·72 工程科学学报，第38卷，增刊1 2.1钢铁料消耗分析 石灰，因此采用石灰石炼钢虽然增加了部分钢铁料消 钢铁料消耗主要包括铁水和废钢，不包括加入的 耗，但考虑到块矿、造渣料等加入量的变化，采用石灰 渣钢、磁选渣铁、块矿等含铁物料.在转炉炼钢过程 石炼钢有利于降低冶炼成本. 中，钢铁料消耗成本约占治炼成本的80%.因此，降低 由于渣钢是炼钢过程中的喷溅物，属于资源回收 钢铁料消耗是降低生产成本的关键.对比四种不同物 利用，可提高金属利用率，降低生产成本。渣钢本身含 料结构炼钢时的钢铁料消耗如图1所示 有部分炉渣，相当于对炉渣进行了预熔处理，可促进炼 1100 钢炉渣的形成.而磁选渣铁与造渣材料中的二氧化硅 1095 方案3（废钢+磁选） 和氧化钙等形成低熔点物相，有利于降低炉渣熔点，促 1090 进化渣.因此，渣钢和磁选渣铁具有较高的节能降耗 1085 方案4块矿) 和降低成本的应用价值，在不同企业的炼钢生产过程 方案2（渣钢+磁选）。 中，应根据治炼钢种以及物料价格，综合考虑实际的钢 1075 铁料消耗和生产成本 1070 方案1（流钢+块矿） 1065 2.2氧耗分析 1060 转炉炼钢过程依靠吹氧完成元素的氧化反应，实 1055 现脱磷、脱碳、升温等治炼任务.因此，氧气是治炼过 10S0 0102030405060708090100 程的必需介质.统计对比不同物料结构、不同石灰石 石灰石比例（质量分数% 比例的氧气消耗量如图2所示 图1不同物料结构的钢铁料消耗对比 46 Fig.1 Comparison of steel material consumption at different material structure 方案2（查钢+做选） 方案3（废钢+酸选） 图1中所示的方案1采用铁水作为原料，渣钢和 块矿作为冷却剂，钢铁料消耗最低，不同石灰石比例治 炼时的平均钢铁料消耗为1072.07kgt:方案3采用 40 方案4（块矿） 铁水和废钢作为原料，配有磁选渣铁时，钢铁料消耗最 方案1（渣钢+块矿） 高，不同石灰石比例治炼时平均钢铁料消耗为 1092.91kgt1 结合表2中的含铁物料加入量分析，当采用方 0102030405060708090100 石灰石比例质量分数% 案1治炼时，吨钢加入了59.61kg渣钢和13.09kg块 图2不同物料结构的氧气消耗量对比 矿，渣钢中含有的金属铁珠再次熔化进入钢液，块矿 Fig.2 Comparison of oxygen consumption at different material struc- 中的铁氧化物不但能够提供铁元素，也能提供炼钢 tures 氧化反应所需的氧，渣钢和块矿等含铁物料的回收 利用，均能降低钢铁料消耗：而方案3采用废钢作为 结合表2中氧气消耗量以及物料结构分析，发现 冷却剂，废钢成本较高且已全部计入钢铁料消耗，导 当块矿加入量较大时，由于块矿含有大量的铁氧化物， 致钢铁料消耗增加，同时也会增加炼钢过程的原料 可以向熔池中供氧，因此氧气消耗量较低，如实验炉次 成本. 的方案1和方案4，吨钢氧气消耗量分别为41.09Nm 同时，分析发现随着石灰石比例的增加，钢铁料消 和41.33Nm3方案2和方案3中均加入了磁选渣铁、 耗总体呈增加趋势.以方案1为例，当石灰石比例（质 废钢或渣钢，因废钢、渣钢均不能提供氧，氧气消耗量 量分数)从30%增加至75%时，吨钢石灰石消耗增加 相对较高. 了26.77kg,由于石灰石在高温条件下分解产生Ca0 分析方案1~3，发现随着石灰石比例的增加，吨 和C02,分解过程会消耗大量的热量，因此，吨钢所需 钢氧气消耗量略有下降.由于石灰石在转炉炼钢过程 铁水量增加，导致钢铁料消耗增加了9.6kgt,渣钢 中受热分解，产生了多孔疏松的CaO,活性和比表面积 加入量减少了10.85kgt1,块矿加入量减少了4.09 均比加入的冷石灰高，同时由于石灰石分解会产生 kg't-1 44%的C0,C0,也是一种弱氧化剂，在炼钢过程可参 分析方案4可知，在实验条件下，全部采用石灰石 与碳、硅、锰等铁水元素的氧化反应，产生大量C0气 代替石灰也可满足炼钢要求，当石灰石比例从0增加 体，分解的C0,和反应产生的C0均能促进熔池搅拌反 至100%时，钢铁料消耗增加了7.26kg1,此时吨钢 应.方案4中当石灰石比例从0增加至100%时，块矿 石灰石消耗为52.04kg·1.