低成本轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)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(zhuǎn)爐煉鋼概況

1.1 降低轉(zhuǎn)爐成本措施分析

對于煉鋼企業(yè)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(yè)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(dá)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(nèi)對于降低轉(zhuǎn)爐成本研究相對較早，鄧建軍教授曾在河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼分公司的煉鋼系統(tǒng)中進(jìn)行過低成本終渣循環(huán)轉(zhuǎn)爐的研究與實(shí)際操作，對于鋼材煉化過程中出現(xiàn)的相對堿度過高的終渣進(jìn)行重復(fù)利用，對于吹煉前進(jìn)行的倒渣進(jìn)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(shí)驗(yàn)過程中計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，整體流程操作后石灰原料降低用量29.4%，轉(zhuǎn)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(jīng)濟(jì)效益提升。

1.2 高效化轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)

（1）鐵水“三脫”預(yù)處理。低成本轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的預(yù)處理中，鐵水“三脫”占據(jù)著重要的比重，預(yù)處理中，原料鋼材才經(jīng)過高爐煉造后首先要進(jìn)行脫硫處理，其次要進(jìn)行脫磷與脫碳處理，處理后的殘?jiān)M(jìn)行再利用精煉，經(jīng)過高速板y連鑄機(jī)處理達(dá)到預(yù)處理目的，實(shí)驗(yàn)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(shù)，它能夠?qū)τ阼F水包進(jìn)行多功能化處理，脫硫處理效率達(dá)到98%以上，處理后的半鋼材磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.0346%，基本實(shí)現(xiàn)脫磷化。

（2）脫碳爐提高供氧強(qiáng)度。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)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(jìn)行供氧強(qiáng)度的提升，提升供養(yǎng)強(qiáng)度的重要優(yōu)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(diǎn)控制相對容易穩(wěn)定。在日本的JFE福山廠中的兩座300t轉(zhuǎn)爐中采取了脫磷與脫碳雙聯(lián)工藝過后，吹煉的時(shí)間得到了縮減，降低了2min，同時(shí)終點(diǎn)操作所需時(shí)間也縮短了1min，成功將冶煉周期從29min降低到了26min，作業(yè)率提升了4%。

1.3 全程吹氮轉(zhuǎn)爐低吹工藝探究

對于低成本轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)而言，大多采用的是使用頂吹或是低吹氮?dú)獾榷栊詺怏w來進(jìn)行對于煉鋼全程的推動，全程吹氮技術(shù)能夠?qū)τ阡撍趸赃M(jìn)行降低，對于氣體雜質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)一清除。在煉鋼過程中的個(gè)碳氧反應(yīng)區(qū)表層溫度可以達(dá)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(shí)經(jīng)過一系列的碳氧反應(yīng)生成較多的CO氣泡，這些能夠自由行動的氣泡會進(jìn)行脫氮。在低成本轉(zhuǎn)爐脫碳過程中會因?yàn)榇笛醵l(fā)生相對比例餓的碳氧反應(yīng)，反應(yīng)中會出現(xiàn)較多的CO氣泡，轉(zhuǎn)爐吹氧脫碳過程中脫碳的速度與脫氮速度有著關(guān)系式。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼控制模型研究

2.1 轉(zhuǎn)爐模型靜態(tài)控制研究

對于一般情況而言，轉(zhuǎn)爐模型煉鋼的靜態(tài)控制是通過建立起相對充足數(shù)據(jù)后，經(jīng)過已知原料充當(dāng)初始條件，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行模擬吹煉并充分計(jì)算的過程。通常靜態(tài)控制分為三種模型，分別是統(tǒng)計(jì)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(chǔ)，以物理化學(xué)原理作為機(jī)理的以數(shù)學(xué)式方式進(jìn)行描述模擬的過程，在理論模型的構(gòu)建中，相對重要的就是描述清楚初始變量與重點(diǎn)變量之間存在的變量關(guān)系，在理論模型中對于冶煉過程中出現(xiàn)的情況與反應(yīng)速度與催化劑可能出現(xiàn)的狀況進(jìn)行選擇性忽略，所以它的精度屬于三種情況下最低的預(yù)報(bào)模型。

