煉鋼原輔料應(yīng)用工藝優(yōu)化與實(shí)踐

蔡 飛

（河鋼集團(tuán)宣化鋼鐵公司，河北 075100）

0 引言

近年來國內(nèi)鋼鐵市場(chǎng)競(jìng)爭日趨激烈，鋼企利潤空間不斷壓縮，也讓國內(nèi)各鋼鐵企業(yè)舉步維艱，如何在低迷的市場(chǎng)中創(chuàng)效，成為當(dāng)前鋼鐵企業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)問題，低成本策略已成為企業(yè)生存的重要手段。煉鋼用原輔料成本占煉鋼工序成本的50%左右，因此對(duì)煉鋼用原輔料消耗進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制勢(shì)在必行，這也是保持鋼后系統(tǒng)穩(wěn)定順行、降低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)和重要舉措。宣鋼150 噸轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)于2011 年年底正式投產(chǎn)運(yùn)行，主要工藝路線如下：鐵水翻罐機(jī)兌鐵→KR 鐵水脫硫→150噸頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐（含副槍系統(tǒng)）→LF 精煉爐（吹氬站）→12 機(jī)12 流小方坯連鑄機(jī)，年設(shè)計(jì)產(chǎn)能300 萬噸。為全面落實(shí)公司普轉(zhuǎn)優(yōu)和低成本戰(zhàn)略，提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭力，鋼廠開展了深挖成本內(nèi)潛攻關(guān)。隨著公司產(chǎn)品升級(jí)、產(chǎn)品種類日漸增加，煉鋼的各種物料消耗在系統(tǒng)成本中所占地位愈顯舉足輕重。

目前煉鋼用物料使用規(guī)范尚未統(tǒng)一化，在成本壓力不斷增加的嚴(yán)峻形勢(shì)下，迫切需要針對(duì)鋼種級(jí)別不同、工藝路線不同等差異情況，制定和細(xì)化出合理的物料分流程、分鋼種使用工藝制度，并從經(jīng)濟(jì)性、適用性、穩(wěn)定性和可控性等方面制定最佳的物料應(yīng)用方案。本文對(duì)宣鋼煉鋼所用各種物料進(jìn)行全面梳理，從煉鋼、精煉、連鑄及生產(chǎn)準(zhǔn)備各個(gè)環(huán)節(jié)制定了降耗的工藝改進(jìn)措施，實(shí)現(xiàn)了煉鋼原輔料管理規(guī)范化、使用合理化。

1 煉鋼原輔料降本增效主要措施

1.1 常用物料定額管理

宣鋼煉鋼及連鑄工序使用物料種類眾多、消耗量大，直接影響著煉鋼工序成本的高低。以往物料的使用是由使用單位自己提報(bào)計(jì)劃、使用、結(jié)算，缺乏統(tǒng)一管理，造成個(gè)別物料使用存在浪費(fèi)現(xiàn)象。為杜絕浪費(fèi)，技術(shù)人員對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行了跟蹤寫實(shí)，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)近一個(gè)月物料消耗數(shù)據(jù)的采集，并結(jié)合歷史最低消耗水平及后續(xù)工藝優(yōu)化提升情況，最終于2021 年初對(duì)煉鋼廠實(shí)施了煉鋼物料兩檔定額管理，規(guī)范了結(jié)晶器保護(hù)渣、鋼包、中包覆蓋劑、凝渣劑等十余種物料的用料使用，詳見表1。

表1 非承包耐材定額表

1.2 優(yōu)化耐材使用及管理

1.2.1 品種鋼中包耐材實(shí)施普鋼整體承包模式

150 噸爐區(qū)品種鋼中包耐材之前單獨(dú)結(jié)算，未計(jì)入整體承包范圍內(nèi)，結(jié)算價(jià)較高，之前結(jié)算價(jià)格為20.38 元/噸鋼，通過按普鋼模式采用整體承包方式測(cè)算，品種鋼中包耐材結(jié)算價(jià)格下調(diào)至14.01 元/噸鋼，降低了6.37 元/噸鋼，效果顯著。品種鋼中包按普鋼模式整體測(cè)算見表2。

