廢坯不同加入方式對煉鋼成本的影響分析

韓東亞

(新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鋼廠)

前言

近些年,隨著國內(nèi)鋼鐵產(chǎn)能趨于飽和及市場競爭的不斷激烈,如何在鋼鐵生產(chǎn)制造中降低每一環(huán)節(jié)的成本成為了各鋼鐵企業(yè)的不懈追求。

眾所周知,在煉鋼環(huán)節(jié)中,從產(chǎn)品的質(zhì)量角度出發(fā),生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一定量的廢品鑄坯。 例如,連鑄澆鑄過程中會產(chǎn)生坯頭尾,澆鑄過程中結(jié)晶器液面波動超標(biāo)產(chǎn)生的鑄坯,冶煉過程中因化學(xué)元素不合產(chǎn)生的鑄坯。 這些廢坯都會在煉鋼環(huán)節(jié)進(jìn)行回收利用,而回收利用的主要途徑就是作為廢鋼加入轉(zhuǎn)爐,從而實現(xiàn)再循環(huán)。 為了進(jìn)一步降低煉鋼生產(chǎn)成本,八鋼第一煉鋼分廠努力尋找出了一種新的途徑實現(xiàn)廢坯的回收高效利用,并對其產(chǎn)生的效益進(jìn)行核算,取得了喜人效果。

1 八鋼第一煉鋼廠工藝及產(chǎn)品簡介

八鋼第一煉鋼分廠150t 產(chǎn)線投產(chǎn)于2012 年9月,主要裝備倒罐站1 座,KR 攪拌脫硫站1 座,150t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐1 座,LF 精煉爐1 座,150×150(mm)十機(jī)十流合金鋼連鑄機(jī)1 臺。 主要生產(chǎn)的鋼種占比及廢坯量如表1 所示。

表1 八鋼150t 產(chǎn)線主要生產(chǎn)鋼種占比及廢坯產(chǎn)生量

2 廢坯不同加入方式對煉鋼成本影響分析

2.1 廢坯不同加入方式對金屬收得率分析

廢坯中含有較多的合金元素(鋼種成分見表2所示),通過廢鋼斗加入轉(zhuǎn)爐后,絕大多數(shù)合金元素會在吹煉過程中生產(chǎn)氧化物并隨爐渣流失。 與此同時,鑄坯加入爐內(nèi)后,在氧化性氛圍內(nèi),鑄坯中的鐵元素存在吹損,造成金屬流失。

表2 八鋼150t 轉(zhuǎn)爐產(chǎn)線主要鋼種成分含量 %

從表2 的數(shù)據(jù)可以看出,各鋼種僅合金元素含量占比就達(dá)到2%～4%。 在鑄坯加入轉(zhuǎn)爐后,依據(jù)鋼種終點(diǎn)的不同,存在2%～4%的鐵元素吹損。 因此,鑄坯加入爐內(nèi)后金屬收得率僅為92%～96%。

如選擇在轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束后,將鑄坯加入到盛有鋼水的鋼包內(nèi),金屬收得率將有所提高。 因為,轉(zhuǎn)爐出鋼過程中,鋼水經(jīng)過脫氧合金化后,鋼水中[O]含量一般來說會降低到80×10-6以內(nèi),此時將鑄坯加入鋼包,金屬收得率在99.5%以上。

2.2 廢坯不同加入方式對合金成本的影響

在不考慮Cu、Mo 等難氧化合金的情況下,加入轉(zhuǎn)爐的合金均存在大量氧化進(jìn)入爐渣之中,尤其是合金中的C、Si、Mn、V 等元素。 如將廢坯直接加入鋼水之中,其中的合金元素回收率達(dá)到98%以上,能夠最大化 的利用其中的合金元素,帶來效益。 具體合金成本如表3 所示。

表3 各鋼種加入廢坯合金成本的變化

2.4 廢坯加入對煉鋼制造成本的影響

廢坯直接加入鋼包變?yōu)楹细耔T坯,這個制造過程較正常制造過程省去了由鐵水冶煉為鋼水的過程。 對于煉鋼工序來說,從鐵水到鋼水的轉(zhuǎn)變的制造成本占到整個制造成本的45%左右,因此廢坯加入鋼包還帶來了制造成本的收益。 經(jīng)過上述分析,廢鋼通過直接加入鋼包可節(jié)約煉鋼成本,但是不同鋼種廢鋼加入量還需要進(jìn)一步核算。

