李宏玉1 ，莫朝興 1 ，唐志宏 1 ，王子宏 2，潘晶2

（ 1. 柳州鋼鐵股份有限公司 煉鐵廠，廣西 柳州 545002 ；

2. 柳州鋼鐵有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，廣西 柳州 545002 ）

摘 要：根據(jù)理論物料平衡和區(qū)域熱平衡計(jì)算高爐爐料結(jié)構(gòu)中配加廢鋼對生鐵成本的影響結(jié)果，在柳鋼 5 # 高爐進(jìn)行配加廢鋼生產(chǎn)實(shí)踐，用生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析了配加廢鐵后的降燃料比效果。 結(jié)果表明：加廢鋼后在冶煉強(qiáng)度變化不大的情況下，產(chǎn)量隨廢鋼加入量的增加而增大；且廢鋼比每增加 30 kg/t Fe 入爐時(shí)，燃料比下降 3 kg/t Fe 左右；試驗(yàn)期間對高爐爐況及冶煉過程參數(shù)的影響不明顯。

關(guān)鍵詞：物料平衡；熱平衡；生鐵成本；燃料比

2017 年上半年廢鋼價(jià)格下行較大，煉鋼轉(zhuǎn)爐廢鋼比已到控制極限； 遂在高爐煉鐵工序從爐頂加入廢鋼加工品鐵粒子作為原料加入爐內(nèi)， 以期獲得更低的生鐵成本和較高的產(chǎn)量。有研究 ^[1] 采用物料平衡和熱平衡對使用金屬化爐料對提高鐵產(chǎn)量和降低焦比進(jìn)行了分析； I G Tovarovskiy 等人 ^[2] 甚至考慮從爐頂布料、煤氣流分布、軟熔帶等高爐冶煉過程參數(shù)的變化中，找出爐料不同金屬化率對焦比的影響。本文通過物料平衡和熱平衡進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，在 5 # 高爐使用不同廢鋼加入量，進(jìn)而對實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析， 研究高爐爐頂加廢鋼對噸鐵成本影響。

1 理論計(jì)算基礎(chǔ)

理論計(jì)算以高爐物料平衡和熱平衡為基礎(chǔ)，以5 # 高爐 2017 年 5 月 1 日 ～2017 年 5 月 11 日生產(chǎn)數(shù)據(jù)的加權(quán)平均值為初始輸入數(shù)據(jù)， 計(jì)算初始直接還原度 r 0 ； 通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的校核檢驗(yàn)使 C 、 H 、 O 、 N 、Fe 等化學(xué)元素的入爐量和產(chǎn)出量保持平衡；由于冷風(fēng)流量的測量精度通常較低， 需要通過反復(fù)迭代調(diào)用全高爐熱平衡計(jì)算模塊， 達(dá)到檢驗(yàn)與修正冷風(fēng)流量的目的。 在這個(gè)過程中，風(fēng)量起著“橋梁”的作用。

熱損失在熱量總支出中所占的比例， 對于給定的直接還原度，可以通過熱平衡計(jì)算對風(fēng)量進(jìn)行校正，按照 “物料平衡” → “計(jì)算直接還原度” → “熱平衡” →“計(jì)算風(fēng)量” → “物料平衡”的方式，進(jìn)行迭代運(yùn)算（程序框架圖如圖 1 所示）。 迭代的收斂標(biāo)準(zhǔn)是，最后確定的風(fēng)量同時(shí)滿足兩個(gè)要求：熱量收支平衡（收斂條件為外部散熱占熱量收入的 10% ）；前后兩次計(jì)算得到的直接還原度的差值小于 0.01 。 計(jì)算過程從 0 t/d廢鋼加入量為初值， 步長為 120 t/d 廢鋼加入量疊加，一直疊加到熱平衡不能達(dá)到計(jì)算平衡為止，分別得出高爐燃料消耗、直接還原度和產(chǎn)量數(shù)據(jù)，綜合計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)再得出噸鐵成本降低量。

