白浩斯额尔顿1 张萨如拉2
1.陕西汉中钢铁有限公司，陕西 汉中 723000 2.陕钢集团产业创新研究院有限公司，陕西 汉中 723000
摘要：废钢是钢铁行业的主要原料之一，因有效提高冶炼生产效率和降低原材料生产成本而得到了钢铁企业和业界人士的广泛重视。随着国家政府的政策引领和电炉冶炼的不断引用，钢铁产业对废钢资源的需求愈来愈高，同时源于国际环境和其他因素的影响，近期废钢价格飞速上涨，这对企业的成本控制以及废钢市场秩序带来了一定的挑战。为了促进废钢产业的稳定发展、提高废钢在冶炼工序中的有效利用，介绍了钢铁企业在不同生产环节的废钢加入方法，并提出了进一步有效利用废钢资源的几点思考。
关键词：高效应用；废钢资源；思考
Considerations on efficient utilization of scrape resources
BAI Haosieerdun1，ZHANG Sarula2
(1.Shaanxi Hanzhong Iron&Steel Group Company,Hanzhong 723000,China;
2.Shaanxi Steel Group Industrial Innovation Research Institute Company,Hanzhong 723000,China）
ABSTRACT:Scrape is one of the main raw materials in iron and steel industry. It has been widely paid attention by iron and steel enterprises and people in the industry because it can effectively improve the smelting efficiency and reduce the production cost of raw materials.With the policy guidance of the national government and the continuous use of electric furnace smelting, the demand for scrap steel resources in the steel industry is getting higher and higher. At the same time, due to the influence of international environment and other factors, the price of scrap steel has risen rapidly recently, which has brought some challenges to the cost control of enterprises and the order of scrap steel market.In order to promote the steady development of scrap steel industry and improve the effective utilization of scrap steel in smelting process, this paper introduces the adding methods of scrap steel in different production links of iron and steel enterprises, and puts forward some thoughts on the further effective utilization of scrap steel resources.
KEY WORDS:efficient utilization;scrape resources;Considerations
1 前言
