炼钢原辅料应用工艺优化与实践

蔡 飞

（河钢集团宣化钢铁公司，河北 075100）

0 引言

近年来国内钢铁市场竞争日趋激烈，钢企利润空间不断压缩，也让国内各钢铁企业举步维艰，如何在低迷的市场中创效，成为当前钢铁企业共同关注的焦点问题，低成本策略已成为企业生存的重要手段。炼钢用原辅料成本占炼钢工序成本的50%左右，因此对炼钢用原辅料消耗进行实时动态优化控制势在必行，这也是保持钢后系统稳定顺行、降低生产成本的基础和重要举措。宣钢150 吨转炉炼钢系统于2011 年年底正式投产运行，主要工艺路线如下：铁水翻罐机兑铁→KR 铁水脱硫→150吨顶底复吹转炉（含副枪系统）→LF 精炼炉（吹氩站）→12 机12 流小方坯连铸机，年设计产能300 万吨。为全面落实公司普转优和低成本战略，提高产品市场竞争力，钢厂开展了深挖成本内潜攻关。随着公司产品升级、产品种类日渐增加，炼钢的各种物料消耗在系统成本中所占地位愈显举足轻重。

目前炼钢用物料使用规范尚未统一化，在成本压力不断增加的严峻形势下，迫切需要针对钢种级别不同、工艺路线不同等差异情况，制定和细化出合理的物料分流程、分钢种使用工艺制度，并从经济性、适用性、稳定性和可控性等方面制定最佳的物料应用方案。本文对宣钢炼钢所用各种物料进行全面梳理，从炼钢、精炼、连铸及生产准备各个环节制定了降耗的工艺改进措施，实现了炼钢原辅料管理规范化、使用合理化。

1 炼钢原辅料降本增效主要措施

1.1 常用物料定额管理

宣钢炼钢及连铸工序使用物料种类众多、消耗量大，直接影响着炼钢工序成本的高低。以往物料的使用是由使用单位自己提报计划、使用、结算，缺乏统一管理，造成个别物料使用存在浪费现象。为杜绝浪费，技术人员对生产过程进行了跟踪写实，通过对现场近一个月物料消耗数据的采集，并结合历史最低消耗水平及后续工艺优化提升情况，最终于2021 年初对炼钢厂实施了炼钢物料两档定额管理，规范了结晶器保护渣、钢包、中包覆盖剂、凝渣剂等十余种物料的用料使用，详见表1。

表1 非承包耐材定额表

1.2 优化耐材使用及管理

1.2.1 品种钢中包耐材实施普钢整体承包模式

150 吨炉区品种钢中包耐材之前单独结算，未计入整体承包范围内，结算价较高，之前结算价格为20.38 元/吨钢，通过按普钢模式采用整体承包方式测算，品种钢中包耐材结算价格下调至14.01 元/吨钢，降低了6.37 元/吨钢，效果显著。品种钢中包按普钢模式整体测算见表2。

表2 品种钢中包按普钢模式整体测算（炉产190t，炉数25）

1.2.2 结合生产实际重新制定钢包下线标准

对钢包耐材侵蚀情况进行梳理，在确保安全生产的前提下，结合目前实际包况重新制定下线标准，杜绝钢包耐材过度浪费，减少过程拆包数量，降低耐材成本。品种钢钢包耐材侵蚀情况统计如表3所示。依据钢包耐材侵蚀统计情况制重新制定了钢包退包下线判断标准：即上渣线砖残厚低于120mm、熔池砖残厚低于80mm、透气砖侵蚀大于320mm，有其中任一情况需退包下线。

