西西伯利亚钢铁公司按轧材动力耗量指标进入俄罗斯的主导企业之列。节约能量和降低物料消耗，以及持续削减有害物排放仍处在长期关注范围内。

　 目前公认工艺最佳化是不要求投资，提高生产效率最经济的方法。60％以上所有炼钢费用分摊在炼钢生铁上，因此节能降耗不仅要节约使用的能量，而且要节约物料并改善环境状况。

　 从协调连接工序生产观点来看铁水罐的流水作业线是最简单的。根据送铁水到转炉的各种组织方案，最佳的方案是产品成本最低的方案。把进转炉的铁水温度和消耗于耐材的费用作为规定指标。

　 公司采用的工艺规定高炉车间用2种方案送铁水：采用容积420t混铁炉型可移动的铁水罐车转倒入300t转炉用浇注铁水包；采用容积lOOt铁水罐车铁水再转倒入固定的1300t混铁炉，而从1300t混铁炉倒入160t转炉用浇注铁水包。铁水罐车的使用寿命约45000t，移动混铁炉使用寿命为420000t铁水，固定混铁炉使用寿命18～20个月。

　 现代化冶炼工艺保证高炉出铁条件很稳定(出铁间隔、温度和化学成分)。在这些条件下固定混铁炉，历来都用于混均铁水温度和化学成分，现在保证铁水化学成分更加稳定的条件。固定混铁炉硅含量的偏差(图1)比移动混铁炉降低一半，虽然用固定混铁炉送用的浇注铁水包一炉一炉的铁水温度偏差(图2)达到100～130℃，而在高炉出铁温度大致相同条件下移动混铁炉各炉的铁炉温差为10～12℃。

　

图1 在移动混铁炉车间（a）和固定混铁炉车间(б)入炉铁水的硅含量

　

图2 在移动混铁炉车间（a）和固定混铁炉车间(б)入炉铁水的温度变化

　

　 在装备了固定混铁炉的车间中，倒入转炉的铁水温度通常比有混铁炉型可移动铁水罐车的车间低50～60℃，而西西伯利亚钢铁公司的条件铁水温度为60～70℃。铁水物理热损耗的原因是表面热辐射和对流及冷耐火材料的蓄热。在高炉出铁铁水温度1500℃条件下，用固定/移动混铁炉运输铁水情况下，热耗量(℃)如下：

　 高炉出铁到铁水罐：58/55

　 运送到转炉车间时：19/10

　 处理和等待铁水罐时：23/7

　 铁水从铁水罐倒入混铁炉时：20/一

　 铁水装在混铁炉时：10/一

　 倒入铁水包时：35/25

　 总的热损耗：165/97

　 入炉前的温度，℃：1335/1404

　 这些数据的分析得出结论，铁水大量的热量损耗在从一个容器倒入另一个容器(出铁、倒出)过程中。在组织高炉出铁到铁水罐(敞流或密封)和在铁水送到转炉中不倒入铁水罐车条件下可以降低铁水物理热量损耗。浇注铁水包类似于铁水罐车，但不同的是有一个小流嘴和圆筒形部分有一层保温层。这样组织高炉出铁不需要极大的材料和资金费用，但只能在稳定的信息保证和控制高炉出铁到倒入转炉并获得成品钢材条件下可以实现。

　 究工艺高炉出铁和到转炉车间混铁炉工段的运送没有变。在混铁炉工段5～10％铁水罐车的铁水倒人固定混铁炉。其余的铁水罐重新调整到转炉车间的支架上。按转炉冶炼工艺需要的铁水量(通常不超过10％)从固定混铁炉倒入铁水罐车，然后铁水罐车运送到转炉工段，铁水倒入转炉。同时铁水温度可与用移动混铁炉送入铁水的温度相比，同时原料、动力介质和耐火材料的使用费用下降(表)。

　　　 表高炉铁水送入转炉各种方案的比较特点

指标	固定混铁炉	移动混铁炉	最少转倒次数的新工艺
			1	2
铁水温度，℃	1335	1404	1395	1400
铁水消耗量，kg/t	814.9	788.5	793.5	790.7
废钢消耗量。Kg/t	279.0	305.4	300.4	303.2
钢的成本费，卢布．/t
生铁	2487.92	2407.32	2422.59	2414.04
废钢	527.55	577.43	568.0	573.30
耐火材料	3.32	5.01	1.54	1.54
能源费用(氧气、天然气、压缩空气)．卢布．／t	44.07	42.16	42.43	42.38
生铁、废钢、能源和耐火材料成本费．卢布．／t	3062.86	3031.92	3034.56	3031.26
经济效益。百万卢布．/年	一	60.90	55.97	62.8l

