煉鋼原輔料應用工藝優化與實踐

蔡 飛

（河鋼集團宣化鋼鐵公司，河北 075100）

0 引言

近年來國內鋼鐵市場競爭日趨激烈，鋼企利潤空間不斷壓縮，也讓國內各鋼鐵企業舉步維艱，如何在低迷的市場中創效，成為當前鋼鐵企業共同關注的焦點問題，低成本策略已成為企業生存的重要手段。煉鋼用原輔料成本占煉鋼工序成本的50%左右，因此對煉鋼用原輔料消耗進行實時動態優化控制勢在必行，這也是保持鋼后系統穩定順行、降低生產成本的基礎和重要舉措。宣鋼150 噸轉爐煉鋼系統于2011 年年底正式投產運行，主要工藝路線如下：鐵水翻罐機兌鐵→KR 鐵水脫硫→150噸頂底復吹轉爐（含副槍系統）→LF 精煉爐（吹氬站）→12 機12 流小方坯連鑄機，年設計產能300 萬噸。為全面落實公司普轉優和低成本戰略，提高產品市場競爭力，鋼廠開展了深挖成本內潛攻關。隨著公司產品升級、產品種類日漸增加，煉鋼的各種物料消耗在系統成本中所占地位愈顯舉足輕重。

目前煉鋼用物料使用規范尚未統一化，在成本壓力不斷增加的嚴峻形勢下，迫切需要針對鋼種級別不同、工藝路線不同等差異情況，制定和細化出合理的物料分流程、分鋼種使用工藝制度，并從經濟性、適用性、穩定性和可控性等方面制定最佳的物料應用方案。本文對宣鋼煉鋼所用各種物料進行全面梳理，從煉鋼、精煉、連鑄及生產準備各個環節制定了降耗的工藝改進措施，實現了煉鋼原輔料管理規范化、使用合理化。

1 煉鋼原輔料降本增效主要措施

1.1 常用物料定額管理

宣鋼煉鋼及連鑄工序使用物料種類眾多、消耗量大，直接影響著煉鋼工序成本的高低。以往物料的使用是由使用單位自己提報計劃、使用、結算，缺乏統一管理，造成個別物料使用存在浪費現象。為杜絕浪費，技術人員對生產過程進行了跟蹤寫實，通過對現場近一個月物料消耗數據的采集，并結合歷史最低消耗水平及后續工藝優化提升情況，最終于2021 年初對煉鋼廠實施了煉鋼物料兩檔定額管理，規范了結晶器保護渣、鋼包、中包覆蓋劑、凝渣劑等十余種物料的用料使用，詳見表1。

表1 非承包耐材定額表

1.2 優化耐材使用及管理

1.2.1 品種鋼中包耐材實施普鋼整體承包模式

150 噸爐區品種鋼中包耐材之前單獨結算，未計入整體承包范圍內，結算價較高，之前結算價格為20.38 元/噸鋼，通過按普鋼模式采用整體承包方式測算，品種鋼中包耐材結算價格下調至14.01 元/噸鋼，降低了6.37 元/噸鋼，效果顯著。品種鋼中包按普鋼模式整體測算見表2。

表2 品種鋼中包按普鋼模式整體測算（爐產190t，爐數25）

1.2.2 結合生產實際重新制定鋼包下線標準

對鋼包耐材侵蝕情況進行梳理，在確保安全生產的前提下，結合目前實際包況重新制定下線標準，杜絕鋼包耐材過度浪費，減少過程拆包數量，降低耐材成本。品種鋼鋼包耐材侵蝕情況統計如表3所示。依據鋼包耐材侵蝕統計情況制重新制定了鋼包退包下線判斷標準：即上渣線磚殘厚低于120mm、熔池磚殘厚低于80mm、透氣磚侵蝕大于320mm，有其中任一情況需退包下線。