随着钢铁产业的高质量发展，废钢以绿色资源的角色在冶炼工序中发挥着关键作用。废钢中铁含量和合金含量高，1t废钢可炼出约900kg的钢水，约替代1600kg铁矿石，能节约500kg焦煤，同时还降低86%的废气排放量和97%的废渣排放量[1]，这有利于合金资源的节约和环境污染的控制。基于废钢的诸多优势和铁矿石价格的不断上涨，国家鼓励钢铁企业提高废钢应用比例，并于2015年2月工信部出台《钢铁行业政策调整计划》文件，提出2025年要把废钢比例提高到30%。目前，我国炼钢工序主要有长流程炼钢（转炉冶炼）和短流程炼钢（电炉冶炼），其中长流程炼钢占比较大，其废钢的应用比例能达20%；而短流程电炉炼钢占比较小（约占粗钢产量的12%），但其吃废钢比例较大，独立电炉需要100%的废钢原料。所以，无论是哪种工序，其废钢需求量的不断增多已成必然的发展趋势，但是近期废钢价格的飞速上涨（从2020年10月的2555.8元/t上涨到如今的3600元/t），不得不考虑企业的生产成本以及废钢资源的有效利用。为了合理应用废钢资源，以提高企业的生产效率、减轻企业的环保压力，致力达到国家提出的“碳达峰”和“碳中和”目标，有必要探讨并研究针对不同冶炼工序的废钢加工艺和提高废钢利用率的措施。为此，本文章详细介绍了废钢在不同冶炼工序中的加入工艺，并提出了有效应用废钢资源的若干思考。
2 废钢的加入工艺
目前，我国炼钢工序主要有经过转炉冶炼的长流程工序和经过电炉冶炼的短流程工序。其中电炉又分为独立电炉和长流程电炉，其应用占比分别为69%和31%，独立电炉需要100%的废钢，不经过炼铁工序，在此不做多介绍。本文中主要介绍占我国粗钢产量较大比例的长流程冶炼工序的废钢加入工艺，其冶炼工艺流程图如下图所示。在实际生产中，各企业结合自身设备特点，可以在高炉、鱼雷罐、混铁炉、铁水包、转炉/电炉和精炼炉等不同环节加入废钢，而废钢的加入量、加入时间和废钢的选择则与企业的炼钢成本息息相关。
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2.1 高炉环节加入废钢
高炉炼铁是冶炼工序中资源消耗和能源消耗较大的环节，不仅受到矿石和燃料等原料的价格波动影响，还排放出大量的废气和烟尘，这不利于企业的绿色发展。为了减轻企业的环保压力，同时提高生产效率，人们研究在高炉工序中加入适量的废钢，替代一部分传统炉料，以降低降低影响环境的排放物。研究表明[2]，在高炉环节中增加2%的废钢装料比，可节约矿石原料50kg/t，并减少5kg/t的燃料消耗，当废钢装料比超过10%时，能降低总环境成本3.02亿元。所以，在高炉炼铁环节中加入废钢是经济有效，并且此环节对废钢质量要求不高，至于加入多少废钢量，则与企业设备和高炉原料的成分含量有关。
2.2 鱼雷罐环节加入废钢
鱼雷罐是高炉和转炉之间的铁水运输工具，运输过程中会有鱼雷罐车的空挡期，为了充分利用运输过程中罐车余热，人们提出在鱼雷罐车中加入废钢，对废钢进行预热，从而提高冶炼废钢比、降低铁水消耗。该环节中加入的废钢主要选择无油脂、质量优的电工钢，再配加适量的钢筋打包块、红冲件等。加入方式是铁前用抓钢机抓取废钢，装入鱼雷罐（约6t），装好废钢后再出铁。宁波钢厂结合自身设备和废钢资源特点，试行了鱼雷罐加入废钢工艺，有效提高了冶炼废钢比，并取得了良好的经济效果[3]。
2.3 混铁炉环节加入废钢
混铁炉是高炉和转炉之间的炼钢辅助设备，主要用来贮存铁水，以调节和均衡高炉和转炉之间铁水供求，从而保证不间断地供给转炉需要的铁水。为了充分利用混铁炉环节的温度优势，可在此环节加入废钢，以提高冶炼废钢比。由于高炉出铁到转炉炼钢是铁水温度降低的过程，所以混铁炉加入废钢时对铁水合金含量、温度和废钢质量具有一定的要求[4]，即铁水硅含量高于0.25%、铁水温度高于1320℃、废钢要选择优质的机械破碎料（最大外形尺寸不大于50mm）。
2.4 铁水罐环节加入废钢
铁水罐与鱼雷罐车的作用大经相同，用于从高炉到转炉或电炉的铁水运输，主要区别在于可实现“一罐到底”，即不需要混铁炉工序，而直接完成从铁水罐到转炉/电炉的过程。废钢在铁水罐中的加入方式可分两类，一种是在铁前完成，即在装入铁水之前向铁水罐加入钢筋压块等废钢（约6-7t），对其进行预热，再用高温铁水冲化；另一种是再出铁过程中加入废钢，即出铁到1/2罐时，从平台出料口加入废钢破碎料（约2-3t），具体加入量与铁水温度和装入量等相关，两种加入方法可同时进行。阳春新钢厂采用铁水罐加入废钢工艺，显著提高了炼铁和炼钢产量。
2.5 转炉/电炉环节加入废钢
