產(chǎn)率達(dá)到近30%，燃料比降低近30kg/t。