表2 品種鋼中包按普鋼模式整體測(cè)算（爐產(chǎn)190t，爐數(shù)25）

1.2.2 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際重新制定鋼包下線標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)鋼包耐材侵蝕情況進(jìn)行梳理，在確保安全生產(chǎn)的前提下，結(jié)合目前實(shí)際包況重新制定下線標(biāo)準(zhǔn)，杜絕鋼包耐材過度浪費(fèi)，減少過程拆包數(shù)量，降低耐材成本。品種鋼鋼包耐材侵蝕情況統(tǒng)計(jì)如表3所示。依據(jù)鋼包耐材侵蝕統(tǒng)計(jì)情況制重新制定了鋼包退包下線判斷標(biāo)準(zhǔn)：即上渣線磚殘厚低于120mm、熔池磚殘厚低于80mm、透氣磚侵蝕大于320mm，有其中任一情況需退包下線。

表3 鋼包耐材侵蝕情況統(tǒng)計(jì)表

1.2.3 實(shí)施減少鋼包補(bǔ)償?shù)拇胧?/p>

減少鋼包補(bǔ)償?shù)拇胧┲饕ǎ?/p>

（1）2 號(hào)連鑄機(jī)生產(chǎn)品種鋼時(shí)，1 號(hào)連鑄機(jī)不壓鋼，按3 個(gè)鋼包周轉(zhuǎn)，保證盡快消化不能精煉的后期包。

（2）進(jìn)RH 精煉的鋼種，中間間隔時(shí)間不少于10天。

（3）進(jìn)RH精煉的鋼種，前后兩個(gè)中包不安排低碳系列鋼種。

（4）調(diào)整鋼包耐材承包價(jià)格，按精煉包價(jià)格招標(biāo)，所有鋼包按精煉包組織。

（5）特殊情況需要拆包保品種鋼計(jì)劃時(shí)，要提前通知鋼包作業(yè)區(qū)及時(shí)拆包。

通過上述技術(shù)和管理措施的實(shí)施，生產(chǎn)過程中提前拆包個(gè)數(shù)下降了50%，月費(fèi)用降低50萬元。

1.3 精煉鋼種物料加入定額優(yōu)化

2021 年以前精煉爐使用的精煉渣料、脫氧劑、喂絲線等并未做嚴(yán)格使用要求。為提高操作水平，降低精煉成本，宣鋼于2021 年初制定并下發(fā)了精煉爐物料定額使用規(guī)范，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，針對(duì)不同鋼種制定出詳細(xì)使用要求。精煉爐品種鋼物料加入定額見表4。

表4 精煉爐品種鋼物料加入定額

通過精煉爐品種鋼物料加入定額管理措施的實(shí)施，相比2020年，宣鋼2021年精煉渣料、脫氧劑、喂絲線使用費(fèi)用噸鋼平均降低1.6元，效果顯著。

1.4 建立合金最優(yōu)配比結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

在煉鋼生產(chǎn)過程轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束后，針對(duì)不同鋼種要求，需要添加不同合金對(duì)鋼水進(jìn)行成分調(diào)整，以便達(dá)到鋼種要求目標(biāo)成分。由于每種合金由幾種不同元素組成，不同的合金可能有相同的元素成分，所以存在多種合金配加方案。為了精確實(shí)現(xiàn)成分目標(biāo)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)合金成本最小化，煉鋼廠建立了合金最優(yōu)加料計(jì)算模型。該模型主要考慮了各種合金的采購成本、合金收得率、鋼水成分控制目標(biāo)等因素，其中鋼水成分控制目標(biāo)設(shè)定為區(qū)間，即鋼水目標(biāo)成分的下限與上限，通過模型可有效求出成本最低的合金配比。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，準(zhǔn)確判斷和估算合金元素收得率，是達(dá)到脫氧和提高成品鋼成分命中率的關(guān)鍵，而收得率對(duì)于不同冶煉爐次、不同鋼種以及不同出鋼條件都是不同的。在快節(jié)奏的生產(chǎn)過程中，無法依靠人工進(jìn)行每爐次收得率的核算與修正，因此，為了獲得準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的合金元素收得率，在計(jì)算合金加入量的傳統(tǒng)方法中，將收得率設(shè)定為常數(shù)，一般利用合金化效果較好的歷史爐次數(shù)據(jù)中某元素的收得率作為參考，從而有效指導(dǎo)生產(chǎn)，提高成品鋼成分命中率。