★入炉铁水温度有差别的方案和相应指标

　 炉工段倒铁水时形成粉尘排放物，是大气最大的污染源。每倒一次铁水每t铁水会排放到大气160～340g粉尘。粉尘的组成是蒸汽氧化形成的氧化铁、和铁水面的铁珠及铁水温降析出并浮在铁水面上的石墨质泡沫．石墨质泡沫形成并析出的主要条件是铁水中的碳溶解度随着铁水温降而下降(C=1.+2.7·10^-3t)。在运送和等待铁水罐时间内铁水表面上浮出并留在渣中的所有颗粒。大于50μm(尺寸分别为5、40、100μm和更大的分散颗粒，上浮速度分别为3.6㎝/h、1.8和18m/h)。铁水温度从1335℃提高到1400℃降低形成石墨泡沫量0.15％，或一年减少3150t。在减少倒铁水次数的方案送铁水条件下混铁炉工段褐色烟的形成降低90％，而向大气的排放量一年减少15t。

结论

　 高炉铁水送入具备固定混铁炉车间的转炉，减少倒铁水次数，能提高入炉铁水温度，达到用混铁炉型移动铁水罐车生产车间的铁水温度。

2 限制转炉冶炼煤气排放

　 当铁水倒入转炉时瞬时会排放出大量炙热的气体和粉尘。排放物的数量占所有工序排放量的3～5％。采用收集并输送排放物到煤气净化设备的定位装置的任务是减少排放物的数量。因为随着火焰升高高度的增长，空气渗入增加，部位抽吸机的布置是尽可能接近含尘煤气的形成源头。大多数收集铁水倒入时排放物的装置，要求部分或完全遮盖住转炉。

　 据德国专家的评估，对于转炉无序排放物的限制、输出和单独净化同样要求投资，和工艺煤气的净化一样。除密封罩外的副除烟罩装置需要专门开发设计并准确地选定位置。采用这种罩收集无序排放物的效率不超过80～90％。

　 在源头抑制排放物的形成是最合理和需要费用最小的。基本思想内容是避免钢液与大气氧接触。开发避免接触对钢液流股和钢液面吹惰气的设备很复杂，是因为温度高，汇集的移动设备多。

　 西西伯利亚钢铁公司为减少160t转炉的无序排放，通过建立定位装置解决了难题，而300t转炉车间用这种方法不合适，因为装废钢铲的机械遮盖了装料口，因此减少排放量是最合理的。

　 对褐色烟排放物形成反应有影响的是物理一化学、热动力、气体动力因素。很好地研究了转炉熔池吹氧反应区发生的粉尘形成过程。

　 根据通用理论。褐色烟的形成(Fe₂O₃)主要是由于最细小熔粒氧化，它们以最细小的CO气泡离开熔体表面。转炉熔池CO形成反应在大部分炉次是稳定的，主要取决于铁水含碳量和渣的状况(泡沫)。倒铁水时发生了类似反应，但是反应短暂。在碳含量稳定条件下发生并取决于铁水流股的位置和状态及转炉冲出的煤气火焰。

　 倒入铁水的单位粉尘排放量为O.14～0.21kg/t。粉尘的成份如下(质量百分比，％，平均)：35C、13Fe、13Fe0、 8Fe₂0₃、3.5CaO、1.0MgO，5.2Si0₂，2.2A1₂O₃、3.4ZnO。由于在铁水温降条件下碳的溶解度下降释放出含石墨的粉尘，含有％：58.93C、11.7Fe₂0₃、22.65Si0₂、5.95MnO。粉尘的主要部分是薄片状的碳带有各石墨薄片之间吸咐的硅。从混铁炉再倒入浇注铁水包期间铁水温降30℃条件下释放出约0.08％C石墨，或0.8kg/t。如果认为，排放物中含的所有碳是这种石墨泡沫，那么铁水温降时8％形成的石墨泡沫上浮出来，而其余的在熔体中并在上浮时带出到熔体表面。

　 在熔体表面上蒸汽和铁珠氧化条件下铁的氧化物随着石墨泡沫出现并形成。最细小的弥散氧化物形成是由于铁水蒸汽氧化。蒸发发生于任何温度条件下并在温度升高条件下加强。蒸发物质的数量取决于蒸发面积和液体对其自由面的压力。

　 根据数据，含4.4～5.O%C的铁碳合金在煤气流速1.3m/s条件下铁的蒸发速度等于～0.02·10^-4g/m²·s)。从铁水密流面上由于铁的蒸发(一20m²)形成铁的氧化物数量为5.3·10^-4kg/t．或倒铁水释放出铁的氧化物总量的1.5％。由于熔体与氧接触面增加和熔体面上细小铁珠氧化，形成排放物中铁其余的氧化物。

