摘要：炼钢厂是工业制造的核心基础设施，其生产效率与质量直接影响社会建设进程及国民经济发展。低铁钢比高效化生产技术是炼钢厂实现“双碳”目标、推动低碳环保发展的关键技术之路径，而降低铁钢比也是降低碳排放量最快速且经济有效的方式之一。为此，文章以某年产1200万吨的大型钢铁企业60t转炉生产线为研究对象，针对低铁钢比高效化生产需求，通过优化转炉热平衡系统、开发废钢梯度预热与合金烘烤技术、完善少渣冶炼与留渣工艺，构建了转炉低铁钢比生产技术体系。研究结果表明，该技术体系可将铁钢比从890kg/t降至750kg/t以下，为钢铁行业绿色低碳转型提供技术支撑。

　　关键词：炼钢厂；低铁钢比；生产工艺技术

　　钢铁产业作为国民经济的支柱性产业，展示出较高的经济地位和社会价值，因此其发展质量，不仅关系制造业的竞争优势，而且还是制造业实现“双碳”目标的重要基础。在炼钢厂中，其铁钢比是衡量厂内炼钢工序资源应用效率的关键指标，可将其定义为厂内炼制钢铁过程中铁水的消耗量与合格钢产量的质量比。当前国内的钢铁企业平均铁钢比约为850kg/t，而国际先进企业已降至700kg/t以下，其中差距主要体现在国内炼钢厂的废钢利用效率与热平衡控制技术的水平上［1］。而降低铁钢比则是通过提高废钢加入量，实现以废代铁的制造模式，从而有效解决高废钢比冶炼时的热平衡矛盾与质量稳定性问题。因此，深入探究炼钢厂低铁钢比高效化生产技术，以及其相关应用，展示出较高的工程应用价值和现实意义。

　　1低铁钢比冶炼热平衡系统优化

　　1.1热平衡理论模型

　　热平衡理论模型的核心是系统内部或系统间，通过热量交换达到温度均匀且无净热传递的状态，其理论基础为热力学第零定律，并通过能量守恒方程实现定量分析［2］。而转炉冶炼的热平衡方程是限制废钢比提升的关键内容，传统热平衡计算公式为式（1）~式（3）：

       1.2废钢预热系统优化

　　结合实际情况，对常规炼钢厂中实现低钢铁比的废钢预热系统进行优化，优化内容主要为炉前废钢预热（高炉煤气）、炉后废钢预热（转炉煤气），以及合金烘烤系统［3］，具体措施如下：

　　1.2.1炉前废钢预热（高炉煤气）

　　该处理对象为所有入炉废钢（轻薄料、中厚料），通过采用连续式预热装置，使其处理能力达到80t/h。同时预热温度设置为600±50℃,高炉煤气消耗为10m3/t废钢，热效率为65%，热补偿率为36，从而没炉补偿热缺口2.8×106kJ。

　　1.2.2炉后废钢预热（转炉煤气）

　　处理对象为轧废钢筋头（料型干净，尺寸≤300mm），其中单炉加入量控制在3t。其工艺参数设置为预热温度800±50℃,转炉煤气消耗5m3/t废钢，热效率72%，热补偿率58%，以此每炉补偿1.05×106kJ的热量缺口。

　　1.2.3合金烘烤系统

　　该系统的处理对象为硅锰合金、硅铁等物质，通过利用电加热烘烤器，将烘烤温度控制在300±30℃范围内，同时控制保温时间为2h。该系统可以有效控制合金入炉的温度下降，使原常温合金加入后出现的钢水温降15~20℃,控制在5~8℃范围内，从而减少单炉温降后损失的热量，约为8×105kJ。

　　2转炉低铁钢比冶炼核心技术

　　2.1少渣冶炼与留渣工艺

　　以CaO-SiO2-FeO三元相图为基础，对造渣料配比进行优化，其中将轻烧镁球替换掉白云石，使得石灰活性度＞320mL，终渣碱度则稳定在3.2±0.2范围内，以此降低终渣量和每吨钢石灰的消耗量，以及减少炉衬侵蚀速率［4］。同时构建创新双渣+留渣的操作模式，控制首炉留渣量约为60%，并利用底吹氩气对其进行搅拌，使渣温＞1500℃,且在次炉兑铁时提前3min进行渣钢反应，以此提升碳氧反应速率，如表1所示。

　　应用该制度后，终点碳命中率和温度命中率，分别上涨24%和18%。同时终点控制方面，则采用“倒炉取样+红外测温”的方式，将终点温度控制在1640±20℃范围内，同时终点碳控制在0.06%~0.08%，并保证磷含量处于≤0.035%状态，从而满足普碳钢的要求，再者出钢挡渣采用挡渣球+挡渣棒双挡渣的方式，保证出钢下渣量处于≤50mm状态，满足低合金钢的生产要求。

　　3实例分析

　　以某年产1200万吨的大型钢铁企业60吨转炉生产为例，该炼钢厂的现有工艺：转炉铁钢比约为890kg/t，废钢比达到21%左右，存在铁水消耗高、废钢预热不足、终点磷控制不稳定等问题。改造前设备配置上仅有60吨转炉，无电炉，原废钢并未进行预热，合金以常温入炉，转炉也无副枪，依赖人工倒炉取样。同时，工艺方面废钢入炉温降大，如常温废钢导致单炉温降损失3.2×106kJ；留渣量为60%，约6t/炉，容易引发喷溅问题，且造渣材料单一，仅有石灰和白云石；供氧强度方面为3.5m3/（t·min），终点磷含量波动在0.03%~0.05%，超标的炉次占比28%。

