摘要：随着钢铁行业对资源循环利用和环保要求的日益关注，高废钢比的应用在转炉炼钢过程中越来越普遍。然而，废钢比的提升也对转炉炼钢工艺带来了挑战，这些挑战主要体现在造渣制度、吹氧工艺、钢水成分等方面。本文将系统论述高废钢比对转炉炼钢工艺的影响，并探讨相应的应对策略，以确保生产过程的稳定性和钢材质量的可靠性。

　　关键词：高废钢比；转炉炼钢；对策研究

　　在全球钢铁工业日益关注环境保护和资源可持续利用的大背景下，高废钢比的生产模式使用成为钢铁生产领域的一种重要趋势，转炉炼钢作为传统的钢铁冶炼工艺之一，其在现代钢铁生产中的角色正经历着转型和优化。然而，这种转变也带来了对工艺和设备的挑战，需要通过科学的技术手段加以应对。

　　1废钢来源及产量

　　1.1废钢来源及分类

　　废钢作为重要的回收资源，在钢铁生产和环境保护中扮演着关键角色，也是优化资源利用和推动循环经济工作中至关重要的一环。根据中国物资再生协会发布的《中国再生资源回收行业发展报告（2024）》，我国的废钢铁回收利用历经十几年的规范建设，加工能力和装备水平快速提升，产业规模不断壮大，随着工业加工废钢、报废折旧废钢产生量的逐步增加，及国家对设备及消费品的以旧换新政策的大力推行，预估废钢铁资源的总量会呈现稳步增长态势。

　　目前钢铁企业所用废钢按来源主要分为三大类，分别是钢厂自产废钢、工业加工废钢、报废折旧废钢。其中钢厂自产废钢主要是在钢厂生产活动中产生的废料，一般比较常见的有钢坯切头、轧废、中间包注余、渣钢等，通过自产废钢的回收再利用有助于减少原材料消耗，提高了资源利用效率；工业加工废钢则主要来源于汽车制造、家电生产、机械制造等行业，在加工制造过程中产生的下脚料或一些不符合成品规格的剩余材料，此类废钢一般杂质较少、成分均匀、回收率高且较为稳定；而报废折旧废钢主要来源于废旧车辆、家电及建筑物的报废或拆除过程，此类废钢的构成较为复杂，常伴有油污、塑料、泥沙等不利于炼钢生产的杂质，但不论从废钢资源的循环利用还是炼钢生产的经济性角度考虑，此类废钢较其他两大类型均存在着明显的优势。

　　1.2废钢的产量

　　我国废钢资源量近年来整体呈现增长趋势，反映了钢铁行业资源回收和再利用的不断增强，根据相关数据，我国目前已成为全球最大的废钢生产和消费国之一。根据中国废钢铁应用协会的统计数据，自2000年起我国的钢铁行业稳步发展，废钢资源稳步提升，到2016年，钢铁行业形势回暖，废钢消耗也随之开启了为期四年的爆发式增长，从2020年起废钢消耗也逐步进入稳定期，但进入2024年以来，随着国家设备更新及消费品以旧换新等促消费政策的大规模推进，设备、汽车、家电等消费领域的潜力将进一步释放，预计2024年，废钢铁、废弃电器电子产品、报废汽车等报废折旧废钢回收量预计将显著增长。

