統計分析在轉爐金屬物料結構優化中的應用

張太生 張建奎 楊 杰

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

統計分析在轉爐金屬物料結構優化中的應用

張太生 張建奎 楊 杰

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

通過統計分析轉爐煉鋼生產過程不同金屬爐料的冶金作用和對鋼鐵料成本貢獻的臨界值，以最低生產成本為目標，建立最佳爐料結構模型，為提高煉鋼生產效益提供了科學的數據依據，并在生產中應用取得較好效果。

統計分析 金屬爐料結構 應用

0 引言

金屬物料作為轉爐煉鋼生產的物質基礎，占煉鋼成本85%的以上。不同的金屬物料結構對煉鋼生產的成本、質量等有著重要影響[1]。通過對生產過程的大量數據的統計分析，找出了轉爐各主要金屬物料對煉鋼成本的影響，并以最低生產成本為目標，建立最佳轉爐金屬物料結構模型應用于生產實踐。

1 轉爐主要金屬物料結構及內部價格

安鋼第二煉鋼廠(以下簡稱“安鋼二煉”)轉爐主要金屬物料結構與內部價格見表1。

表1 安鋼二煉轉爐主要金屬料內部核算價格與結構表

2 轉爐金屬物料結構優化工藝思路

通過對大量生產過程數據統計分析，找出不同轉爐金屬料對煉鋼成本的影響關系，結合各金屬料的實際供應條件，確立各金屬料在煉鋼金屬爐料結構優化中的極值，同時計算出各金屬物料的在實際煉鋼生產過程中的收得率，進而建立最佳轉爐金屬物料結構模型，用于對低成本生產過程的指導[2]。

2.1 數據的統計

依據安鋼二煉現場物流跟蹤系統數據查詢子系統，以爐號為檢索信息，收集近兩年生產過程相關數據，經過對數據的篩分、整理、清洗，匯總繪制有效數據102 643爐，進行數據分析。

2.2 鐵水消耗對煉鋼生產成本的影響分析

鐵水作為煉鋼金屬物料中主要物料，占其成本的90%以上，顯而易見，無論是直接降低鐵水裝入量，還是提高鐵水收得率均可有效降低鋼鐵料成本。統計分析得出，鐵水消耗與鋼鐵料成本線性關系非常顯著，鐵水消耗每降低1.0 kg/t可降低鋼鐵料成本約1.246 元/t(如圖1所示)。

圖1 鐵水消耗與鋼鐵料成本對比關系

2.3 生鐵消耗對煉鋼生產成本的影響分析

在廢鋼結構中，生鐵作為可以補充化學熱的特殊廢鋼，增加生鐵用量可以適當降低鐵水消耗，但過多的使用不利用降低鋼鐵料成本。一方面生塊的價效比低于鐵水，另一方面增加生鐵用量，必將降低自產廢鋼和渣鋼等價效比更高的廢鋼用量，造成鋼鐵料成本升高，生鐵消耗與鋼鐵料成本對比關系如圖2所示。

圖2 生鐵消耗與鋼鐵料成本對比關系

從圖2可以看出有，當生鐵消耗超過50 kg/t，鋼鐵料成本將明顯升高，因此為降低鐵水消耗應將生鐵消耗控制在40 kg/t～50 kg/t。

2.4 自產廢鋼對煉鋼生產成本的影響分析

自產廢鋼作為廢鋼結構中的最優質廢鋼，增加其消耗量可以有效降低鋼鐵料成本，統計得出，自產廢鋼每增加1.0 kg/t可降低鋼鐵料成本約0.168 元/t，如圖3所示。

圖3 自產廢鋼消耗與鋼鐵料成本對比關系

2.5 社會廢鋼對煉鋼生產成本的影響分析

社會廢鋼來源廣泛，質量波動較大，適當使用對鋼鐵料成本影響不大，若大量使用會增加鋼鐵料成本。統計得出，社會廢鋼超過約55 kg/t后，每增加1.0 kg/t可造成鋼鐵料成本升高約0.728 元/t，如圖4所示。

圖4 社會廢鋼消耗與鋼鐵料成本對比關系

2.6 渣鋼對煉鋼生產成本的影響分析

煉鋼用渣鋼主要為轉爐爐渣經過磁選后的產物，由于鼓勵循環利用，價效比相對較高，因此增加渣鋼消耗量可以降低鋼鐵料成本。統計分析得出，渣鋼每增加1.0 kg/t可降低鋼鐵料成本約0.959 元/t(如圖5所示)，但集中使用會造成轉爐操作不穩，增加鐵水消耗，進而造成鋼鐵料成本有所升高。

