由于钢铁行业面临的实现绿色生产的压力不断增大，许多钢铁企业都在寻求能够快 速见效的低成本方案，以使现有钢厂变得更加环保。普锐特冶金技术相信，在许 多情况下，一种逐步推进的作法都是适宜的：在转炉工艺中增大废钢和热压块铁 (HBI)的用量，能够让炼钢生产更加环保和更具可持续性。

钢其实是一种可持续材料，因为只要合理地收集和分类，它很 容易循环利用，而质量极少甚至不会下降。炼钢以回收的废钢 或者热压块铁(HBI)为原料，产生的二氧化碳排放远少于以铁 矿石(通过高炉或直接还原设备)为原料。这主要是因为，所有 的还原工作只存在于炼铁环节，废钢只需要加热和熔化。

全球钢铁生产目前仍然主要采用联合工艺路线，即用高炉生产 铁水，然后用LD(BOF)转炉炼钢。虽然有些国家以基于废钢 的电弧炉(EAF)炼钢为主，但电炉钢在世界钢产量中所占的比 例还不到20%。 直接还原是钢铁生产的另外一条途径，目前的 增长速度也很快，但在世界范围内的份额还很小。

世界各地建成的LD(BOF)转炉数量基本保持稳定，但拥有它 们的钢铁企业面临着越来越大的压力，必须提高废钢比以减少 二氧化碳排放。 提高废钢比的技术已经存在，可以作为减少炼 钢碳排放的一种快速见效的方案而实施，从而避免为建设全新 设施而进行大规模投资。

三大挑战

为了提高现有转炉的废钢比，钢铁企业必须克服三大挑战。

废钢物流

第一个挑战是拥有合适的废钢运输基础设施，以保证废钢在最终用于转炉炼 钢之前运至钢厂存放。存放区必须能够清楚地划分不同的废钢等级，从而保 证经济有效地使用废钢。然后，废钢必须用废钢溜槽运至转炉并装入。根据 废钢比和空间限制，每炉需要装入两溜槽废钢以达到高废钢比，但这会延长 装料时间和降低转炉作业率，除非采取适当的解决措施。

钢质量

转炉是炼钢的理想设备，能够从装入转炉的铁水中脱除硅、碳、磷、硫等元 素。不过，一些对钢质量有不利影响的杂质元素，比如铜、铬和镍，无法在 转炉或二次冶金环节从钢水中去除。这就是需要废钢分类系统和严格的废钢 质量管理的原因：它们能够从源头上保证不会有太多不希望的杂质元素进入 钢水。还应当采用另外的工艺模型来计算杂质元素进入最终产品的程度，以 及需要加入的废钢数量和等级。

能量平衡和废钢熔化

废钢的冶炼需要能量进行加热和熔化。在转炉工艺中，这些能量来自于铁水 中碳和硅的燃烧或者加入的升温剂。由于这些可燃物质数量有限，转炉能够 接受的废钢比通常局限在15 – 20%左右，除非采取本文所述措施。

提高废钢比

主要有4种方法可以提高废钢(或HBI)比例，从而推动绿色钢铁 生产。其中，既有可在现有BOF转炉上实施的简单方案⸺比 如工艺模型、废钢预热喷枪和二次燃烧氧枪，也有最大限度提 高废钢比的专门技术⸺比如Jet工艺。

1. 转炉工艺模型

在典型的LD(BOF)转炉工艺中，在末期要加入冷却剂(比如生 铁或铁矿石)⸺如果测量结果表明必须这样做的话⸺以达到 目标出钢温度。依靠普锐特冶金技术提供的现代工艺模型，能 够精确地预测和控制钢水的最终化学成分和温度，从而无需加 入冷却剂。这样，工艺过程中产生的所有能量都能够用来熔化 在工艺开始时装入的废钢。

另外，采用这类工艺模型还能减少补吹和修正的次数，从而稳 定生产条件，减少等待时间，并因此而降低能量损失。在典型 情况下，普锐特冶金技术转炉工艺模型的实施加上工艺优化， 能够使废钢比提高4%。

2. 废钢预热喷枪

废钢装入转炉时通常是冷态。对废钢进行预热能够为炼钢工艺 增加更多能量，有助于提高废钢比。为了避免车间内产生灰尘 和排放，最好在装入铁水之前在转炉内进行预热。这样，可以 将带有耐材衬的转炉炉壳当作燃烧室使用，一次除尘设备也可 以用来进行热回收和废气净化。废钢本身由一支使用天然气的 烧嘴喷枪进行预热，而这支喷枪还能用于修炉后或等待时的转 炉预热。