　　综上，结合市场环境及供需关系影响，废钢资源总量将成上升趋势，其综合性价比优势会逐步提升，预测今后较长时间内，高废钢比生产模式将成为转炉炼钢发展的必然趋势。

　　2高废钢比对转炉工艺的影响

　　2.1高废钢比对转炉装入的影响

　　高废钢比生产模式对钢铁企业而言，一旦采用就意味着转炉要从热平衡角度，最大限度地消耗废钢，由此会产生两个问题，一是废钢料斗及加料天车是否有足够的承载能力，可实现废钢一次加料。石横特钢曾进行过行双斗加料操作，此生产状态下冶炼周期明显升高，虽后续通过加料顺序的调整可大大降低装料时间，但对此加料方式总结时认为，此种装料方式不仅会干扰正常的生产节奏，同时也会对转炉加料期间的生产安全造成不利影响，因此此模式根据废钢效益及质量条件，仅在特定生产条件下适用；二是废钢加料对转炉开吹打火的影响。在兑铁后熔池内废钢升温及熔化会导致熔池温度快速降低，受此影响部分本可快速熔化的轻薄废钢会在铁水表面漂浮，阻挡氧气射流，造成转炉开吹打火困难，严重时会导致氧枪头烧损或吹炼渣中亚铁富集诱发吹炼前期喷溅。

　　2.2高废钢比对吹氧工艺的影响

　　高废钢比对吹氧工艺的影响，主要涉及钢铁冶炼过程中废钢使用比例变化对氧气吹炼操作的影响。吹氧工艺是一种通过将氧气吹入熔融钢液中，以促进化学反应、去除杂质并优化钢水质量的关键技术，而废钢比对于吹氧工艺的影响会体现在过程控制、炉料特性、经济性及环境影响等多个方面。从熔池内反应方面来看，废钢比对吹炼时间有非常重要的影响，相较于生铁，废钢的中碳、硅、硫、磷等元素含量较低，因此在供氧强度一定的前提下，大幅度的进行废钢比例调整对吹炼时间影响明显。从过程控制方面来看，在高废钢比的操作中为保证终点温度成分可控，需要精确控制氧气的吹入量和吹入速度，以确保钢水的化学成分达到所需标准。从炉料特性方面来看，废钢的成分可能会含有不同比例的合金元素和杂质，这会影响吹氧过程中钢水的化学成分。而且高废钢比会导致炉料成分的不均匀性，因此需要通过调整吹氧参数来确保熔池充分搅拌以保证钢水质量的均一性。

　　2.3高废钢比对造渣制度的影响

　　高废钢比对造渣制度的不利影响主要通过熔池的温度体现，当铁水兑入转炉起，废钢的升温、熔化会大量吸热，造成吹炼前期转炉熔池升温缓慢，从而导致转炉头批造渣材料加入后成渣困难，吹炼前期转炉脱磷效率低下，后续对钢水成分的一次命中率产生不利影响；同时随着废钢比的升高，铁水带入的物理热、化学热的富余量减少，也不利于采用石灰石、生白云石等生料替代常规熟料造渣，影响造渣材料的经济性。但从另一个角度来看，由于废钢中的磷、硫等有害元素含量明显低于铁水，如控制得当，提高废钢比例后可适当减少渣量，进而达到节能降耗的作用。

　　2.4高废钢比对钢水成分的影响

　　结合当前的市场环境，废钢无论从资源及价格层面均展现出了较大的优势，随着钢材利润的下滑，高废钢比生产模式慢慢回归主流，随之而来的就是高废钢比对钢水成分的影响越发突出。而废钢的使用对钢水成分的影响，涉及钢水中的主要化学成分、杂质元素以及合金元素等多个方面。从化学成分方面来说，随着废钢比的提高，报废折旧废钢的配用量也会同时增加，由于此类废钢的不确定性较强，此时废钢中若集中混入合金钢或掺杂其他有色金属，则会对钢水的最终成分造成较大影响。从杂质方面来说，废钢内掺杂的拆车件或电器面板等，其中夹带的橡胶、塑料、油污、油漆等杂质不仅会对钢水造成污染。从钢水的均匀性与稳定性方面进行分析，由于废钢的来源和成分不完全一致，如采购的废钢采用集中加料方式，则有较大可能会导致钢水部分成分显著异常，而且高废钢比情况下，钢水的均匀性也会受到影响，需要通过优化冶炼工艺和调整炉料配比，均匀加料以确保钢水成分稳定可控；从经济方面考虑，由于废钢通常成本较低，增加废钢比可以降低生产成本，然而废钢中杂质的处理和合金元素的不确定性影响又会导致质量稳定性的波动，因此技术人员还需要权衡经济效益与质量稳定性的关系，控制废钢对钢水的影响，确保最终产品符合标准。

