低成本轉爐煉鋼技術措施與控制模型研究

狄巨偉，閆建偉

（河鋼唐鋼第二鋼軋廠，河北 唐山 063000）

1 低成本轉爐煉鋼概況

1.1 降低轉爐成本措施分析

對于煉鋼企業而言，煉鋼成本來源是分為三種的，分別是可變成本、固定成本以及綜合回收成本，而其中對于企業最大的影響成本就是可變成本，可變成本中大部分為原料與動力成本，即煉鋼原材消耗、動力輔助消耗、合金料消耗等。在可變成本中鋼材的消耗達到了煉鋼總體成本的85%左右，所以低成本煉鋼其中最為重要的途徑就是降低鋼材消耗。降低鋼材消耗的方法相對較多，例如減少噴濺造成的鋼材損失、降低倒渣中的鋼含量、減小煉鋼過程中的鐵損耗等等。

國內對于降低轉爐成本研究相對較早，鄧建軍教授曾在河北鋼鐵集團邯鋼分公司的煉鋼系統中進行過低成本終渣循環轉爐的研究與實際操作，對于鋼材煉化過程中出現的相對堿度過高的終渣進行重復利用，對于吹煉前進行的倒渣進行再次造渣，成功做到了降低渣料中的鋼含量c減小鋼材損耗的目的，成功降低了成本，在實驗過程中計算分析發現，整體流程操作后石灰原料降低用量29.4%，轉爐渣量同比減少31.7%，鋼鐵料降低了5kg/t，得到了較為明顯的經濟效益提升。

1.2 高效化轉爐生產

（1）鐵水“三脫”預處理。低成本轉爐煉鋼技術的預處理中，鐵水“三脫”占據著重要的比重，預處理中，原料鋼材才經過高爐煉造后首先要進行脫硫處理，其次要進行脫磷與脫碳處理，處理后的殘渣進行再利用精煉，經過高速板y連鑄機處理達到預處理目的，實驗流程如下。

首鋼的高爐煉造中可以明顯看出使用了“一罐到底”技術，它能夠對于鐵水包進行多功能化處理，脫硫處理效率達到98%以上，處理后的半鋼材磷質量分數低于0.0346%，基本實現脫磷化。

（2）脫碳爐提高供氧強度。轉爐生產高效化中重要組成部分就是使得煉鋼過程速率提升，所以需要進行供氧強度的提升，提升供養強度的重要優勢就是可以提升鋼材成渣的難度與脫碳速度，能夠使得粉塵量激增，能讓終點控制相對容易穩定。在日本的JFE福山廠中的兩座300t轉爐中采取了脫磷與脫碳雙聯工藝過后，吹煉的時間得到了縮減，降低了2min，同時終點操作所需時間也縮短了1min，成功將冶煉周期從29min降低到了26min，作業率提升了4%。

1.3 全程吹氮轉爐低吹工藝探究

對于低成本轉爐煉鋼技術而言，大多采用的是使用頂吹或是低吹氮氣等惰性氣體來進行對于煉鋼全程的推動，全程吹氮技術能夠對于鋼水氧化性進行降低，對于氣體雜質進行統一清除。在煉鋼過程中的個碳氧反應區表層溫度可以達到2600℃，對于表明活性元素而言會降低其對于脫氮的阻礙作用，鋼液會在這時經過一系列的碳氧反應生成較多的CO氣泡，這些能夠自由行動的氣泡會進行脫氮。在低成本轉爐脫碳過程中會因為吹氧而發生相對比例餓的碳氧反應，反應中會出現較多的CO氣泡，轉爐吹氧脫碳過程中脫碳的速度與脫氮速度有著關系式。

2 轉爐煉鋼控制模型研究

2.1 轉爐模型靜態控制研究

對于一般情況而言，轉爐模型煉鋼的靜態控制是通過建立起相對充足數據后，經過已知原料充當初始條件，在計算機中進行模擬吹煉并充分計算的過程。通常靜態控制分為三種模型，分別是統計模型，增量模型與理論模型。

（1）理論模型。理論模型相對較為簡單，是通過對于能量守恒與物料平衡等公式為基礎，以物理化學原理作為機理的以數學式方式進行描述模擬的過程，在理論模型的構建中，相對重要的就是描述清楚初始變量與重點變量之間存在的變量關系，在理論模型中對于冶煉過程中出現的情況與反應速度與催化劑可能出現的狀況進行選擇性忽略，所以它的精度屬于三種情況下最低的預報模型。

