T41 范乃妍、余佳杭、T12黃永達
轉爐大廢鋼比製程難點在於熱量不足和殘留元素難控制，首鋼京唐自2024年9月開始發布諸多轉爐50%大廢鋼比消息，鋼種涵蓋IF鋼、DP、HSLA等，今年3月更進展至55%，對於首鋼京唐轉爐大廢鋼比技術躍進，T41就公開資料作調查和探究，係由鐵水溫降、廢鋼預熱、低碳補熱劑、雙爐法冶煉、CO二次燃燒、廢鋼品質等6項技術之製程創新與系統整合相互配合，而達成高廢鋼比目標，說明如後。
- 「一罐到底」控溫降
首鋼京唐「全三脫」製程配置2座5,5500m3高爐、4座KR脫硫站、2座300t脫磷轉爐以及3座300t脫碳轉爐如圖1。高爐出鐵後逕倒入盛銑桶，送往KR站進行脫硫前處理，再兌入脫磷轉爐，透過「一罐到底」模式，可減少溫降，如圖2；而脫磷轉爐和脫碳轉爐採用雙高跨佈置，便於天車倒運「半鋼」鐵水。
圖1: 首鋼京唐鋼廠高爐-轉爐區段平面佈置示意圖
圖2: 首鋼京唐鋼廠高爐-轉爐「一罐到底」工藝流程
- 轉爐內廢鋼預熱以減少搬運過程中的熱損失
依據專利資料，首鋼集團目前有數種爐內廢鋼預熱方式，如專利CN117821690，係加入碳源和廢鋼後，頂吹氧氣搭配底吹二氧化碳，獲得升溫廢鋼，當廢鋼的加入量為轉爐公稱容量的40％～60％時，碳源的加入量為所述轉爐公稱容量的2-8％。結合首鋼京唐大廢鋼比報導資訊，推測其直接於爐內預熱廢鋼，相對電熔爐預熱廢鋼，可減少廢鋼因搬送所產生之熱損失。
- 低碳補熱劑添加
目前無法確認首鋼京唐之「低碳補熱劑」所指為何，可能指矽鐵或生質碳，將持續追蹤是否未來有公開文獻。而依據已公開專利CN114058768，補熱劑為石灰、LF殘餘耐火材料以及焦炭之混合料，與廢鋼混和後進行吹氧加熱，獲得熱廢鋼。
- 採用脫磷爐和脫碳爐的雙爐冶煉法，回收爐渣潛熱
依據專利CN111944936、CN105821177，鐵水和廢鋼加入脫磷轉爐進行冶煉，獲得脫磷半鋼水，再加入脫碳轉爐進行冶煉，獲得鋼水和脫碳爐爐渣；將液態脫碳爐爐渣倒出，降溫至600℃～900℃，獲得塊狀脫碳爐爐渣，再加入所述脫磷轉爐中進行循環利用。
此法使得脫碳爐爐渣潛熱可以持續工業化回收利用，降低了脫磷過程造渣吸熱，並提升了煉鋼材料的利用率，充分替代石灰等材料，有利降本增效。此外，亦推測首鋼京唐利用雙爐法，於兩座轉爐分別添加廢鋼，因此可獲得大廢鋼比。
- 使用多孔氧槍噴頭提高CO的二次燃燒率
依據專利CN108300831，二次燃燒氧槍係用於脫磷轉爐，以降低補熱劑消耗，專利係採用多孔氧槍噴頭，內孔採用拉瓦爾型噴孔，外孔採用直筒形噴孔；所述內孔參數為：中心傾角14-16°，馬赫數2.0-2.2，設計氧流量22000-28000Nm3/hr；所述外孔參數為：中心傾角25-40°，馬赫數1.0，設計氧流量2500-4000Nm3/hr，噴頭工作氧壓為0.85-1.0MPa。
- 與VOLVO汽車及浙江弋雲再生資源建立廢鋼的封閉回收系統，以維持廢鋼品質
2024年7月，首鋼集團與VOLVO汽車、浙江弋雲再生資源進行三方簽約，旨在共同推動汽車用鋼生產、使用和回收全鏈優化，實現鋼材高效利用。此舉為建立廢鋼之封閉回收源，並且對廢鋼分類使用，對於生產高廢鋼比之高規格鋼材有正面助益。
綜合上述技術分解，首鋼京唐的超高轉爐廢鋼比係由6項節點環環相扣而成，該技術體系不僅驗證了長流程鋼廠低碳轉型的可行性，更重新定義了廢鋼資源在高端鋼種製造中的戰略價值。對照公司現行生產模式，礙於生產動線，雙爐法煉鋼無法執行。而爐內廢鋼預熱方案目前煉鋼廠正在評估中，至於在補熱劑選擇、二次燃燒設備建置以及廢鋼品質管控等舉措，亦可做為公司投入轉爐大廢鋼比製程量產之優化參考。