　　3高废钢比对转炉炼钢工艺影响的应对措施

　　3.1优化废钢入炉

　　结合石横特钢转炉生产实践及对行业先进企业的对标了解，为最大程度提高废钢比，从优化废钢入炉控制角度主要从以下几个方面进行改进及控制。从装料角度考虑，应尽可能以单料斗装料为基础，优化废钢料型，提高重型废钢及高质量压块的采购比例，严格控制自产废钢尺寸，长尺寸废坯、轧废等超长料型切割后入炉，优化布料模式，确保废钢一次加料。从装料热平衡角度考虑，由于转炉的热平衡取决于铁水提供的物理热与化学热，如何充分地利用热量是提升废钢比的重要途径。为进一步提高废钢比，建议采用铁水一罐到底的运行方式，并严格实施铁水罐加盖运行，同时可结合铁水中硅、锰元素成分、铁水运输时间、转炉生产负荷等因素，确定不同废钢比模式下入炉铁水合理温度区间并加以控制。从转炉生产周期余热利用角度考虑，可实施炉后钢包加废钢操作，挑选合适长度的洁净的轧废或钢筋切头，加入钢包并进行烘烤后，利用出钢时的热量及冲击力将其熔化转化成液态钢水，经测试，在出钢量100t条件下，如提前在钢包内配加0.8t～1.2t废钢（充分利用正常周转钢包余热），出钢结束后钢水降温约10℃,在不影响钢水质量的前提下起到提高废钢比例的作用。从综合配料效益角度考虑，当废钢效益优势显著时，适当地考虑引入废钢预热技术，通过煤气助燃、废气回收等方式，进行废钢预热，目前主流的方式大致分为以下几类：①铁水运输线煤气预热废钢入罐。②废钢跨区域煤气预热废钢入废钢料斗。③炉前料斗内煤气预热废钢后直接入炉。④高位料仓转炉烟气或热风预热废钢后直接入炉。⑤炉后料仓煤气烘烤或通入热风预热废钢炉后直接钢包加入。

　　3.2优化吹炼过程控制

　　采用高废比生产模式时，由于熔池内环境复杂，要结合废钢配用量，做好枪位测量下枪点火控制，当出现由于废钢比例较高导致的点火异常时，可采取前后摇动炉身的方式加速表面废钢融化，改善点火条件。若采用干法除尘，还需关注点火期间氧气流量，防止出现泄爆现象。除此之外，在吹炼前期宜适度提高氧气流量，增加冲击深度，加强熔池搅拌，促进前期快速升温以保障头批造渣料快速成渣，提高脱磷效率。吹炼中期氧气流量应平稳控制，保持渣中稳定的亚铁含量，避免返干现象。整体吹炼过程中要结合铁水条件及废钢比例合理调控供氧强度及吹炼时间，当吹炼接近尾声时要适当提高氧气流量，需降低枪位并上下移动，以加强熔池搅拌、均匀成分和温度并降低渣中亚铁，提高渣中铁元素回收率。同时由于废钢比例的提升，对转炉终点温度及成分一次命中率提出了较大的挑战，考虑到废钢结构存在较大的不确定性，为提高终点命中率，不仅要提前结合不同废钢比例条件建立冶炼模型，还要适当在过程中留一定调控的余量，避免对之后工序的正常生产带来干扰。

　　3.3优化转炉造渣工艺

　　高废钢比生产模式带来的不单单是熔池温度的不足，同时也降低了熔池中硅、磷等元素的含量，此种条件下适合少渣冶炼工艺配合留渣法操作，造渣材料优先选用活性石灰轻烧白云石等熟料，且每炉溅渣结束后不造渣或保留一定量的炉渣供下一炉使用，不仅可充分利用前一炉炉渣中的氧化钙来降低本炉消耗，更可以利用其成熟渣系提高前期低温时期的化渣效率。

