統(tǒng)計分析在轉(zhuǎn)爐金屬物料結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用

張?zhí)?張建奎 楊 杰

(安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

統(tǒng)計分析在轉(zhuǎn)爐金屬物料結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用

張?zhí)?張建奎 楊 杰

(安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

通過統(tǒng)計分析轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程不同金屬爐料的冶金作用和對鋼鐵料成本貢獻(xiàn)的臨界值，以最低生產(chǎn)成本為目標(biāo)，建立最佳爐料結(jié)構(gòu)模型，為提高煉鋼生產(chǎn)效益提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)，并在生產(chǎn)中應(yīng)用取得較好效果。

統(tǒng)計分析 金屬爐料結(jié)構(gòu) 應(yīng)用

0 引言

金屬物料作為轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，占煉鋼成本85%的以上。不同的金屬物料結(jié)構(gòu)對煉鋼生產(chǎn)的成本、質(zhì)量等有著重要影響[1]。通過對生產(chǎn)過程的大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，找出了轉(zhuǎn)爐各主要金屬物料對煉鋼成本的影響，并以最低生產(chǎn)成本為目標(biāo)，建立最佳轉(zhuǎn)爐金屬物料結(jié)構(gòu)模型應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

1 轉(zhuǎn)爐主要金屬物料結(jié)構(gòu)及內(nèi)部價格

安鋼第二煉鋼廠(以下簡稱“安鋼二煉”)轉(zhuǎn)爐主要金屬物料結(jié)構(gòu)與內(nèi)部價格見表1。

表1 安鋼二煉轉(zhuǎn)爐主要金屬料內(nèi)部核算價格與結(jié)構(gòu)表

2 轉(zhuǎn)爐金屬物料結(jié)構(gòu)優(yōu)化工藝思路

通過對大量生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，找出不同轉(zhuǎn)爐金屬料對煉鋼成本的影響關(guān)系，結(jié)合各金屬料的實(shí)際供應(yīng)條件，確立各金屬料在煉鋼金屬爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的極值，同時計算出各金屬物料的在實(shí)際煉鋼生產(chǎn)過程中的收得率，進(jìn)而建立最佳轉(zhuǎn)爐金屬物料結(jié)構(gòu)模型，用于對低成本生產(chǎn)過程的指導(dǎo)[2]。

2.1 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計

依據(jù)安鋼二煉現(xiàn)場物流跟蹤系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng)，以爐號為檢索信息，收集近兩年生產(chǎn)過程相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的篩分、整理、清洗，匯總繪制有效數(shù)據(jù)102 643爐，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2.2 鐵水消耗對煉鋼生產(chǎn)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(tǒng)計分析得出，鐵水消耗與鋼鐵料成本線性關(guān)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(guān)系

2.3 生鐵消耗對煉鋼生產(chǎn)成本的影響分析

在廢鋼結(jié)構(gòu)中，生鐵作為可以補(bǔ)充化學(xué)熱的特殊廢鋼，增加生鐵用量可以適當(dāng)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(chǎn)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(guān)系如圖2所示。

圖2 生鐵消耗與鋼鐵料成本對比關(guān)系

從圖2可以看出有，當(dāng)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(yīng)將生鐵消耗控制在40 kg/t～50 kg/t。

2.4 自產(chǎn)廢鋼對煉鋼生產(chǎn)成本的影響分析

自產(chǎn)廢鋼作為廢鋼結(jié)構(gòu)中的最優(yōu)質(zhì)廢鋼，增加其消耗量可以有效降低鋼鐵料成本，統(tǒng)計得出，自產(chǎn)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(chǎn)廢鋼消耗與鋼鐵料成本對比關(guān)系

2.5 社會廢鋼對煉鋼生產(chǎn)成本的影響分析

社會廢鋼來源廣泛，質(zhì)量波動較大，適當(dāng)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(tǒng)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(guān)系

2.6 渣鋼對煉鋼生產(chǎn)成本的影響分析

煉鋼用渣鋼主要為轉(zhuǎn)爐爐渣經(jīng)過磁選后的產(chǎn)物，由于鼓勵循環(huán)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(tǒng)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(zhuǎn)爐操作不穩(wěn)，增加鐵水消耗，進(jìn)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(guān)系

