基于网络炼钢下管线钢的成本控制研究

郑雪梅，马爱元*，袁 杰，李 松，朱 山

（六盘水师范学院化学与材料工程学院，贵州 六盘水 553004）

在线钢铁大学（steeluniversity.org）是由国际钢铁协会发起成立、英国利物浦大学协办，集理论与实践为一体的网站。目前，网站包含13个模拟系统，集合了钢材从原料到生产，再到成品检测的全过程，涵盖了钢铁厂生产过程的安全隐患识别以及如何正确应对等内容，为在校学生提供了很好的动手实践机会，加深学生对钢铁冶炼的理解。另外，对于钢铁厂的新员工培训来说也是非常好的平台。该网络平台每年还会举办“模拟炼钢挑战赛”，参赛者在规定的时间内，冶炼出满足生产要求的合格产品，成本最低的队伍获胜。在模拟炼钢挑战赛的影响下，该平台受到很多企业和高校的青睐[1，2]。

冶炼生产过程中，除了固定的原料成本外，其他成本都是可以在冶炼的过程中调节的。本文即通过“钢铁大学”网络平台，研究在冶炼合格管线钢的过程中，铁水温度、铁水加入量以及废钢加入量等因素对吨钢成本的影响规律，为实际生产管线钢和模拟炼钢挑战赛提供一定的理论参考。

1 原辅料成本及出钢要求

在线钢铁大学“Basic Oxygen Steelmaking”模块提供的原辅料成本如表1所示。本次研究考虑轻型废钢和重型废钢成分一致而后者较前者成本稍低，在添加废钢时只选择重型废钢。

钢铁大学网站对于管线钢冶炼要求的出钢主要成分及终点控制参数分别如表2和表3所示。

表2 管线钢出钢成分要求

表3 管线钢终点控制要求

1.1 铁水加入量对吨钢成本的影响

固定重型废钢加入量（16000 kg）、石灰加入量（2000 kg）、白云石加入量（2000 kg）、铁水初始温度（1400℃）不变，取60炉次成功冶炼的数据得出铁水加入量与吨钢成本关系见图1，铁水加入量与出钢量关系见图2，进行线性拟合回归分析，可以看出吨钢成本与铁水加入量呈正相关，且随铁水加入量的增加，出钢量也越大。每增加2t铁水，出钢量就会增加1-2t左右。但在操作中发现，如果为了出钢量而不断增加铁水加入量，会使得终点温度不好控制，这在一定程度上加大了操作的难度。从模拟操作情况来看，铁水加入量为260 t时，出钢温度相对来说较好控制，成功率较高。

图1 铁水加入量与吨钢成本关系

图2铁水加入量与出钢量关系

1.2 铁水初始温度对吨钢成本的影响

固定铁水（260 t）、重型废钢（16000 kg）、石灰（2000 kg）、白云石（2000 kg）的加入量不变，从百余次模拟操作的结果来看，铁水初始温度需设定为1310℃～1400℃之间，取成功冶炼50炉次的数据进行分析，如图3所示。经线性拟合后可见，随铁水初始温度的增加，吨钢成本呈下降趋势。这是由于为了达到出钢温度要求，铁水初始温度越低，耗氧量也就随之增加，导致成本增加。

需要说明的是，该组实验的氧流量需要根据铁水初始温度来调节大小，不符合单一变量原则，但结合操作和成本，设定铁水初始温度为1350℃时，比较容易得到低成本的管线钢。

图3 铁水初始温度与吨钢成本关系

1.3 废钢加入量的影响

本组实验是改变重型废钢加入量(13000kg～18000 kg之间)，铁水加入量、石灰、白云石的添加量同上，氧枪位置固定，氧流量变化相同，取成功冶炼60炉次得数据，分析重型废钢对吨钢成本的影响，并进行线性拟合，如图4所示。

图4 重型废钢加入量与吨钢成本关系

从拟合趋势看，重型废钢加入越多，吨钢成本也就越低，但当废钢加入量超过18000kg时，最终钢液成份就会出现Mo元素超标的情况，从而导致钢液成份不合格，冶炼失败，因而其加入量必须小于等于18000 kg。

重型废钢加入量与出钢量关系如图5所示，随着废钢加入量的增加，出钢量有小幅增加。但在实际操作中发现，当废钢加入量超16000 kg后，会出现渣的碱度和FeO不好操控的问题，因而不宜选择过高的废钢加入量。

图5 重型废钢加入量与出钢量关系

2 结论

本次研究基于“钢铁大学”网络平台的碱性氧气炼钢模拟系统，以管线钢为研究对象，通过固定配料条件下分别改变铁水加入量、铁水初始温度和废钢加入量，成功冶炼了共170炉次，并对数据进行分析，得到各因素对于吨钢成本的影响规律，得到了以下结论：

（1）吨钢成本与铁水加入量呈正相关，铁水加入量的增加，出钢量也越大。

（2）铁水初始温度较低时，需要较高得耗氧量，增加吨钢成本；但温度较高，会延长冶炼时间，不利于降低成本。铁水初始温度设定为1350℃最佳。

（3）增加废钢加入量，有利于降低吨钢成本超过18000 kg就会出现Mo元素超标的情况。