廢鋼是鋼鐵工業的綠色原料，隨著取締“地條鋼”和國家對環保的嚴格要求，各大鋼鐵企業都在大力提高廢鋼比。目前，我國電爐鋼的比例還不到10%，轉爐流程仍是我國產鋼的主流程，因此有必要開發高效、清潔的轉爐流程提高廢鋼比技術。目前，轉爐流程大生產中採用的提高廢鋼比的手段主要有：廢鋼預熱（鐵水包預熱、轉爐爐前及爐後預熱等）、轉爐加入補熱劑（焦炭、焦丁、FeSi、SiC等）。但上述兩類提高廢鋼比的技術均有一定的不足：前者需要專門的加熱設備，後者往往以犧牲鋼水質量為代價。此外，國外還開發了KMS工藝，但因存在噴粉元件壽命短等不足，並沒有在大生產中廣泛應用。因此，如何在不汙染鋼液的前提下提高轉爐廢鋼比，已成為亟須解決的關鍵共性難題。此外，單轉爐超40%的大廢鋼比技術也一直是冶金工作者關注的熱點課題。
轉爐二次燃燒氧槍是一種在不汙染鋼液的前提下提高轉爐廢鋼比的技術。二次燃燒氧槍是在傳統鍊鋼氧槍的基礎上，通過設計合理的副孔，使主孔射出氧氣射流進行脫碳反應，利用副孔射出的氧氣射流與爐內一氧化碳燃燒產生大量的熱量，使轉爐自身熱量得到較充分利用，進而提高轉爐廢鋼比。儘管國內外已對轉爐二次燃燒氧槍技術進行了大量研究，且有的已達到工業應用水平，但目前國外關於該技術在大工業生產中規模化應用的報道很少，而國內目前還未見該技術的大生產規模化應用。因此，有必要對二次燃燒氧槍技術進行深入研究並使其實現工業化應用。本文首先進行了提高廢鋼比的轉爐二次燃燒氧槍技術大生產規模化應用研究；在此基礎上，基於二次燃燒氧槍技術，研究者提出了一種廢鋼比超過40%的單轉爐大廢鋼比技術，並通過大生產試驗，驗證了其大生產應用的可行性，為其大生產規模化應用奠定了基礎。
二次燃燒氧槍技術大生產工業應用研究
針對國內某鋼廠120噸轉爐，研究者通過研究設計出適合大生產應用的二次燃燒氧槍，並在該轉爐實現了二次燃燒氧槍技術的大生產應用。該二次燃燒氧槍為單流道，其使用壽命為150爐，能滿足大生產工業化應用的要求。下邊對使用普通氧槍和二次燃燒氧槍的大生產應用效果進行對比分析，為該二次燃燒氧槍技術在大生產中全面推廣應用提供基礎。
二次燃燒氧槍技術對廢鋼比的影響。
分析現場鍊鋼過程中加入冷料與熔池溫度情況，得到入爐冷料與熔池溫降的關係，如表1所示。
對普通氧槍和二次燃燒氧槍各取典型的30爐工業生產數據進行對比分析發現，採用二次燃燒氧槍後，熔池鋼水溫度平均提升約30℃，相應的可提高入爐廢鋼比約1.5%。採用二次燃燒氧槍後，從副孔射出的氧氣射流與爐內一氧化碳發生燃燒反應，產生大量的熱量來加熱鋼水並使鋼水溫度升高，進而可提高轉爐廢鋼比。
二次燃燒氧槍技術對冶煉過程槍位變化的影響。
研究發現，與普通氧槍相比，二次燃燒氧槍在冶煉過程中槍位變動次數明顯減少，操槍更平穩。這有利於提高冶煉過程槍位操作的穩定性，降低操作工人的勞動強度，併為轉爐的智能化控制奠定基礎。研究者對普通氧槍和二次燃燒氧槍各取典型30爐工業生產試驗數據，統計冶煉過程中槍位改變次數，結果發現，與普通氧槍相比，採用二次燃燒氧槍後，槍位變動次數減少33%，冶煉過程槍位更平穩。這是由於採用二次燃燒氧槍後，化渣速度快，化渣平穩，化渣時間減少，熔池溫度均勻上升，無需對槍位進行過多變動。可見，二次燃燒氧槍較普通氧槍的槍位控制更平穩，無需頻繁變換槍位。
二次燃燒氧槍技術對煤氣回收的影響。
