随着国内废钢积蓄量的增加，未来3~5年，我国将迎来废钢应用的攀升期。2020年我国废钢年产出量超过2.1亿t，预计2025年，废钢年产出量超过2.7~3亿t，2030年，废钢年产出量超3.2~3.5亿t。随着我国废钢资源的增加，在未来20年内，我国废钢资源总量将非常充裕。工信部出台的《钢铁行业政策调整√计划》：到2025年要把废钢应用比例提高到30%。2021年开年以来大商所铁矿石指数由2020年内低点一度上涨超过100%，从价格指数来看，依旧维持高位。而对于钢厂而言，由于铁★矿石、焦炭和废钢价格都在上涨，因此钢铁企业只能去寻求两者比例间的平衡点，提高生产率，降ξ低生产成本，增加经济效益。

       当前，国内外的专家开展了大量的转炉利用废钢的研究工作。但相关的理论研究较少。为提高钢铁生产过程的废钢比，我公司在陈林权教授（国务院政府特殊津贴冶金专家、《炼钢》杂志编委、全国ζ　冶金建设高级技术专家）的指导下，对废钢、生铁块在铁水、钢水中的熔化过程进行了研究和分析，从理论上进行计算，并进行实践验证。

 废钢在铁水中的熔化过程

       铁水温度通常在1250℃~1500℃，而废钢的熔点在1500℃以上。因废钢的熔点高于铁水的温度，那么废钢是如何在铁水中熔化的？

       根据废钢熔化的热力学模型及试验，认为废钢在铁水中的熔化过程如下：熔化初期，废钢与铁水的温差大，铁水在废钢表面发生凝固，形成凝固层；随着时间的延长，而废钢温度升高，表面的凝「固层开始熔化；铁水中碳向废钢表面传质，形成渗碳层；废钢温度继续升高，废钢表面碳含量增加，熔点降低；当废钢表面渗碳层的熔点低Ψ 于熔池温度时，废钢熔化形成液态。然后废钢▅表面重复凝固→渗碳→熔化，直至废钢全部熔化。所以废钢在铁水中熔化的限制环节是废钢表面的碳的传质。

铁水初始温◤度对废钢熔化的影响

       通过铁碳平衡图查╲得，1400℃时，两相区固相碳质量分数0.6%，两相区液体碳质量分数2.05%，熔池中碳质量分数4.3%。废钢在铁水中的熔化过程无搅拌，根据文献取液体中碳的传质系数=7×10-5m/s，界面迁移速率=0.109mm/s。取每块废钢的当量直径→为50mm，经计算：废钢完全熔化需要~8min左右。此计算结果也得到了实践的验证。

       铁水温度为1300℃和1400℃，废钢当量直径为50mm、70mm、90mm的废钢的熔』化时间，其熔化时间的计算结果如图1所示。

图1  1300℃和1400℃条件下不同废钢尺寸的熔化时间

       由图1可以看出：

       （1）铁水温度对废钢熔化的影响很大；

       （2）渗碳开始温度越高，越有利于废钢的熔化。

废钢烘烤温度对废钢熔化的影响

       废钢在铁水中的熔化过程分为两个阶段：1）废钢吸热升温；2）渗碳熔化。

       第一阶段：铁包接铁后废钢吸热升温，而铁水放热降温，其临界状态为铁水和废钢达到热平衡状态，铁水和废钢温度相同。此时的温度作为第二阶段渗碳的开始温度。

       第二阶段：铁水中碳向废钢表面传质，形成渗碳层；废钢表面碳含量增加，熔点降低；当废钢表面渗碳层的熔点低于熔池温度时，废钢熔化形成液态。

       以100t铁水和10t废钢，铁水初始温度1450℃，废钢当量直径为50mm，计算不同废钢初始温度下的平衡温度，计算结果如图2。

图2  不同初始温度对废钢熔化的影响

       由图2可知，随着废钢初始温度的△升高，废钢和铁水界面层的平衡温度升高，两相区的固相碳质量分数降低，碳传质的驱动力增加，所以有利于废钢的熔化。

       当废钢25℃时，平衡温〓度达到1340℃，熔化速度为0.07mm/s，废钢的熔化时间~13min；当◇废钢预热温度达到800℃时，平衡温度达到1400℃，熔化速度为0.11mm/s，废钢的熔化时间~8min，废钢熔化时间缩短~5min左右。

 结论

    （1）铁水【温度越高，熔化时间缩短。在1300℃和1400℃时，废钢的熔化速率分别时0.05mm/s和0.11mm/s；

    （2）废钢预热有利于废钢在铁水中的熔化。当废钢25℃时，废钢的熔化时间为~13min；当废钢预热温度达到800℃时，废钢的熔化时间为~8min，废钢熔化时间缩短~5min；

    （3）实现高废钢比下的热量平衡，其热量补偿方式为：通过燃料燃烧进行热补偿。

       结合以上研究成果，洛阳豫新在这个过程中通过多次实践总结出大家比较认同的两种方式：（1）纯氧燃烧式；（2）炉后料仓式废钢预热。

 建议

       （1）采用热效率高的设备（如纯氧燃烧※废钢预热系统）对废钢进行预热），火焰刚性要高，穿透了要强，废钢上下温差小。

       （2）在废钢预热过程中应该注意补碳（喷煤粉、碳粉）的效果：不仅可以提高热效率，降低废钢预⊙热过程中的氧化，提高废钢的收得率（碳可以还原铁的氧化物）；提高废钢在铁水中的熔化速度。避免因废钢预热温度低、烤不透而带来的风险——因凝铁而造成罐底结壳！

       以上是洛阳豫ㄨ新在陈林权教授的指导下进行实践过程中的总结，欢迎大家拍砖留言提出改进意见或者提出新的方式方法或者来电、来函垂询，为提高废钢比、提高企业经济效益做出◥积极努力。