表3 鋼包耐材侵蝕情況統計表

1.2.3 實施減少鋼包補償的措施

減少鋼包補償的措施主要包括：

（1）2 號連鑄機生產品種鋼時，1 號連鑄機不壓鋼，按3 個鋼包周轉，保證盡快消化不能精煉的后期包。

（2）進RH 精煉的鋼種，中間間隔時間不少于10天。

（3）進RH精煉的鋼種，前后兩個中包不安排低碳系列鋼種。

（4）調整鋼包耐材承包價格，按精煉包價格招標，所有鋼包按精煉包組織。

（5）特殊情況需要拆包保品種鋼計劃時，要提前通知鋼包作業區及時拆包。

通過上述技術和管理措施的實施，生產過程中提前拆包個數下降了50%，月費用降低50萬元。

1.3 精煉鋼種物料加入定額優化

2021 年以前精煉爐使用的精煉渣料、脫氧劑、喂絲線等并未做嚴格使用要求。為提高操作水平，降低精煉成本，宣鋼于2021 年初制定并下發了精煉爐物料定額使用規范，通過對現場工藝生產數據統計分析，針對不同鋼種制定出詳細使用要求。精煉爐品種鋼物料加入定額見表4。

表4 精煉爐品種鋼物料加入定額

通過精煉爐品種鋼物料加入定額管理措施的實施，相比2020年，宣鋼2021年精煉渣料、脫氧劑、喂絲線使用費用噸鋼平均降低1.6元，效果顯著。

1.4 建立合金最優配比結構計算模型

在煉鋼生產過程轉爐吹煉結束后，針對不同鋼種要求，需要添加不同合金對鋼水進行成分調整，以便達到鋼種要求目標成分。由于每種合金由幾種不同元素組成，不同的合金可能有相同的元素成分，所以存在多種合金配加方案。為了精確實現成分目標，同時實現合金成本最小化，煉鋼廠建立了合金最優加料計算模型。該模型主要考慮了各種合金的采購成本、合金收得率、鋼水成分控制目標等因素，其中鋼水成分控制目標設定為區間，即鋼水目標成分的下限與上限，通過模型可有效求出成本最低的合金配比。

生產實踐表明，準確判斷和估算合金元素收得率，是達到脫氧和提高成品鋼成分命中率的關鍵，而收得率對于不同冶煉爐次、不同鋼種以及不同出鋼條件都是不同的。在快節奏的生產過程中，無法依靠人工進行每爐次收得率的核算與修正，因此，為了獲得準確實時的合金元素收得率，在計算合金加入量的傳統方法中，將收得率設定為常數，一般利用合金化效果較好的歷史爐次數據中某元素的收得率作為參考，從而有效指導生產，提高成品鋼成分命中率。

1.5 優化煉鋼用合金物料配比

冶煉過程中，合金主要用于調整鋼液元素成分及脫除鋼中夾雜物。通過對生產所用各種合金料配加方案研究分析，合理制定不同鋼種合金加入結構的配比；對功能相近合金，如：錳合金系列（高、中、低碳錳，硅錳，金屬錳等）、深脫氧劑（鋼芯鋁、鋁錳鈦、硅鋁鋇鈣、硅鋁鐵、硅鋇、鋁塊等）、合金線（硅鈣線、鈣鐵線、鋁線等）進行分析研究，實現合金料應用最佳性價比。

1.5.1 純鋁塊替代鋁錳鈦鐵

在煉鋼生產中，由于鋁有極強脫氧能力，用鋁脫氧可大大降低氧含量，細化鋼中組織晶粒，提高鋼材沖擊韌性，降低冷脆和時效傾向。由于其脫氧產物Al2O3為中性物質，不降低鋼渣堿度，可減少鋼水回P、回S。

目前生產含鋁鋼均使用鋁錳鈦鐵進行脫氧[1]，隨著鋁資源價格調整，從經濟效益、適應性及冶金效果出發，對使用純鋁塊替代或部分替代鋁錳鈦鐵進行了分析對比。通過成本測算，在增加相同鋁含量的前提下，相比鋁錳鈦鐵使用純鋁塊脫氧成本可降低2.31元/噸鋼，降本效果明顯。

1.5.2 高碳錳鐵替代中碳錳鐵

用高碳錳鐵替代中碳錳鐵。高碳錳鐵成本價格3846.15 元/噸，中碳錳鐵成本價格7050 元，用高碳錳鐵替代中碳錳鐵降本效果明顯。40Mn2 圓鋼如果全部用高碳錳鐵替代中碳錳鐵，預計效益為20元/噸；SWRCH22A、SAE1022ATi 鋼種用高碳錳鐵替代50% 的中碳錳鐵，預計效益為9.8 元/噸；20CrMnTi 鋼種采用硅錳鐵+高碳錳鐵替代硅鐵+中碳錳鐵，預計效益為30元/噸。