轉爐煤氣的主要成分為CO，爐氣中CO含量會對後期煤氣回收造成影響。研究發現，使用二次燃燒氧槍後，爐氣中CO含量較普通氧槍有所減少，但相差不太大。對普通氧槍和二次燃燒氧槍各取典型的30爐工業生產試驗數據，分別統計在煤氣回收平穩期的平均CO濃度，通過對比分析發現，與普通氧槍相比，採用二次燃燒氧槍後，爐氣中的CO含量降低了約5%。這是由於採用二次燃燒氧槍後，爐氣中CO更多地與二次燃燒氧槍副孔的氧流股發生二次燃燒反應。根據現場煤氣回收標準（CO含量超過10%就可以回收），採用二次燃燒氧槍對煤氣回收影響不大。可見，採用二次燃燒氧槍後，煤氣中CO濃度降低約5%，但對現場煤氣回收影響不大。
二次燃燒氧槍技術對終點硫含量的影響。
對普通氧槍和二次燃燒氧槍各取典型的80爐工業生產試驗數據，分別統計冶煉終點硫含量，結果顯示，與採用普通氧槍冶煉相比，採用二次燃燒氧槍後轉爐終點硫含量降低20%。這是由於採用二次燃燒氧槍後，爐渣鹼度高、化渣快、爐溫升高快，脫硫效率高，故二次燃燒氧槍較普通槍的脫硫效果更好。
二次燃燒氧槍單轉爐大廢鋼比技術
工業試驗研究
在前述二次燃燒氧槍（二次燃燒氧槍A）研究的基礎上，研究者對二次燃燒氧槍槍頭設計做了進一步優化（主要是對副孔直徑做了優化），提出了新的二次燃燒氧槍B。利用二次燃燒氧槍B，通過加入雜質含量少的某專用煤補充熱量，研究者進行了單轉爐超40%大廢鋼比技術的大生產試驗研究，試驗效果良好，為基於二次燃燒氧槍的單轉爐大廢鋼比(超40%)技術的大生產規模應用奠定了基礎。
表2為入爐冷料和轉爐終點溫度及各主要元素含量對比。由表2可以看到，基於二次燃燒氧槍的單轉爐大廢鋼比技術，轉爐終點溫度為1598℃，完全滿足冶煉終點溫度要求；轉爐脫磷率為92.9%，脫硫率為27.3%。為了分析該大廢鋼比技術的脫磷、脫硫效果，表3給出了採用普通氧槍、二次燃燒氧槍及該大廢鋼比技術下的脫磷、脫硫率對比。由表3可以看出，該大廢鋼比技術中的脫磷率超過90%，比普通氧槍的脫磷率高3.3%，脫硫率為普通氧槍的2.9倍。這主要得益於該技術採用的是二次燃燒氧槍，如前所述，二次燃燒氧槍有更好的脫硫效率。由表3也可以看出，採用二次燃燒氧槍的脫硫率為普通氧槍的1.8倍。該大廢鋼比技術比二次燃燒氧槍技術有更高的脫硫率，可能是因為該技術應用後有更高的爐渣鹼度。
表4為該二次燃燒氧槍單轉爐大廢鋼比技術的主要參數和技術指標。由表4可以看出，應用該大廢鋼比技術，在沒有廢鋼預熱（爐前、爐後）的前提下，單轉爐廢鋼比超過了40%，達到41.6%；鐵水消耗降至700kg/t以下，鐵耗為671kg/t。可見，該單轉爐大廢鋼比技術有很好的冶煉效果。該技術通過工業試驗驗證了其大生產應用的可行性，為其大生產規模化應用奠定了基礎。
需要說明的是，該技術是從技術角度突破了40%的單轉爐大廢鋼比技術，但實際生產中要綜合考慮廢鋼成本、加入專用煤成本、轉爐冶煉週期等，權衡得出最佳的單轉爐廢鋼比，而不是盲目追求單轉爐過高廢鋼比。
結論
本文提出了一種單流道二次燃燒氧槍，其可在不汙染鋼液的前提下提高鋼水溫度約30攝氏度，相應地，可提高廢鋼比約1.5%。
與普通氧槍相比，採用二次燃燒氧槍後，冶煉過程槍位變動次數減少33%，冶煉過程槍位控制更平穩，無需頻繁變換槍位。
採用二次燃燒氧槍後，相比普通氧槍，煤氣中CO濃度降低約5%，但對現場煤氣回收影響不大；二次燃燒氧槍較普通槍的脫硫效果更好。
基於二次燃燒氧槍技術，本研究提出了一種廢鋼比超過40%的單轉爐大廢鋼比技術，相比普通氧槍技術，該技術有更好的脫硫、脫磷效果。
在無廢鋼預熱的前提下，採用該大廢鋼比技術，單轉爐廢鋼比達到了41.6%，鐵水消耗降至671kg/t，有很好的冶煉效果。該技術通過工業試驗驗證了其大生產應用的可行性，為其大生產規模化應用奠定了基礎。
閱讀更多 山西金利恆鋼材商城 的文章