为了避免废钢大量氧化，预热温度必须控制在平均800摄氏度 的水平。达到这一温度需要的预热时间约为10分钟。通过预热 而额外输入的能量将使废钢比能够提高5%左右。这个过程类 似于许多北方国家在冬季必须对废钢进行的除冰和干燥处理。

3. 双流道二次燃烧氧枪

硅和碳的燃烧是转炉内大部分能量的来源。虽然硅完全燃烧生 成SiO2，但铁水中的碳只在反应区燃烧生成一氧化碳。为使一 氧化碳最终燃烧生成二氧化碳，以充分利用铁水中的碳含有的 全部能量，需要在第二步引入更多的氧气进行二次燃烧。这 时，最好采用双流道二次燃烧氧枪，它增加了一个流道用以喷 吹二次燃烧用氧。另外，还需要第二条控制线，用以调节二次 燃烧流道的流量。第二条控制线能够在脱碳工艺之外单独控制 二次燃烧工艺。

双流道二次燃烧氧枪能够使转炉内一氧化碳燃烧生成二氧化碳 的比率从12%提高到20%。因此而额外产生的能量可使废钢比 提高4%。

4. JET工艺

Jet工艺将底吹转炉的石灰和煤喷吹与促进二次燃烧的热风喷 枪结合在一起。这种设计使转炉内的碳⸺包括铁水中所含的 碳和额外喷入的煤⸺几乎全部燃烧生成二氧化碳。因此，煤 的化学能得到最大限度的利用，使能源效率高于使用燃煤电厂 电力的电弧炉。

LD(BOF)转炉可以通过采用工艺模型、废钢预热喷枪和双流 道二次燃烧氧枪而提高废钢比。但是，由于转炉内熔池搅拌条 件的限制，加上所有氧气都是从炉顶喷吹，最大废钢比局限在 30%左右。为了突破这一限制，Jet工艺采用了能够熔化大块 废钢的底吹转炉技术，可以在合理的时间内熔化更多的废钢， 并且保证所有废钢都在达到吹炼终点之前熔化。

Jet工艺的设计确保了二次燃烧率的大幅提高和热量向熔池的 有效传递，使废钢比能够达到50%。由于煤得到了充分利 用，二氧化碳排放量与传统的转炉炼钢工艺相比减少了几乎 40%。Jet工艺首次在韩国浦项钢铁公司得到工业应用，工艺 的原理和优点都已得到验证。

迈向绿色未来

全球钢铁生产目前仍然主要采用联合工艺路线，LD(BOF)转炉 是最主要的炼钢设备。这种转炉的典型炉料配比是20%废钢加 80%高炉铁水，而转炉钢生产排放的二氧化碳绝大部分来自于 铁水。通过结合采用工艺模型、废钢预热喷枪和双流道二次燃 烧氧枪，转炉废钢(和HBI)比可以提高10%以上⸺现有转炉很 容易通过升级改造而达到这一目标。如果希望进一步提高废钢 比，Jet工艺是一个理想的选择。

这些改进措施将使吨钢二氧化碳排放量大幅减少。它们可以在 现有转炉上很快实施，现有基础设施可以充分利用。提高转炉 炼钢废钢(或HBI)比是一种现在就可以应用，能够快速见效的 方案，是迈向可持续钢铁生产的重要一步。在更先进的方 案⸺比如氢基技术⸺达到工业化推广程度之前，它能够满足 当前的需要。

采访
Gerald Wimmer博士

合适的时机，合适的方案

Gerald Wimmer博士是普锐特冶金技术转炉炼钢副 总裁。他相信转炉炼钢仍有很大的潜力。

您认为转炉炼钢厂最好的设计方案是什么？

Gerald Wimmer博士：这不能一概而论。我认为， 工艺模型和双流道二次燃烧氧枪是通用型方案，所 有钢厂都很容易实施，能够带来多方面的优点。世 界各地的生产企业现在都在考虑这样的方案。

您个人如何看待转炉炼钢的前景？

Wimmer博士： 从长远来说，我希望我们能够设法把目前 的高炉-转炉路线替换成更具持续性的工艺，使用更 少的资源，消耗更少的能量，排放更少的二氧化碳。 就目前来说，转炉炼钢仍将是主要工艺，仍有很大的 改进潜力。大多数工艺改进措施，比如提高废钢比， 通常都能快速见效，随时可以应用，很容易实施。

有没有哪种新的炼钢技术让您特别激动？

Wimmer博士： 90年前，Linde-Fränkle低成本制氧工艺 的出现为我们熟悉的转炉炼钢铺平了道路。我期待 着类似的成果，特别是在我认为的下一个发展方向 上：氢基炼钢。