（2）統(tǒng)計(jì)模型。統(tǒng)計(jì)模型是根據(jù)黑箱原理進(jìn)行模擬的，它對于物理化學(xué)規(guī)律進(jìn)行了選擇性的忽略，它重視輸入系統(tǒng)與輸出系統(tǒng)之間存在的具體實(shí)際關(guān)系，在進(jìn)行相對大數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行對于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，編制出相對精準(zhǔn)的模型。由于統(tǒng)計(jì)模型所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)足夠多，所以實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的人為或是小型系統(tǒng)誤差會被發(fā)現(xiàn)，但對于相對復(fù)雜實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型需要記錄的數(shù)據(jù)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(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的工藝變化作為連續(xù)函數(shù)，每一次外界環(huán)境或是新的流程操作作為數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，對于修正接過進(jìn)行統(tǒng)一記錄，連續(xù)多次實(shí)驗(yàn)取得數(shù)字模型。相比于前兩種，增量模型對于現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)情況的模擬相對更多，得出結(jié)果也相對更為精準(zhǔn)。

2.2 轉(zhuǎn)爐成本預(yù)測模型研究

轉(zhuǎn)爐重點(diǎn)優(yōu)化控制屬于轉(zhuǎn)爐成本預(yù)測模型研究的一個(gè)難點(diǎn)，它相對更為復(fù)雜的反應(yīng)機(jī)理使得最終終點(diǎn)的精準(zhǔn)度得到了相對較大的降低，所以需要進(jìn)行對于轉(zhuǎn)爐煉鋼情況下的精準(zhǔn)化終點(diǎn)預(yù)報(bào)，也需要進(jìn)行對于轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)的優(yōu)化控制，孫宗輝教授通過已有的冶金學(xué)的原理，將優(yōu)化金屬爐料配比作為實(shí)驗(yàn)研究的重點(diǎn)目標(biāo)，對于現(xiàn)行規(guī)劃模型配比爐料進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，充分證明了該模型對于轉(zhuǎn)爐成本的降低是存在著較大的價(jià)值的。

2.3 轉(zhuǎn)爐煉鋼控制模型涉及算法研究

對于轉(zhuǎn)爐煉鋼控制模型算法中，目前國內(nèi)外統(tǒng)一研究認(rèn)為成本作業(yè)法（Activity-Based Costing ABC）屬于相對實(shí)用的算法，這種算法開始于20世紀(jì)80年代末，它對于作業(yè)，成本與作業(yè)會計(jì)這些名詞做了相對精準(zhǔn)系統(tǒng)的定義，對于ABC法的成本動因分析選擇、成本庫的統(tǒng)一建立、運(yùn)行程序的分析做了更為統(tǒng)一的規(guī)劃，奠定了ABC研究法的理論基礎(chǔ)。目前我國的鋼鐵企業(yè)由于企業(yè)龐大，且運(yùn)用先進(jìn)算法較晚，所以無法準(zhǔn)備保證核算數(shù)據(jù)的明細(xì)與及時(shí)性，對于真實(shí)成本的輸入數(shù)據(jù)難以計(jì)算，這些先決條件決定了ABC法適合用于目前我國鋼鐵企業(yè)的煉鋼技術(shù)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(jìn)行對于（P2O5）的含量分析，當(dāng)轉(zhuǎn)爐冶煉不斷進(jìn)行到終點(diǎn)時(shí)，爐渣中的（P2O5）含量升高會直接導(dǎo)致磷元素通過鋼液流入，在實(shí)驗(yàn)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(chǎn)生的影響如下。

3.2 終渣返回利用次數(shù)對脫磷影響研究

通過Factsage7.0熱力學(xué)研究會發(fā)現(xiàn)留渣量對于脫磷效果會產(chǎn)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(xiàn)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(zhuǎn)爐煉鋼的成本。對于轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)熔渣來說，它存在爐渣堿度較高，熔渣溫度較高等特點(diǎn)，所以當(dāng)重復(fù)利用終渣時(shí)會有效的降低轉(zhuǎn)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(shí)會出現(xiàn)鋼液的回磷現(xiàn)象，所以要抑制終渣回磷現(xiàn)象的發(fā)生，是煉鋼過程中需要不斷加入石灰來催化煉鋼反應(yīng)，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(yīng)的發(fā)生降低，但是呈現(xiàn)降低速率放緩的趨勢，當(dāng)石灰入量達(dá)到35kg/t時(shí)終點(diǎn)鋼液磷含量達(dá)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(shù)值呈現(xiàn)U字型變化。

4 結(jié)論

現(xiàn)階段國內(nèi)外轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)研究企業(yè)都存在轉(zhuǎn)爐渣料消耗相對較多，渣中雜質(zhì)（大多為T.Fe）含量較高的問題，所以需要轉(zhuǎn)爐技術(shù)利用返回終渣來減少這種現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)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(jìn)行對應(yīng)終渣的反復(fù)利用與降低全鐵含量。