表3 钢包耐材侵蚀情况统计表

1.2.3 实施减少钢包补偿的措施

减少钢包补偿的措施主要包括：

（1）2 号连铸机生产品种钢时，1 号连铸机不压钢，按3 个钢包周转，保证尽快消化不能精炼的后期包。

（2）进RH 精炼的钢种，中间间隔时间不少于10天。

（3）进RH精炼的钢种，前后两个中包不安排低碳系列钢种。

（4）调整钢包耐材承包价格，按精炼包价格招标，所有钢包按精炼包组织。

（5）特殊情况需要拆包保品种钢计划时，要提前通知钢包作业区及时拆包。

通过上述技术和管理措施的实施，生产过程中提前拆包个数下降了50%，月费用降低50万元。

1.3 精炼钢种物料加入定额优化

2021 年以前精炼炉使用的精炼渣料、脱氧剂、喂丝线等并未做严格使用要求。为提高操作水平，降低精炼成本，宣钢于2021 年初制定并下发了精炼炉物料定额使用规范，通过对现场工艺生产数据统计分析，针对不同钢种制定出详细使用要求。精炼炉品种钢物料加入定额见表4。

表4 精炼炉品种钢物料加入定额

通过精炼炉品种钢物料加入定额管理措施的实施，相比2020年，宣钢2021年精炼渣料、脱氧剂、喂丝线使用费用吨钢平均降低1.6元，效果显著。

1.4 建立合金最优配比结构计算模型

在炼钢生产过程转炉吹炼结束后，针对不同钢种要求，需要添加不同合金对钢水进行成分调整，以便达到钢种要求目标成分。由于每种合金由几种不同元素组成，不同的合金可能有相同的元素成分，所以存在多种合金配加方案。为了精确实现成分目标，同时实现合金成本最小化，炼钢厂建立了合金最优加料计算模型。该模型主要考虑了各种合金的采购成本、合金收得率、钢水成分控制目标等因素，其中钢水成分控制目标设定为区间，即钢水目标成分的下限与上限，通过模型可有效求出成本最低的合金配比。

生产实践表明，准确判断和估算合金元素收得率，是达到脱氧和提高成品钢成分命中率的关键，而收得率对于不同冶炼炉次、不同钢种以及不同出钢条件都是不同的。在快节奏的生产过程中，无法依靠人工进行每炉次收得率的核算与修正，因此，为了获得准确实时的合金元素收得率，在计算合金加入量的传统方法中，将收得率设定为常数，一般利用合金化效果较好的历史炉次数据中某元素的收得率作为参考，从而有效指导生产，提高成品钢成分命中率。

1.5 优化炼钢用合金物料配比

冶炼过程中，合金主要用于调整钢液元素成分及脱除钢中夹杂物。通过对生产所用各种合金料配加方案研究分析，合理制定不同钢种合金加入结构的配比；对功能相近合金，如：锰合金系列（高、中、低碳锰，硅锰，金属锰等）、深脱氧剂（钢芯铝、铝锰钛、硅铝钡钙、硅铝铁、硅钡、铝块等）、合金线（硅钙线、钙铁线、铝线等）进行分析研究，实现合金料应用最佳性价比。

1.5.1 纯铝块替代铝锰钛铁

在炼钢生产中，由于铝有极强脱氧能力，用铝脱氧可大大降低氧含量，细化钢中组织晶粒，提高钢材冲击韧性，降低冷脆和时效倾向。由于其脱氧产物Al2O3为中性物质，不降低钢渣碱度，可减少钢水回P、回S。

目前生产含铝钢均使用铝锰钛铁进行脱氧[1]，随着铝资源价格调整，从经济效益、适应性及冶金效果出发，对使用纯铝块替代或部分替代铝锰钛铁进行了分析对比。通过成本测算，在增加相同铝含量的前提下，相比铝锰钛铁使用纯铝块脱氧成本可降低2.31元/吨钢，降本效果明显。

1.5.2 高碳锰铁替代中碳锰铁

用高碳锰铁替代中碳锰铁。高碳锰铁成本价格3846.15 元/吨，中碳锰铁成本价格7050 元，用高碳锰铁替代中碳锰铁降本效果明显。40Mn2 圆钢如果全部用高碳锰铁替代中碳锰铁，预计效益为20元/吨；SWRCH22A、SAE1022ATi 钢种用高碳锰铁替代50% 的中碳锰铁，预计效益为9.8 元/吨；20CrMnTi 钢种采用硅锰铁+高碳锰铁替代硅铁+中碳锰铁，预计效益为30元/吨。