　　随着炼钢工艺的不断进步和环保要求的提高，企业需要不断探索和实施优化的造渣工艺，以实现经济效益和环境保护的双赢目标。而且高质量的造渣工艺可以显著提高转炉的生产效率，合理的造渣配方和工艺控制能够实现炉渣的高效生成和及时排除，从而减少对钢水的负面影响。同时有效的造渣工艺能够缩短炉渣的形成时间，不断降低炼钢过程中的等待时间和中断并提升转炉的生产能力。造渣配方会直接影响炉渣的质量和钢水的成分，而优化配方需要根据钢水的成分和炼钢的具体要求，因此企业需要合理选择和配比助熔剂和造渣材料。被选择应考虑其熔点、化学反应特性以及与钢水的兼容性，再通过精确配比和调整，才可以进一步改善炉渣的流动性和去除有害元素的能力，从而提升钢水的质量和生产效率；其次，企业可引进一些类似于喷吹技术、冶炼气体的调节、炉渣的控制等现代造渣工艺。以喷吹技术为例，该技术通过将助熔剂和造渣材料以气体形式由顶吹或底吹方式喷入转炉，能够更均匀地混合和反应，从而形成高质量的炉渣。技术人员只需优化喷吹参数和方式，就能够提高造渣效率，同时再不断调整冶炼气体的流量和成分进一步改善炉渣的性能，促进钢水中有害元素的去除。

　　3.4废钢的质量控制

　　废钢作为炼钢的重要原料，其质量直接关系到钢水的成分、产品质量和生产成本，因此加强对废钢质量的管理可以显著提升炼钢工艺的综合性能。当废钢中含有不均匀的合金元素时，转炉内的化学反应就会出现异常，从而导致钢水成分不稳定。而通过控制废钢的质量就可以减少这种波动，不仅可以使炼钢过程更加稳定，而且还能减少生产中的不确定性，提高生产效率，由于高质量的废钢能够有效替代铁水，减少对铁矿石和其他原料的需求。因此，这种资源的合理利用不仅能够降低原料成本，还可以支持资源的可持续使用，在废钢质量管理提升的前提下，可以最大限度地发挥废钢的价值以减少对自然资源的依赖，实现经济和环境的双重效益。

　　废钢的质量管理需要从源头开始，因此对于企业来说分类与分拣是关键措施之一，废钢在进入生产线之前，首先，需要对废钢经过系统的分类与分拣，去除其中的杂质和不合格成分，而且技术人员还需根据废钢的成分、来源和状态进行分类，以达到减少生产过程中的不确定性。比如，可将废钢分为纯钢废料、合金钢废料和混合废料等不同类别，确保每一类废钢能够适用于不同的炼钢要求；其次，为了确保废钢质量，企业还需要对废钢成分进行定期检测和实时监控，必要情况下，还可以利用光谱仪和化学分析仪器等现代化的检测设备，准确测量废钢中的主要元素和有害元素的含量。同时还需要为废钢处理建立健全的检测系统，对其进行持续的质量监控，帮助相关工作人员能够及时发现和解决问题，以确保废钢的成分稳定且符合要求。最后，建立完善的废钢供应链管理体系是优化废钢质量管理的重要措施。企业需要与废钢供应商建立长期合作关系，并签订质量控制协议，这样才能确保供应的废钢符合质量标准。

　　4结语

　　在未来的钢铁生产中，高废钢比的应用将会越来越普遍。因此，企业需要不断提升自身的技术水平和管理能力，跟踪行业发展的新动态，积极探索新的工艺改进方案。只有通过科技创新和工艺优化，才能够充分发挥高废钢比的优势，实现可持续发展目标，同时推动钢铁行业向更加环保、高效和经济的方向迈进。