由于石灰石成本远低于 加入量显著减少，因此氧气消耗增加·工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 2. 1 钢铁料消耗分析 钢铁料消耗主要包括铁水和废钢，不包括加入的 渣钢、磁选渣铁、块矿等含铁物料． 在转炉炼钢过程 中，钢铁料消耗成本约占冶炼成本的 80% ． 因此，降低 钢铁料消耗是降低生产成本的关键． 对比四种不同物 料结构炼钢时的钢铁料消耗如图 1 所示． 图 1 不同物料结构的钢铁料消耗对比 Fig． 1 Comparison of steel material consumption at different material structure 图 1 中所示的方案 1 采用铁水作为原料，渣钢和 块矿作为冷却剂，钢铁料消耗最低，不同石灰石比例冶 炼时的平均钢铁料消耗为 1072. 07 kg·t － 1 ; 方案 3 采用 铁水和废钢作为原料，配有磁选渣铁时，钢铁料消耗最 高，不同石灰石比例冶炼时平均钢铁料消耗为 1092. 91 kg·t － 1 ． 结合表 2 中的含铁物料加入量分析，当 采 用 方 案 1 冶炼时，吨钢加入了 59. 61 kg 渣钢和 13. 09 kg 块 矿，渣钢中含有的金属铁珠再次熔化进入钢液，块矿 中的铁氧化物不但能够提供铁元素，也能提供炼钢 氧化反应所需的氧，渣钢和块矿等含铁物料的回收 利用，均能降低钢铁料消耗; 而方案 3 采用废钢作为 冷却剂，废钢成本较高且已全部计入钢铁料消耗，导 致钢铁料消耗增加，同时也会增加炼钢过程的原料 成本． 同时，分析发现随着石灰石比例的增加，钢铁料消 耗总体呈增加趋势． 以方案 1 为例，当石灰石比例( 质 量分数) 从 30% 增加至 75% 时，吨钢石灰石消耗增加 了 26. 77 kg，由于石灰石在高温条件下分解产生 CaO 和 CO2，分解过程会消耗大量的热量，因此，吨钢所需 铁水量增加，导致钢铁料消耗增加了 9. 6 kg·t － 1，渣钢 加入量减少了 10. 85 kg·t － 1，块矿加入量减少了 4. 09 kg·t － 1 ． 分析方案 4 可知，在实验条件下，全部采用石灰石 代替石灰也可满足炼钢要求，当石灰石比例从 0 增加 至 100% 时，钢铁料消耗增加了 7. 26 kg·t － 1，此时吨钢 石灰石消耗为 52. 04 kg·t － 1 ． 由于石灰石成本远低于 石灰，因此采用石灰石炼钢虽然增加了部分钢铁料消 耗，但考虑到块矿、造渣料等加入量的变化，采用石灰 石炼钢有利于降低冶炼成本． 由于渣钢是炼钢过程中的喷溅物，属于资源回收 利用，可提高金属利用率，降低生产成本． 渣钢本身含 有部分炉渣，相当于对炉渣进行了预熔处理，可促进炼 钢炉渣的形成． 而磁选渣铁与造渣材料中的二氧化硅 和氧化钙等形成低熔点物相，有利于降低炉渣熔点，促 进化渣． 因此，渣钢和磁选渣铁具有较高的节能降耗 和降低成本的应用价值，在不同企业的炼钢生产过程 中，应根据冶炼钢种以及物料价格，综合考虑实际的钢 铁料消耗和生产成本． 2. 2 氧耗分析 转炉炼钢过程依靠吹氧完成元素的氧化反应，实 现脱磷、脱碳、升温等冶炼任务． 因此，氧气是冶炼过 程的必需介质． 统计对比不同物料结构、不同石灰石 比例的氧气消耗量如图 2 所示． 图 2 不同物料结构的氧气消耗量对比 Fig． 2 Comparison of oxygen consumption at different material struc￾tures 结合表 2 中氧气消耗量以及物料结构分析，发现 当块矿加入量较大时，由于块矿含有大量的铁氧化物， 可以向熔池中供氧，因此氧气消耗量较低，如实验炉次 的方案 1 和方案 4，吨钢氧气消耗量分别为 41. 09 Nm3 和 41. 33 Nm3 ． 方案 2 和方案 3 中均加入了磁选渣铁、 废钢或渣钢，因废钢、渣钢均不能提供氧，氧气消耗量 相对较高． 分析方案 1 ～ 3，发现随着石灰石比例的增加，吨 钢氧气消耗量略有下降． 由于石灰石在转炉炼钢过程 中受热分解，产生了多孔疏松的 CaO，活性和比表面积 均比加入的冷石灰高，同时由于石灰石分解会产生 44% 的 CO2，CO2也是一种弱氧化剂，在炼钢过程可参 与碳、硅、锰等铁水元素的氧化反应，产生大量 CO 气 体，分解的 CO2和反应产生的 CO 均能促进熔池搅拌反 应． 方案 4 中当石灰石比例从 0 增加至 100% 时，块矿 加入量显著减少，因此氧气消耗增加． · 27 ·