（2）統計模型。統計模型是根據黑箱原理進行模擬的，它對于物理化學規律進行了選擇性的忽略，它重視輸入系統與輸出系統之間存在的具體實際關系，在進行相對大數據的實驗過程中進行對于數據的統計分析，編制出相對精準的模型。由于統計模型所統計的數據足夠多，所以實驗中出現的人為或是小型系統誤差會被發現，但對于相對復雜實驗統計模型需要記錄的數據過多，存在較為狹窄的適用范圍。

（3）增量模型。增量模型中將實驗中出現的工藝變化作為連續函數，每一次外界環境或是新的流程操作作為數據進行輸入，對于修正接過進行統一記錄，連續多次實驗取得數字模型。相比于前兩種，增量模型對于現實實驗情況的模擬相對更多，得出結果也相對更為精準。

2.2 轉爐成本預測模型研究

轉爐重點優化控制屬于轉爐成本預測模型研究的一個難點，它相對更為復雜的反應機理使得最終終點的精準度得到了相對較大的降低，所以需要進行對于轉爐煉鋼情況下的精準化終點預報，也需要進行對于轉爐煉鋼終點的優化控制，孫宗輝教授通過已有的冶金學的原理，將優化金屬爐料配比作為實驗研究的重點目標，對于現行規劃模型配比爐料進行統一規劃，充分證明了該模型對于轉爐成本的降低是存在著較大的價值的。

2.3 轉爐煉鋼控制模型涉及算法研究

對于轉爐煉鋼控制模型算法中，目前國內外統一研究認為成本作業法（Activity-Based Costing ABC）屬于相對實用的算法，這種算法開始于20世紀80年代末，它對于作業，成本與作業會計這些名詞做了相對精準系統的定義，對于ABC法的成本動因分析選擇、成本庫的統一建立、運行程序的分析做了更為統一的規劃，奠定了ABC研究法的理論基礎。目前我國的鋼鐵企業由于企業龐大，且運用先進算法較晚，所以無法準備保證核算數據的明細與及時性，對于真實成本的輸入數據難以計算，這些先決條件決定了ABC法適合用于目前我國鋼鐵企業的煉鋼技術模型成本核算模式。

3 終渣返回利用工藝研究

3.1 終渣返回利用可行性研究

對于終渣返回利用可行性研究中，首先要進行對于（P2O5）的含量分析，當轉爐冶煉不斷進行到終點時，爐渣中的（P2O5）含量升高會直接導致磷元素通過鋼液流入，在實驗堿度不變的條件下，爐渣中的（P2O5）含量會保持在1.1%～10.1%之間，通過建模研究FactSage7.0軟件分析可以探究爐渣中含量對于脫磷能力產生的影響如下。

3.2 終渣返回利用次數對脫磷影響研究

通過Factsage7.0熱力學研究會發現留渣量對于脫磷效果會產生較大影響，隨著終渣的不斷返回利用，爐渣的含量會不斷降低，從10.1%降低到3%左右，這樣會出現鋼鐵含磷量會不斷降低，石灰所需加入量也會降低，隨著終渣的不斷返回利用，石灰的適用量會由原有的40kg/t，降低到35kg/t，這會極大地降低轉爐煉鋼的成本。對于轉爐終點熔渣來說，它存在爐渣堿度較高，熔渣溫度較高等特點，所以當重復利用終渣時會有效的降低轉爐所需成本，提高鋼鐵冶煉收得率。

3.3 抑制高含量終渣回磷措施研究

通過上述可知，終渣中的（P2O5）含量過高時會出現鋼液的回磷現象，所以要抑制終渣回磷現象的發生，是煉鋼過程中需要不斷加入石灰來催化煉鋼反應，隨著石灰入爐的量增加，鋼液的磷含量會隨著石灰量增加降低從原有的，0.021%降低到0.012%，爐渣的含量是3.02%，爐渣中磷含量隨著反應的發生降低，但是呈現降低速率放緩的趨勢，當石灰入量達到35kg/t時終點鋼液磷含量達到相對而言低的0.011%，但接下來石灰的加入反而會提升鋼液磷含量，磷含量的數值呈現U字型變化。

4 結論

現階段國內外轉爐煉鋼技術研究企業都存在轉爐渣料消耗相對較多，渣中雜質（大多為T.Fe）含量較高的問題，所以需要轉爐技術利用返回終渣來減少這種現象的發生，同時也可以降低終渣中的（T.Fe），針對相對多的鋼種而言磷含量要求也有所不同，所以需要進行對應終渣的反復利用與降低全鐵含量。