2.7 燒結(jié)返礦對煉鋼生產(chǎn)成本的影響分析

燒結(jié)返礦作為煉鋼過程的溫度調(diào)節(jié)物料，冷卻效應(yīng)較大，使用量大時一方面說明轉(zhuǎn)爐熱量富余，鐵水比高，渣量大；另外一方面會造成部分燒結(jié)返礦隨爐氣進(jìn)入煙道，成為轉(zhuǎn)爐污泥不能進(jìn)入鋼液或是不能得到充分還原，因此大量使用燒結(jié)返礦將會影響煉鋼成本。統(tǒng)計分析得出，燒結(jié)返礦消耗控制在15 kg/t之內(nèi)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(guān)系圖

3 最佳爐料結(jié)構(gòu)模型的建立

根據(jù)以上分析，要建立以最低鋼鐵料成本為目標(biāo)的最佳爐料結(jié)構(gòu)模型，需要統(tǒng)計計算出轉(zhuǎn)爐各金屬料的收得率。

3.1 轉(zhuǎn)爐各金屬料的收得率的計算

1)約束條件。根據(jù)理論及生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)計算，設(shè)定吸收率上下限，見表2。

2)計算結(jié)果輸出。根據(jù)結(jié)構(gòu)模型推算各物料收得率，見表3。

表2 轉(zhuǎn)爐各類金屬物料收得率約束條件對應(yīng)表 / %

表3 轉(zhuǎn)爐各類金屬物料計算收得率對應(yīng)表 / %

3)計算結(jié)果檢驗(yàn)。通過求解計算預(yù)測的出鋼量與實(shí)際出鋼量對比，統(tǒng)計計算預(yù)測出鋼量與實(shí)際出鋼量的偏差，以偏差±2.0%為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。 出鋼量預(yù)測正態(tài)分布概率以及預(yù)測偏差過程能力分別如圖7、圖8所示。

從正態(tài)性分析得出，P=0.14>0.05,符合正態(tài)分布，Cpk=1.95≥1.33，說明數(shù)據(jù)模型建立準(zhǔn)確，達(dá)到目標(biāo)要求，可以用于大生產(chǎn)實(shí)踐。

3.2 最低鋼鐵料成本預(yù)測

1)約束條件。根據(jù)物料供應(yīng)情況和各物料收得率，計算物料約束條件，詳細(xì)情況見表4。

2)計算結(jié)果輸出。由計算結(jié)果得出適合安鋼二煉的最佳鋼鐵料結(jié)構(gòu)，詳細(xì)情況見表5。

圖7 出鋼量預(yù)測概率圖

圖8 出鋼量預(yù)測偏差過程能力

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

表5 轉(zhuǎn)爐最佳金屬物料結(jié)構(gòu)對應(yīng)表

4 生產(chǎn)應(yīng)用效果

通過對統(tǒng)計分析結(jié)果在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用前后對比，分析了轉(zhuǎn)爐主要金屬料結(jié)構(gòu)與成本的變化情況，見表6。

表6 應(yīng)用前后轉(zhuǎn)爐主要金屬料結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的優(yōu)化，總成本降低了10.90 元/t。

5 結(jié)論

1)利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可以得出轉(zhuǎn)爐各金屬物料收得率，根據(jù)各金屬物料收得率、熱效應(yīng)以及價格進(jìn)行最低成本的物料平衡預(yù)測計算，從而指導(dǎo)生產(chǎn)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐金屬物料結(jié)構(gòu)降成本，可降低成本10 元/t以上。

2)轉(zhuǎn)爐不同金屬物料對降低鋼鐵料的成本貢獻(xiàn)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(chǎn)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(yōu)化結(jié)構(gòu)有巨大潛力。

3)燒結(jié)返礦使用量過大，由于其冷卻效應(yīng)相對較大，嚴(yán)重打破了原有的熱平衡，將造成煉鋼成本升高，當(dāng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究[J].工業(yè)加熱，工業(yè)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(lián)系人：張?zhí)?，高級工程師，河?安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司第二煉鋼廠安全生產(chǎn)技術(shù)科；

2017—3—12