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# 高爐進行配加廢鋼生產(chǎn)實踐，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，燃料比下降 3 kg/t Fe 左右；試驗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行理論分析的基礎(chǔ)上，在 5# 高爐使用不同廢鋼加入量，進而對實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行對比分析， 研究高爐爐頂加廢鋼對噸鐵成本影響。
1 理論計算基礎(chǔ)
理論計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)， 計算初始直接還原度 r0； 通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的校核檢驗使 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)用全高爐熱平衡計算模塊， 達到檢驗與修正冷風(fēng)流量的目的。 在這個過程中，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，可以通過熱平衡計算對風(fēng)量進行校正，按照 “物料平衡”→“計算直接還原度”→“熱平衡”→ “計算風(fēng)量”→“物料平衡”的方式，進行迭代運算（程序框架圖如圖 1 所示）。 迭代的收斂標準是，最后確定的風(fēng)量同時滿足兩個要求：熱量收支平衡（收斂條件為外部散熱占熱量收入的 10%）；前后兩次計算得到的直接還原度的差值小于 0.01。 計算過程從 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到計算平衡為止，分別得出高爐燃料消耗、直接還原度和產(chǎn)量數(shù)據(jù)，綜合計算結(jié)果數(shù)據(jù)再得出噸鐵成本降低量。
2 計算結(jié)果分析
程序計算達不到熱平衡點時的廢鋼加入量 3 120t/d， 共得到 26 組不同廢鋼加入量時平衡計 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 時的 比 較值。
加入廢鋼后噸鐵成本降低量=噸鐵燃料消耗費用降低量+噸鐵礦石消耗費用的降低 量-噸鐵廢鋼費用增加量， 以廢鋼比 56.08 kg/t Fe 為例計算噸鐵成本降低值。 當(dāng)前噸鐵礦耗成本為 1 240 元；礦耗為1 650 kg/t Fe；廢鋼價格為 1 400 元/t；燃料消耗費用為 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 時 間 段：2017 年 5 月 1 日～5 月11 日無廢鋼入爐時期為基準期；2017 年 5 月 19 日～5 月 30 日廢鋼比 21.33 kg/t Fe 入爐時期為試驗期；2017 年 6 月 12 日～6 月 21 日廢鋼比 43.8 kg/t Fe 入 爐時期為相對試驗期。 利用這三個時間段生產(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]進行了燃料比校正，得到表 2～表 4 校正結(jié)果， 試驗期和相對試驗期校正到基準期的生產(chǎn)條件時：試驗期燃料比為（518.83+0.13）kg/t；相對試驗期為（514.9+0.48）kg/t。 試驗期和相對試驗期與基準期 燃 料 比 528.18 kg/t 對比， 分 別 降 低 9.22 kg/t 和12.8 kg/t。 試驗期和相對試驗期的煤比分別為 152kg/t Fe 和 148 kg/t Fe， 與基準期 150 kg/t Fe 的水平相當(dāng)，而燃料比（折算到基準期生產(chǎn)條件）稍有下降；相對試驗期與試驗期的燃料比對比時的下降幅度為3.58 kg/t Fe，與理論計算值相差不大。
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， 上料過程需要加強管理：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，利于焦炭負荷的調(diào)節(jié)和理論鐵量的計算；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，強化篩分，另外上廢鐵后必須每班定時檢查清理篩網(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； 試驗期和相對試驗期間，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算，可以模擬一個跟基準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）計算 得 到 26 組不 同 廢 鋼 加 入 量 時 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)前礦石和燃料價格，綜合計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，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)前礦石價格、燃料價格和廢鋼價格相關(guān)。 在礦石價格不變廢鋼價格漲到一定價格或廢鋼價格不變噸鐵礦石價格降到一定價格時， 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，燃料比折算到基準期生產(chǎn)條件下時均有下降， 相對試驗期與試驗期的燃料比對比時的下降幅度為 3.58 kg/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：
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[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（自然科學(xué)版），2008，31（2）：113-117.