转炉的含铁原料主要是铁水和废钢，而铁水在生产过程中消耗大量的铁矿石和能源，不仅受到铁矿石的价格波动影响，还排放大量的环境污染物。所以在转炉/电炉中加入废钢是提高钢铁产量和降低环境污染的关键环节。在转炉中加入废钢时，一般采用先装入废钢，再加入铁水，还可以在出钢的时候加入废钢，即炉外加入废钢工艺。随着国家政策的引领作用，在转炉过程中加入的废钢比已高达20%以上，研究表明转炉废钢加入量与铁水温度、出钢温度以及铁水的合金含量相关[5]。
2.6 精炼炉环节加入废钢
精炼炉中加入废钢主要是为了充分利用电弧炉的热源优势和废钢中的合金元素，通常将预热过的废钢添加到精炼炉中或作为调温剂直接加入炉内。此加入工艺会受到废钢加入量和钢种的限制，不适用于要求高的优特钢（尤其对氢含量要求高的钢种），实际生产中应用较少。除了钢种和铁水温度（钢液温度高于1570℃）外，对废钢质量也要求较高，即要求废钢的化学成分的稳定性，保证废钢清洁干净，不能带入杂质、泥沙和铁锈等，一般采用钢筋头作为精炼炉的废钢资源[6]。
3 关于废钢利用率的若干思考
成本控制是钢铁企业最关注的指标之一，其中原材料的成本决定着企业的经济效益。因此，冶炼工序的成本控制是降低企业成本的关键环节，不仅体现企业的技术水平，还体现了企业的管理水平。铁矿石和废钢是冶炼工序的两个主要原料，企业的成本控制主要也是这两个原料的价格博弈。基于我国矿石资源的有限，进口矿石的价格压缩着钢铁企业的微薄利润，为了促进钢铁产业的绿色高质量发展，废钢资源的高效应用成为了建立资源节约型、环境友好型企业的新发展方向。那么随着供给侧结构性改革，不断引进短流程冶炼工艺，同时长流程冶炼的废钢比不断提高，导致钢铁产业对废钢的需求量不断增多，其价格也不断上涨，这不仅对废钢市场提出了更高的要求，同时对企业的成本控制带来了一定的挑战。所以，如何高效应用废钢资源，以降低冶炼工序对环境的不利影响，以追求企业长久稳定的发展是值得思考的问题。主要有以下两点：
其一、 结合不同生产工艺流程，明确废钢的加入量。目前，我国冶炼生产工艺主要分为长流程生产工艺（如图1所示）和短流程生产工艺（独立电炉冶炼）。在电炉冶炼中的废钢利用率最高，能高达100%，而长流程冶炼工艺中的废钢利用率只有20%左右，工信部出台文件，到2025年时将废钢利用率提高到30%。那么，在长流程生产工艺占大比例的情况下，如何提高其废钢比？可以结合企业自身的生产工艺特点，在不同生产工序中添加适量的废钢，如图1中的第③中工序，可以在高炉、铁水罐、转炉和精炼炉中各加入适合铁水温度和化学成分的废钢，从而提高总废钢加入量。这需要企业严格的冶炼技术和管理水平，即通过企业的产品特点和工艺设备特点，制定出不同冶炼工序所需的废钢等级和废钢加入量，以标准化作业来提高废钢的高效率应用。
其二、根据不同的加入环节，对废钢进行质量分级。虽然废钢是可循环再利用资源，但从企业的成本控制考虑，用最低的成本生产最优质量的产品是关键所在。从前述内容可知，在冶炼不同工序中均可加入废钢，但是不同工序对废钢质量要求又不同，如果不分废钢质量等级而混用于不同的工序，则会出现废钢资源的浪费和对产品质量的不利影响。这也是目前废钢市场中存在的问题，即虽然在废钢铁标准中对废铁和废钢进行了分类，但是在实际废钢供需链中难以区分其等级类别，这导致废钢在冶炼工序中的加入量计算误差。所以，从企业自身出发，提出对废钢质量的具体要求，以使废钢供应方加强废钢的分类和质量提升，从而促进废钢上下游企业的长久稳定发展。
4 结语
废钢资源的有效应用不仅增加钢铁产量，提高企业的经济效益，也是实现绿色可持续发展的必然趋势。随着废钢需求的不断增多和废钢价格的不断上涨，有必要思考高效应用废钢资源的措施，即从钢铁企业角度，结合自身产品特点和工艺设备特点，制定出各冶炼工序所需的废钢质量等级和废钢加入量，充分利用企业的废钢资源，以提高废钢的综合利用效率；从废钢资源供应方角度，抓住废钢资源需求量高的契机，加强与钢铁企业的合作，积极进行废钢的等级分类，以满足钢铁企业的需求，从而形成良性循环。
参考文献：
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[3]陈飞，周锐.宁钢鱼雷罐加废钢、渣铁工艺生产实践[J].冶金设备，2019，252（增刊1）：103-105.
[4]刘坤，徐灯亮，梅忠等.提高入炉废钢比的工艺措施[J].冶金管理，2020.
[5]肖龙鑫，李晶，闫威等.合理的转炉废钢比探析[J].有色金属科学与工程，2019（10）：46-53.
[6]王飞宇，邓志勇，苏艳翔.LF精炼炉加废钢工艺研究[J].炼钢，2020，36（5）：27-31.