圖5 渣鋼消耗與鋼鐵料成本對比關系

2.7 燒結返礦對煉鋼生產成本的影響分析

燒結返礦作為煉鋼過程的溫度調節物料，冷卻效應較大，使用量大時一方面說明轉爐熱量富余，鐵水比高，渣量大；另外一方面會造成部分燒結返礦隨爐氣進入煙道，成為轉爐污泥不能進入鋼液或是不能得到充分還原，因此大量使用燒結返礦將會影響煉鋼成本。統計分析得出，燒結返礦消耗控制在15 kg/t之內為宜，若超過則每增加1.0 kg/t可造成鋼鐵料成本約升高0.553 元/t，如圖6所示。

圖6 返礦消耗與鋼鐵料成本對比關系圖

3 最佳爐料結構模型的建立

根據以上分析，要建立以最低鋼鐵料成本為目標的最佳爐料結構模型，需要統計計算出轉爐各金屬料的收得率。

3.1 轉爐各金屬料的收得率的計算

1)約束條件。根據理論及生產實際數據計算，設定吸收率上下限，見表2。

2)計算結果輸出。根據結構模型推算各物料收得率，見表3。

表2 轉爐各類金屬物料收得率約束條件對應表 / %

表3 轉爐各類金屬物料計算收得率對應表 / %

3)計算結果檢驗。通過求解計算預測的出鋼量與實際出鋼量對比，統計計算預測出鋼量與實際出鋼量的偏差，以偏差±2.0%為標準進行檢驗。 出鋼量預測正態分布概率以及預測偏差過程能力分別如圖7、圖8所示。

從正態性分析得出，P=0.14>0.05,符合正態分布，Cpk=1.95≥1.33，說明數據模型建立準確，達到目標要求，可以用于大生產實踐。

3.2 最低鋼鐵料成本預測

1)約束條件。根據物料供應情況和各物料收得率，計算物料約束條件，詳細情況見表4。

2)計算結果輸出。由計算結果得出適合安鋼二煉的最佳鋼鐵料結構，詳細情況見表5。

圖7 出鋼量預測概率圖

圖8 出鋼量預測偏差過程能力

項目極值鐵水/(kg·t-1)生鐵/(kg·t-1)自產廢鋼/(kg·t-1)社會廢鋼/(kg·t-1)渣鋼/(kg·t-1)燒結返礦/(kg·t-1)約束條件MAX9505030502315MIN90000005

表5 轉爐最佳金屬物料結構對應表

4 生產應用效果

通過對統計分析結果在生產實踐中應用前后對比，分析了轉爐主要金屬料結構與成本的變化情況，見表6。

表6 應用前后轉爐主要金屬料結構與成本對比

由表6可以看出，鐵水消耗由966.36 kg/tG降低到907.53 kg/tG，降低了58.83 kg/tG，增加了鐵塊用量，由9.91 kg/tG提高到38.86 kg/tG，返礦用量由22.79 kg/tG降低到8.27 kg/tG，降低了14.52 kg/tG，通過結構的優化，總成本降低了10.90 元/t。

5 結論

1)利用數據統計分析可以得出轉爐各金屬物料收得率，根據各金屬物料收得率、熱效應以及價格進行最低成本的物料平衡預測計算，從而指導生產優化轉爐金屬物料結構降成本，可降低成本10 元/t以上。

2)轉爐不同金屬物料對降低鋼鐵料的成本貢獻不同并存在臨界值，其中鐵水消耗每降低1.0 kg/t可降低鋼鐵料成本約1.246 元/t，生鐵消耗超過50 kg/t，鋼鐵料成本將明顯升高，自產廢鋼每升高1.0 kg/t可降低鋼鐵料成本約0.168 元/t，社會廢鋼超過約55 kg/t后，每增加1.0 kg/t可造成鋼鐵料成本升高約0.728 元/t，渣鋼消耗量每增加1.0 kg/t可降低鋼鐵料成本約0.959 元/t，因此優化結構有巨大潛力。

3)燒結返礦使用量過大，由于其冷卻效應相對較大，嚴重打破了原有的熱平衡，將造成煉鋼成本升高，當超過12 kg/t則每增加1.0 kg/t可造成鋼鐵料成本約升高0.553 元/t。

[1] 王兆紅. 對影響轉爐鋼鐵料消耗的因素分析與控制[J]. 金屬世界，2007(4)： 53-55.

[2] 楊凌志. 轉爐爐料結構優化的研究[J].工業加熱，工業加熱,2011(6)： 31-35.

APPLICATION OF STATISTICAL ANALYSIS IN THE MATERIALS STRUCTURAL OPTIMIZATION OF CONVERTER

Zhang Taisheng Zhang Jiankui Yang Ji

(Anyang Iron and Steel Group Co., Ltd)

Through the statistical analysis of the effect of metallurgy production process of different metal materials in converter steelmaking and steel material cost contribution to the critical value, with the lowest production cost as the goal, the best model for improving the burden structure is established to provide scientific data for steelmaking production efficiency, and good application effect in production is achieved.

statistical analysis burden structure application

聯系人：張太生，高級工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司第二煉鋼廠安全生產技術科；

2017—3—12