2 計(jì)算結(jié)果分析

程序計(jì)算達(dá)不到熱平衡點(diǎn)時(shí)的廢鋼加入量 3 120t/d ， 共得到 26 組不同廢鋼加入量時(shí)平衡計(jì)算得到的燃料比、 直接還原度和產(chǎn)量數(shù)據(jù)如表 1 所示。其中節(jié)省煉鐵成本是基于廢鋼加入量為 0 時(shí)的比較值。

加入廢鋼后噸鐵成本降低量 = 噸鐵燃料消耗費(fèi)

用降低量 + 噸鐵礦石消耗費(fèi)用的降低量 - 噸鐵廢鋼費(fèi)用增加量， 以廢鋼比 56.08 kg/t Fe 為例計(jì)算噸鐵成本降低值。當(dāng)前噸鐵礦耗成本為 1 240 元；礦耗為1 650 kg/t Fe ；廢鋼價(jià)格為 1 400 元 /t ；燃料消耗費(fèi)用為 1 451 元； 生產(chǎn) 1 t 鐵， 56.08 kg 廢鋼替代礦石的量為 98.04 kg ；加入 56.08 kg/t Fe 廢鋼后：

噸鐵成本降低量 = （ 521-514.9 ） ×1 451+98.04×1 240/1 650-56.08×1 400/1 000=4.02 元。

計(jì)算結(jié)果顯示，隨廢鋼加入量的增加，燃料消耗和噸鐵成本均呈降低趨勢（如圖 2 所示）。 計(jì)算過程中由于有熱平衡中設(shè)置的外部散熱收斂條件制約范圍的差異，有幾個(gè)結(jié)果偏差較大，可以剔除掉來判斷總趨勢。

3 不同廢鋼加入量的冶煉效果

3.1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)的校正與對比

為對比不同廢鋼加入量對高爐冶煉效果的影響， 選取 2017 年 5~6 月間各操作制度相對穩(wěn)定、生產(chǎn)正常連續(xù)的三個(gè)時(shí)間段： 2017 年 5 月 1 日 ～5 月11 日無廢鋼入爐時(shí)期為基準(zhǔn)期； 2017 年 5 月 19 日 ～5 月 30 日廢鋼比 21.33 kg/t Fe 入爐時(shí)期為試驗(yàn)期；2017 年 6 月 12 日 ～6 月 21 日廢鋼比 43.8 kg/t Fe 入爐時(shí)期為相對試驗(yàn)期。 利用這三個(gè)時(shí)間段生產(chǎn)數(shù)據(jù)來做對比， 廢鋼的加入量與增產(chǎn)效果分析如圖 3 所示，在冶煉強(qiáng)度變化不大的情況下，產(chǎn)量隨廢鋼加入量的增加而增大。

結(jié)合原燃料質(zhì)量、 冶煉參數(shù)的變化及其對燃料比的影響 ^[3] 進(jìn)行了燃料比校正，得到表 2～ 表 4 校正結(jié)果， 試驗(yàn)期和相對試驗(yàn)期校正到基準(zhǔn)期的生產(chǎn)條件時(shí)：試驗(yàn)期燃料比為（ 518.83+0.13 ） kg/t ；相對試驗(yàn)期為（ 514.9+0.48 ） kg/t 。 試驗(yàn)期和相對試驗(yàn)期與基準(zhǔn)期燃料比 528.18 kg/t 對比， 分別降低 9.22 kg/t 和12.8 kg/t 。 試驗(yàn)期和相對試驗(yàn)期的煤比分別為 152kg/t Fe 和 148 kg/t Fe ， 與基準(zhǔn)期 150 kg/t Fe 的水平相當(dāng)，而燃料比（折算到基準(zhǔn)期生產(chǎn)條件）稍有下降；相對試驗(yàn)期與試驗(yàn)期的燃料比對比時(shí)的下降幅度為3.58 kg/t Fe ，與理論計(jì)算值相差不大。