1.5 優(yōu)化煉鋼用合金物料配比

冶煉過程中，合金主要用于調(diào)整鋼液元素成分及脫除鋼中夾雜物。通過對(duì)生產(chǎn)所用各種合金料配加方案研究分析，合理制定不同鋼種合金加入結(jié)構(gòu)的配比；對(duì)功能相近合金，如：錳合金系列（高、中、低碳錳，硅錳，金屬錳等）、深脫氧劑（鋼芯鋁、鋁錳鈦、硅鋁鋇鈣、硅鋁鐵、硅鋇、鋁塊等）、合金線（硅鈣線、鈣鐵線、鋁線等）進(jìn)行分析研究，實(shí)現(xiàn)合金料應(yīng)用最佳性價(jià)比。

1.5.1 純鋁塊替代鋁錳鈦鐵

在煉鋼生產(chǎn)中，由于鋁有極強(qiáng)脫氧能力，用鋁脫氧可大大降低氧含量，細(xì)化鋼中組織晶粒，提高鋼材沖擊韌性，降低冷脆和時(shí)效傾向。由于其脫氧產(chǎn)物Al2O3為中性物質(zhì)，不降低鋼渣堿度，可減少鋼水回P、回S。

目前生產(chǎn)含鋁鋼均使用鋁錳鈦鐵進(jìn)行脫氧[1]，隨著鋁資源價(jià)格調(diào)整，從經(jīng)濟(jì)效益、適應(yīng)性及冶金效果出發(fā)，對(duì)使用純鋁塊替代或部分替代鋁錳鈦鐵進(jìn)行了分析對(duì)比。通過成本測(cè)算，在增加相同鋁含量的前提下，相比鋁錳鈦鐵使用純鋁塊脫氧成本可降低2.31元/噸鋼，降本效果明顯。

1.5.2 高碳錳鐵替代中碳錳鐵

用高碳錳鐵替代中碳錳鐵。高碳錳鐵成本價(jià)格3846.15 元/噸，中碳錳鐵成本價(jià)格7050 元，用高碳錳鐵替代中碳錳鐵降本效果明顯。40Mn2 圓鋼如果全部用高碳錳鐵替代中碳錳鐵，預(yù)計(jì)效益為20元/噸；SWRCH22A、SAE1022ATi 鋼種用高碳錳鐵替代50% 的中碳錳鐵，預(yù)計(jì)效益為9.8 元/噸；20CrMnTi 鋼種采用硅錳鐵+高碳錳鐵替代硅鐵+中碳錳鐵，預(yù)計(jì)效益為30元/噸。

1.5.3 煅煤增碳劑替代低氮增碳劑

低牌號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼采用煅煤增碳劑替代低氮增碳劑。前期通過現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)試驗(yàn)，對(duì)比低氮增碳劑與煅煤增碳劑的熔化吸收效果、成份均勻性、氮含量變化等技術(shù)指標(biāo)，均滿足要求。為保證物料使用穩(wěn)定性，煉鋼過程出鋼完畢后做好氬氣攪拌，使增碳劑充分溶解吸收，精煉環(huán)節(jié)不使用該增碳劑，以保證方坯成分穩(wěn)定控制，杜絕質(zhì)量事故發(fā)生。