1.5.3 煅煤增碳劑替代低氮增碳劑

低牌號優質碳素鋼采用煅煤增碳劑替代低氮增碳劑。前期通過現場生產試驗，對比低氮增碳劑與煅煤增碳劑的熔化吸收效果、成份均勻性、氮含量變化等技術指標，均滿足要求。為保證物料使用穩定性，煉鋼過程出鋼完畢后做好氬氣攪拌，使增碳劑充分溶解吸收，精煉環節不使用該增碳劑，以保證方坯成分穩定控制，杜絕質量事故發生。

最終使用該增碳劑后，連鑄氧控平均25ppm，氮控最高71ppm，最低61ppm，平均65ppm，滿足鋼種質量控制要求，降低圓鋼生產成本1.37元/噸。

1.5.4 用鈦鐵FeTi30替代鈦鐵線

鈦是易氧化元素，在冶煉過程中鈦的控制較為困難，它受鋼水氧活度、爐渣堿度等因素影響較多，故鋼中鈦含量的波動范圍大，容易影響產品質量穩定性。之前生產過程一直采用鋼包喂鈦線工藝，但此工藝受到喂線速度、喂線前鋼水溫度、爐渣堿度和鋼水氧含量諸多因素影響。喂線速度過快，鋼包中鋼水翻騰、裸露，增加鈦氧化，鈦的回收率降低；喂線速度過慢，鈦線不能很快深入鋼包下部，增加鈦在鋼包上層氧化，并且鈦成分難均勻，若增加底吹時間又會增加了鋼水裸露機會，降低鈦的吸收率。

為有效節約生產成本，宣鋼采用加鈦鐵合金工藝生產20CrMnTi[2]。針對鈦易氧化特性，在精煉過程中利用鈦鐵合金代替鈦線進行成份調整，鈦鐵平均加入量為3.077 kg/t（之前鈦線平均加入量為4.61 kg/t），噸鋼成本可降低10.36 元。實踐表明，Ti成分及其回收率控制穩定，且合金化過程鋼水表面不像喂線過程出現大面積裸露，可有效防止了鋼水的二次氧化。

2 煉鋼原輔料降本成效

通過上述技術、工藝和管理改進措施的實施，宣鋼煉鋼原輔料噸鋼成本降低4.03元。

（1）煉鋼連鑄非承包耐材定額管理優化后，副槍口防粘料，鐵包、鋼包覆蓋劑年節約成本1.1 元/噸鋼。

（2）品種鋼中包耐材按普鋼整體承包模式結算，節約成本0.44元/噸鋼。

（3）通過對生產準備鋼包周轉進行優化，拆包個數降低50%，節約成本1元/噸鋼。

（4）精煉爐品種鋼物料加入量實施定額優化以后，精煉渣料、脫氧劑、喂絲線使用費用節約0.61元/噸鋼。

（5）純鋁塊替代鋁錳鈦鐵、高碳錳鐵替代中碳錳鐵、煅煤增碳劑替代低氮增碳劑、用鈦鐵FeTi30替代鈦鐵線，降低成本0.88元/噸鋼。

3 結語

結合宣鋼150 噸轉爐煉鋼系統生產實際，本文對宣鋼煉鋼所用各種物料進行全面梳理，從煉鋼、精煉、連鑄及生產準備各個環節，發現了煉鋼原輔料使用和管理的不合理之處，挖掘出了煉鋼原輔料降本增效的潛力，并開展了降耗挖潛攻關。

通過常用物料定額管理、優化耐材使用及管理、精煉鋼種物料加入定額優化、建立合金最優配比結構計算模型、優化煉鋼用合金物料配比等降耗挖潛攻關措施的實施，實現了煉鋼原輔料管理規范化、使用合理化，在煉鋼生產降本增效方面取得了明顯效果。2021 年全年成本降低4.03 元/噸鋼，不僅為公司成本控制提供了新方法，也為國內同行業降本增效提供了新思路，具有較高的推廣價值。