　　为了进一步提高该厂的钢材冶炼效率和低铁钢比，对该厂的转炉系统进行技术改造，并新增废钢预热系统实现高效化的生产工艺技术，改造内容如下。

　　3.1转炉系统方面

　　造渣与留渣中的铁水成分控制为C 4.0%~4.3%、Si 0.4%~0.6%、P 0.08%~0.10%，造渣材料调整为石灰25kg/t+轻烧镁球8kg/t，以此替代30%的白云石，且将首炉留渣量从60%降至30%，约每炉3t，从而有效解决喷溅问题。同时，供氧制度上，供氧强度从3.5m3/（t·min）提高至4.0~4.2m3/（t·min），采用“三段式枪位”（熔化期1.6~1.8m、氧化期1.2~1.4m、终点期1.4~1.6m），强化脱碳与磷去除。而终点控制则通过人工倒炉取样+红外测温，结合留渣预处理，终点磷含量稳定控制在≤0.035%。

　　3.2废钢预热系统

　　炉前增设连续式预热装置，以高炉煤气驱动，处理所有入炉废钢，如轻薄料、中厚料等，其预热温度600±50℃,单炉废钢加入量从12t提升至15t，即为炉前12t+炉后3t；炉后新增转炉煤气预热装置，并专项处理轧废钢筋头，保证料型干净整洁，预热温度为800±50℃,解决高洁净废钢的热补偿问题；同时配套电加热式的合金烘烤系统，将硅锰合金、硅铁烘烤至300℃,减少入炉温降。

　　3.3应用效益分析

　　首先，技术效益方面，通过对比改造前后的各项技术指标，分析钢厂在生产过程中的关键技术数据变化，如表3所示。

　　由表3可知，改造后该炼钢厂的转炉铁钢比降低145kg/t、转炉废钢比提高16%、转炉冶炼周期降低7min、终点磷含量提高18%、终渣量降低25kg/t、石灰消耗量降低10kg/t、合金入炉温度降低67℃,说明改造后该炼钢厂可有效降低钢铁比的生产，并提高自身的生产效率与工艺质量，科学实现本身技术水平的提高与更新。

　　其次，经济方面，铁水消耗降低方面，每吨钢材减少铁水145kg，按年产能1200万吨计算，每年可减少铁水消耗174万吨，极大程度上降低了铁矿石原料的依赖程度；而在能耗节约方面，废钢预热与合金烘烤，合计减少热损失65%，使得综合能耗从628kgce/t降至570kgce/t，每年大约可节约标准煤69.6万吨左右。在降低辅料消耗方面上，石灰消耗量减少10kg/t，每年可节约石灰1.2万吨，降低辅料采购成本。由此可见，改造后的炼钢厂其经济效益得到显著增长，不仅直接生产投入有效减少，还在极大程度上，不断控制各项生产成本的投入，最终从各个环节中，实现整体经济效益的增长，使得此种改造展示出较高的经济价值。

　　最后，环境方面，该炼钢厂的碳排放因回收利用了更多的废钢，减少铁水的使用量，进而按照每吨铁水排放1.8t CO2和每吨废钢排放0.2t CO2的碳排放标准来计算，该炼钢厂每年大约可减少245万吨的CO2排放量，直接降低该厂区域范围内的CO2排放量，从而对区域范围内的“双碳”目标实现提供较大助力。同时因每年可增加约168万吨废钢的消耗，所以约有2.8×104m2的废钢堆存地得到重新规划，大幅增加了厂内有限土地资源的利用率，以及资源回收利用价值，促使该炼钢厂的钢铁生产过程及工艺具备环保性与可持续性，从而使得该企业达到绿色环保的发展理念，并为同类型的产业与企业，在进行绿色低碳转型时，提供较为直接以及可复制的实践参考案例。

　　4结论

　　综上所述，文章通过构建转炉低铁钢比生产技术体系，重点优化废钢预热（炉前高炉煤气+炉后转炉煤气）与合金烘烤系统，结合少渣冶炼（留渣量30%）、强化供氧（强度4.0~4.2m3/（t·min））等工艺，实现了铁钢比从890kg/t降至745kg/t，废钢比提升14%，终点磷含量稳定控制在≤0.035%。该技术通过“以废代铁”减少铁水消耗，降低能耗与碳排放，为钢铁行业绿色低碳转型提供了可推广的实践方案。

参考文献

　　［1］蒋星亮，王源，黄有财，等.新钢炼钢厂低铁钢比高效化生产工艺技术研究及应用［J］.中国金属通报，2022（8）：129-131.

　　［2］李*，李飞，陶晓林，等.提高热周转率降低铁钢比工艺实践［J］.中国钢铁业，2022（8）：53-55.

　　［3］苑洪滨，高冰，单庆林.“一包到底”和全程铁包加盖技术的应用［J］.河北冶金，2023（12）：71-74.

　　［4］崔猛，许卫军.联合特钢120 t转炉工序能效提升实践［J］.山东冶金，2023，45（5）：67-69.

　　［5］艾中路，陈生利，罗钟铭，等.铁包加废钢烘烤预热技术研究［J］.山西冶金，2024，47（3）：184-186+234.