3.2 對冶煉過程的影響

入爐廢鋼是由金材公司回收易拉罐、 廢鐵雜散料等資源經(jīng)過壓縮變形等加工處理后送往高爐備用。由于廢鐵來源雜亂、尺寸參差不齊，品位、磁性等屬性亦與入爐礦石相差甚遠(yuǎn)， 上料過程需要加強(qiáng)管理： ① 定倉管理，目的是清楚定好每批料的廢鐵配加量，均勻配加，利于焦炭負(fù)荷的調(diào)節(jié)和理論鐵量的計(jì)算； ② 篩分管理，由于廢鐵大小形狀不一，長條狀、鉤狀、短塊狀摻雜，如果篩分不到位，尺寸過大的鋒利廢鐵逃過稱量斗格篩網(wǎng)落到皮帶， 極易造成劃破皮帶、卡死受料斗或料罐等事故，因此上廢鐵前將對應(yīng)的稱量斗格篩網(wǎng)尺寸縮小，強(qiáng)化篩分，另外上廢鐵后必須每班定時(shí)檢查清理篩網(wǎng)； ③ 磁性管理，由于廢鐵有磁性，而原來上料皮帶通道設(shè)有除鐵器，因此上廢鐵后停用除鐵器。

在布料制度上，因廢鐵品位高渣量少，根據(jù)初渣性能對高爐透氣性的影響 ^[4] ，推測廢鐵所布之處透氣性更好，布在邊沿則利于疏松邊沿，布在中心則利于活躍中心； 試驗(yàn)期和相對試驗(yàn)期間， 5 # 高爐的廢鋼布在邊沿環(huán)狀帶上。 由于配用量（最大配用量 57 kg/t Fe ）較小，對爐況及冶煉過程參數(shù)的影響不明顯。

4 結(jié)論

（ 1 ）基于高爐物料平衡和熱平衡的理論計(jì)算，可以模擬一個(gè)跟基準(zhǔn)期相同操作條件的環(huán)境， 單純考慮廢鋼加入量的增加對噸鐵成本的影響。

（ 2 ）計(jì)算得到 26 組不同廢鋼加入量時(shí)的燃料比、 直接還原度和產(chǎn)量數(shù)據(jù)， 隨著廢鋼加入量的增加， 燃料比呈下降趨勢， 并結(jié)合當(dāng)前礦石和燃料價(jià)格，綜合計(jì)算噸鐵成本亦呈下降趨勢。廢鋼加入量每增加 30 kg/t Fe 左右時(shí)，燃料比降低 2.3 kg/t Fe ， t 鐵成本降低 2.72 元。

（ 3 ）結(jié)合廢鋼加入量的降燃料消耗效果，廢鋼的效益與當(dāng)前礦石價(jià)格、燃料價(jià)格和廢鋼價(jià)格相關(guān)。在礦石價(jià)格不變廢鋼價(jià)格漲到一定價(jià)格或廢鋼價(jià)格不變噸鐵礦石價(jià)格降到一定價(jià)格時(shí)， 廢鋼加入不能降低噸鐵成本，只有增產(chǎn)作用。

（ 4 ）基于柳鋼 5 # 高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)的校正與對比，燃料比折算到基準(zhǔn)期生產(chǎn)條件下時(shí)均有下降， 相對試驗(yàn)期與試驗(yàn)期的燃料比對比時(shí)的下降幅度為 3.58kg/t Fe ；生產(chǎn)配用量（最大配用量 57 kg/t Fe ）較小，對爐況及冶煉過程參數(shù)的影響不明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郝志強(qiáng)，李香彩，汪琦 . 爐料金屬化率對富氧噴煤高爐冶煉過程的影響 [J]. 鋼鐵研究學(xué)報(bào)， 2000 ， 12 （ b9 ）： 81-84.

[2] TOVAROVSKIY I G, GORDON Y M, MERKULOV A E, 等 . 爐料金屬化率對高爐工藝和操作參數(shù)的影響 [J]. 世界鋼鐵， 2013 ， 13 （ 5 ）：5-11.

[3] 周傳典 . 高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊 [M]. 北京：冶金工業(yè)出版社， 2002.

[4] 傅連春，畢學(xué)工，馮智慧，等 . 高爐初渣形成過程及其性能優(yōu)化研究 [J]. 武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2008 ， 31 （ 2 ）： 113-117.