3 廢鋼直接加入鋼包收益分析

3.1 廢坯最佳加入量的核算

廢坯在出鋼結(jié)束加入鋼包以后,勢必會帶來鋼水溫度的損失。 加入量大時,如鋼水溫度低于液相線溫度,極易導(dǎo)致鋼包透氣芯不同等生產(chǎn)、質(zhì)量事故。 因此需要依據(jù)鋼包到達(dá)吹氬站溫度確定最優(yōu)廢坯加入量。

以HRB400E 為例,轉(zhuǎn)爐出鋼量170t,廢坯熔化溫度為1510℃,熔化潛熱為271. 7kJ/kg,廢鋼熱熔0.70kJ/kg·℃,鋼水熱熔為0.84kJ/kg·℃,出鋼結(jié)束后鋼水溫度為1550℃,常溫狀態(tài)下廢鋼溫度為25℃,則加入1t 廢坯吸收的熱量為:

Q吸=1000×[(1510-25)×0.70+271.7+(1550-1510)×0.84]=1344800kJ

加入1t 廢坯溫降為:

Δt=Q吸÷0.84÷171÷1000=9.42℃

即:在HRB400E 鋼種上,常溫狀態(tài)下,每加入1t 廢坯,鋼水溫降為9.42℃。 由此,依據(jù)LF 爐初始溫度要求可分別計算出其余鋼種的廢坯最佳加入量。 如表4 所示。

表4 各鋼種廢坯最佳加入量計算表

3.2 廢坯加入對LF 精煉電耗成本分析

廢坯加入鋼包后造成的溫度損失需要采用電耗進(jìn)行補(bǔ)償。 因此,廢坯加入對成本造成的影響必須考慮精煉電耗的升高。

依照八鋼150t 產(chǎn)線LF 爐精煉爐目前工況,電耗單價為0. 42 元/kW·h,在170t 鋼水量情況下,每送電1min 耗電量為330kW·h,可提升溫度4℃。通過核算,可以得出各鋼種在LF 爐造成電耗成本的增加。 具體增加成本如表5 所示。

表5 各鋼種加入廢坯后LF 爐電耗成本核算

3.3 廢坯直接加入鋼包整體收益分析

通過核算,將廢坯直接加入鋼包較以廢鋼形式加入轉(zhuǎn)爐,可取得一定經(jīng)濟(jì)收益。 具體收益如表6所示。

表6 廢坯最優(yōu)加入量下的成本收益

通過核算可以看出,通過鑄坯加入鋼包,在不同鋼種上可帶來4.85～9.18 元/t 的綜合收益。

4 廢坯加入的具體實施

在實際生產(chǎn)過程中,150t 轉(zhuǎn)爐產(chǎn)線首先要做的是將生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的廢坯進(jìn)行分類堆放、標(biāo)記、收集。 第二,為了達(dá)到廢坯中合金元素的最大化利用,在鋼種計劃下達(dá)后,會在廢坯中選擇同鋼種或成分接近鋼種運(yùn)送至精煉跨列制定地點(diǎn)。 第三,在轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束后,加入廢坯前必須對鋼水進(jìn)行測溫作業(yè),通過鋼水實際溫度,確定最優(yōu)廢坯加入量。第四,將鋼坯加入到鋼包中,進(jìn)入LF 精煉爐冶煉。

5 結(jié)束語

通過對不同方式廢坯加入下金屬收得率、合金成本等因素分析,最終確定采用廢坯直接加入鋼包的方式可大大節(jié)約煉鋼成本,同時對不同廢坯加入鋼包最優(yōu)加入量進(jìn)行了核算,結(jié)論如下:

(1)在煉鋼廠內(nèi)部,廢坯循環(huán)方式的不同直接影響其帶來的經(jīng)濟(jì)收益,采用廢坯直接加入鋼包的方式進(jìn)行循環(huán)利用為最佳方式。

(2)采用廢坯直接加入鋼包的方式進(jìn)行循環(huán)利用,從鑄坯的金屬收得率、合金、制造成本三方面帶來收,核減此方式消耗的電能后,仍可以得到4.85～9.18 元/t 的收益,降本幅度明顯。