　 铁水成分氧化次序取决于对氧的亲合力和熔体表层温度。在1350～1450℃条件下硅和锰比碳对氧的亲合力更高。在温度接近1500℃条件下形成液渣膜。渣层，化学成分接近亚铁硅酸盐(Fe₂SiO₄)，是氧移动的障碍，导致反应进行相对不活泼。在温度高于1600℃条件下碳和铁开始强烈氧化．而硅和锰含量仍在同一水平。

　 转炉排放出的高温煤气主要源头是废钢氧化皮被铁水碳还原(通常1～4％)随着形成碳的氧化物。这一反应特殊过程的高温范围是1 100～1200℃或更高。在铁水倒入转炉流量45～65t/min条件下1 0～1 5s后出现火焰，同时形成约260m³碳的气态一氧化物，它以～0.5m/s速度流过转炉。废钢所有氧化皮还原消耗了铁水0.18％C并形成1082kgCO。在倒铁水时间4min条件下CO量为60516m³／h(在l000℃)。

　 据德国、美国、英国工厂中进行的研究数据，火焰上升的煤气量为40.80m³/min按转炉每一吨计算，300t转炉的煤气量为80万m³/h；火焰的CO容积浓度7.5％。

　 铁水包水口流出的熔体流股是圆弓形横断面，流场速度随高度变化。熔体流股宽～1.5m有0.2m压力能保证工艺要求的铁水量64t/min。在熔体的这种流股条件下，下面的流速是2m/s，而上面是0.3～0.2m/s。转炉炉口冲出的煤气火焰速度是～lm/s，火焰直径约等于转炉炉口。

　 在开始阶段浇注铁水包流嘴(图3)的位置稍高于(0.5～1.0m)转炉炉口中心线而熔体流股的开始部分在炉口前并打开抽吸大气的风机。一股CO流过上面的熔流，保护熔体表面防止氧化，从铁流吹出弥散的石墨泡沫并带入上升气流。大气喷射到熔体流股下面，它与熔体表面接触并使它氧化。为此表面层温度急剧上升，碳和铁的氧化强化。

图3 铁水倒入转炉时煤气火焰和粉尘形成图

1转炉 2铁水包 3 废钢 4 铁水 5 煤气导出管道 6 煤气火焰和粉尘 7 对流空气流

　

　 倒铁水的过程中铁水包流嘴下降进入转炉炉口内，从而减少铁水流股与大气的接触面。从倒了一半开始，铁水包下部下沉，而水口部分靠近炉口，使铁水包截断大气进入铁水流股的下面部分。上升的煤气火焰射向四周空气。在倒铁水的前半期火焰开始从铁水流股两侧射入空气，继续在整个期间从转炉炉口进入到车间天窗的出口。同时CO燃烧成CO₂，补充加热了上升的大气气流，上升气流速度提高到3～l0m/s。

　 因此，可以提出影响抑制褐色烟形成反应的主要因素：

　 降低熔体流股开始部分边界煤气层的氧含量(用氮、碳的一氧化物、蒸汽除去边界煤气层的氧含量)；

　 在铁水流股表面形成保护渣层(提高铁水含硅量，硅和锰表面优先氧化)；

　 减少熔体流股射入大气的数量(在铁水流股开始部分建立惰气覆盖区，浇注铁水包流嘴位置对转炉炉口的间隙尽可能小)；　　　

　 减少CO形成强度并减小高温煤气火焰量(废钢处理、延长倒铁水的时间)；

　 减小高温煤气火焰量(用雾化水冷却)；

　 把火焰引入到工艺煤气净化设备中(用气或水气流排出)。

　 根据所述，公司专家制订出工艺和工艺设备，能限制铁水倒入转炉时形成火焰，降低火焰温度并用工艺煤气净化设备除去。装置形成2条汽流，定向于倒铁水时铁水包和转炉炉口之间的间隙(图4)。对铁水流股吹氮气，用气体喷嘴形成用于抑制倒铁水过程中褐色烟的形成。水气流股送向更高的煤气流，用水气喷嘴形成用于冷却废气火焰并定向于水套裙的方向。

　

图4 抑制铁水倒入转炉煤气火焰和粉尘图

1转炉 2 铁水包 3 废钢 4 铁水 5 煤气导出管道 6 煤气火焰和粉尘

7对流空气流 8 抑制排放物的装置 9 煤气流 10 水气流

　 5号转炉装置的运行证明了，倒铁水时用水气流股抑制铁氧化物的形成反应有效和减少煤气火焰长度几倍，同时可以用工艺煤气净化设备除去含粉尘的煤气火焰。