最終使用該增碳劑后，連鑄氧控平均25ppm，氮控最高71ppm，最低61ppm，平均65ppm，滿足鋼種質(zhì)量控制要求，降低圓鋼生產(chǎn)成本1.37元/噸。

1.5.4 用鈦鐵FeTi30替代鈦鐵線

鈦是易氧化元素，在冶煉過程中鈦的控制較為困難，它受鋼水氧活度、爐渣堿度等因素影響較多，故鋼中鈦含量的波動(dòng)范圍大，容易影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。之前生產(chǎn)過程一直采用鋼包喂鈦線工藝，但此工藝受到喂線速度、喂線前鋼水溫度、爐渣堿度和鋼水氧含量諸多因素影響。喂線速度過快，鋼包中鋼水翻騰、裸露，增加鈦氧化，鈦的回收率降低；喂線速度過慢，鈦線不能很快深入鋼包下部，增加鈦在鋼包上層氧化，并且鈦成分難均勻，若增加底吹時(shí)間又會(huì)增加了鋼水裸露機(jī)會(huì)，降低鈦的吸收率。

為有效節(jié)約生產(chǎn)成本，宣鋼采用加鈦鐵合金工藝生產(chǎn)20CrMnTi[2]。針對(duì)鈦易氧化特性，在精煉過程中利用鈦鐵合金代替鈦線進(jìn)行成份調(diào)整，鈦鐵平均加入量為3.077 kg/t（之前鈦線平均加入量為4.61 kg/t），噸鋼成本可降低10.36 元。實(shí)踐表明，Ti成分及其回收率控制穩(wěn)定，且合金化過程鋼水表面不像喂線過程出現(xiàn)大面積裸露，可有效防止了鋼水的二次氧化。

2 煉鋼原輔料降本成效

通過上述技術(shù)、工藝和管理改進(jìn)措施的實(shí)施，宣鋼煉鋼原輔料噸鋼成本降低4.03元。

（1）煉鋼連鑄非承包耐材定額管理優(yōu)化后，副槍口防粘料，鐵包、鋼包覆蓋劑年節(jié)約成本1.1 元/噸鋼。

（2）品種鋼中包耐材按普鋼整體承包模式結(jié)算，節(jié)約成本0.44元/噸鋼。

（3）通過對(duì)生產(chǎn)準(zhǔn)備鋼包周轉(zhuǎn)進(jìn)行優(yōu)化，拆包個(gè)數(shù)降低50%，節(jié)約成本1元/噸鋼。

（4）精煉爐品種鋼物料加入量實(shí)施定額優(yōu)化以后，精煉渣料、脫氧劑、喂絲線使用費(fèi)用節(jié)約0.61元/噸鋼。

（5）純鋁塊替代鋁錳鈦鐵、高碳錳鐵替代中碳錳鐵、煅煤增碳劑替代低氮增碳劑、用鈦鐵FeTi30替代鈦鐵線，降低成本0.88元/噸鋼。

3 結(jié)語

結(jié)合宣鋼150 噸轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)際，本文對(duì)宣鋼煉鋼所用各種物料進(jìn)行全面梳理，從煉鋼、精煉、連鑄及生產(chǎn)準(zhǔn)備各個(gè)環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)了煉鋼原輔料使用和管理的不合理之處，挖掘出了煉鋼原輔料降本增效的潛力，并開展了降耗挖潛攻關(guān)。

通過常用物料定額管理、優(yōu)化耐材使用及管理、精煉鋼種物料加入定額優(yōu)化、建立合金最優(yōu)配比結(jié)構(gòu)計(jì)算模型、優(yōu)化煉鋼用合金物料配比等降耗挖潛攻關(guān)措施的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了煉鋼原輔料管理規(guī)范化、使用合理化，在煉鋼生產(chǎn)降本增效方面取得了明顯效果。2021 年全年成本降低4.03 元/噸鋼，不僅為公司成本控制提供了新方法，也為國內(nèi)同行業(yè)降本增效提供了新思路，具有較高的推廣價(jià)值。