1.5.3 煅煤增碳剂替代低氮增碳剂

低牌号优质碳素钢采用煅煤增碳剂替代低氮增碳剂。前期通过现场生产试验，对比低氮增碳剂与煅煤增碳剂的熔化吸收效果、成份均匀性、氮含量变化等技术指标，均满足要求。为保证物料使用稳定性，炼钢过程出钢完毕后做好氩气搅拌，使增碳剂充分溶解吸收，精炼环节不使用该增碳剂，以保证方坯成分稳定控制，杜绝质量事故发生。

最终使用该增碳剂后，连铸氧控平均25ppm，氮控最高71ppm，最低61ppm，平均65ppm，满足钢种质量控制要求，降低圆钢生产成本1.37元/吨。

1.5.4 用钛铁FeTi30替代钛铁线

钛是易氧化元素，在冶炼过程中钛的控制较为困难，它受钢水氧活度、炉渣碱度等因素影响较多，故钢中钛含量的波动范围大，容易影响产品质量稳定性。之前生产过程一直采用钢包喂钛线工艺，但此工艺受到喂线速度、喂线前钢水温度、炉渣碱度和钢水氧含量诸多因素影响。喂线速度过快，钢包中钢水翻腾、裸露，增加钛氧化，钛的回收率降低；喂线速度过慢，钛线不能很快深入钢包下部，增加钛在钢包上层氧化，并且钛成分难均匀，若增加底吹时间又会增加了钢水裸露机会，降低钛的吸收率。

为有效节约生产成本，宣钢采用加钛铁合金工艺生产20CrMnTi[2]。针对钛易氧化特性，在精炼过程中利用钛铁合金代替钛线进行成份调整，钛铁平均加入量为3.077 kg/t（之前钛线平均加入量为4.61 kg/t），吨钢成本可降低10.36 元。实践表明，Ti成分及其回收率控制稳定，且合金化过程钢水表面不像喂线过程出现大面积裸露，可有效防止了钢水的二次氧化。

2 炼钢原辅料降本成效

通过上述技术、工艺和管理改进措施的实施，宣钢炼钢原辅料吨钢成本降低4.03元。

（1）炼钢连铸非承包耐材定额管理优化后，副枪口防粘料，铁包、钢包覆盖剂年节约成本1.1 元/吨钢。

（2）品种钢中包耐材按普钢整体承包模式结算，节约成本0.44元/吨钢。

（3）通过对生产准备钢包周转进行优化，拆包个数降低50%，节约成本1元/吨钢。

（4）精炼炉品种钢物料加入量实施定额优化以后，精炼渣料、脱氧剂、喂丝线使用费用节约0.61元/吨钢。

（5）纯铝块替代铝锰钛铁、高碳锰铁替代中碳锰铁、煅煤增碳剂替代低氮增碳剂、用钛铁FeTi30替代钛铁线，降低成本0.88元/吨钢。

3 结语

结合宣钢150 吨转炉炼钢系统生产实际，本文对宣钢炼钢所用各种物料进行全面梳理，从炼钢、精炼、连铸及生产准备各个环节，发现了炼钢原辅料使用和管理的不合理之处，挖掘出了炼钢原辅料降本增效的潜力，并开展了降耗挖潜攻关。

通过常用物料定额管理、优化耐材使用及管理、精炼钢种物料加入定额优化、建立合金最优配比结构计算模型、优化炼钢用合金物料配比等降耗挖潜攻关措施的实施，实现了炼钢原辅料管理规范化、使用合理化，在炼钢生产降本增效方面取得了明显效果。2021 年全年成本降低4.03 元/吨钢，不仅为公司成本控制提供了新方法，也为国内同行业降本增效提供了新思路，具有较高的推广价值。