馮聚和,柯少華,鄭玉平,何飛舟

(河北聯(lián)合大學 冶金與能源學院,河北唐山 063009)

0 序 言

當前鋼鐵原材料價格持續(xù)上漲,鋼鐵行情持續(xù)走低,如何在滿足工藝要求的前提下,降低生產(chǎn)過程的原料消耗,降低成產(chǎn)成本,是當前企業(yè)面臨的關鍵問題。大多數(shù)中小型轉(zhuǎn)爐主要采用人工經(jīng)驗配料,由于轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的快節(jié)奏,煉鋼工不可能有充分的時間來根據(jù)原料成分及當前爐次的實際情況進行準確配料計算,只能根據(jù)上一爐次的情況和鐵水狀況來進行大概的估算經(jīng)驗配料,因此,不能準確地進行配料計算,科學地組織生產(chǎn),致使原材料消耗高,能量利用率低。應用優(yōu)化配料系統(tǒng)軟件進行配料計算可以根據(jù)鐵水的成分和溫度,原材料成分進行配料計算;還可以根據(jù)當前的物料價格,調(diào)整物料比例,合理配料,使各物料加入量和噸鋼成本都達到最優(yōu)化,提高能量的利用率,提高終點命中率,降低原材料消耗從而降低冶煉成本。

1 優(yōu)化配料系統(tǒng)功能介紹

配料系統(tǒng)可以根據(jù)所使用的原料成分,冶煉鋼種等條件進行優(yōu)化配料計算,從而建立一個合理的物料平衡和熱平衡制度。同時可以優(yōu)化轉(zhuǎn)爐配料,根據(jù)鐵水成分和溫度及其它原料條件和擬冶煉鋼種需要的目標溫度和成分,立即優(yōu)化出一組配料方案,確定出各種原料的合理加入量。并根據(jù)鐵水溫度及成分和化學反應物理熱進行轉(zhuǎn)爐冶煉的熱平衡計算,計算出冶煉一爐鋼熱量的總收入與總支出,從而計算出富余熱量,確定廢鋼鐵礦石等各種冷卻劑的加入量。更加科學、合理地組織和指導生產(chǎn),節(jié)約原材料消耗、降低煉鋼成本,提高經(jīng)濟效益[1]。

優(yōu)化配料系統(tǒng)采用定廢鋼調(diào)礦石的冷卻制度,主要計算本爐次需要加入的石灰用量,氧氣用量和鐵礦石用量。其中主要計算包括石灰加入量計算、氧氣量計算和鐵礦石加入量計算[2],還有出鋼量的計算,爐氣計算,煙塵計算,鐵珠計算等。在保證P、S去除的同時,根據(jù)合理的堿度和鐵水中Si含量來計算石灰的加入量,避免了人工經(jīng)驗配料為達到目標終點S、P而過多加入石灰量。根據(jù)各種物料中元素反應消耗的氧量來計算出氧氣用量,以此為依據(jù),確定吹氧量可以提高終點C的命中率。根據(jù)富余的熱量來計算出鐵礦石用量,可以提高能量的利用率,降低噸鋼消耗,也可以提高終點溫度的命中率,優(yōu)化配料系統(tǒng)不僅克服了人工經(jīng)驗配料,而且可以提高轉(zhuǎn)爐冶煉終點的一次拉碳命中率,提高生產(chǎn)效率。

2 主要運行界面的介紹

本優(yōu)化配料系統(tǒng)界面包括原始數(shù)據(jù)和優(yōu)化配料計算界面。原始數(shù)據(jù)界面包括原材料成分(如圖1所示)與冶煉條件(如圖2);優(yōu)化計算界面主要包括散裝料選擇(如圖3所示)與物料平衡表(如圖4所示)。

圖1 原始數(shù)據(jù)中的原材料成分

圖2 原始數(shù)據(jù)中的冶煉條件

圖3 散狀料選擇

圖4 物料平衡表

3 使用的情況分析

該廠的加入料有石灰、鎂球、鐵皮、廢鋼、渣鋼、鐵塊等。選取的數(shù)據(jù)為2#轉(zhuǎn)爐某一冶煉班次的10爐數(shù)據(jù),采用的造渣制度為單渣法,冶煉的鋼種為SPHC,鋼種的目標溫度與成分如下表1所示:

表1 選取鋼種的標準出鋼成分

實際生產(chǎn)中該轉(zhuǎn)爐一次拉碳的[C]命中率約為80%,溫度的命中率較低,總體終點溫度偏高,溫度命中率約為10%左右,平均出鋼溫度比目標溫度高40～50℃,由此造成的后吹和大量熱量的浪費,能量利用率低,石灰消耗量也較高。任意取10爐次的生產(chǎn)數(shù)據(jù),SPHC鋼種冶煉各爐次的噸鋼鐵礦石消耗與配料軟件計算的噸鋼鐵礦石消耗如圖5所示。

圖5 SPHC冶煉噸鋼鐵礦石加入量

由圖5分析可知,該鋼種的平均礦石加入量約19.336 kg/t,配料系統(tǒng)計算礦石加入值約為29.105 kg/ t,平均可以比實際多加礦石9.769 kg/t,提高了能量的利用率和鋼鐵料的比值。

該鋼種的石灰加入量與配料系統(tǒng)計算的石灰加入量如圖6所示,石灰加入量為46.246 kg/t,優(yōu)化配料系統(tǒng)計算的石灰加入量為37.834 kg/t,平均可以比實際減少石灰加入量8.412 kg/t。使用優(yōu)化配料系統(tǒng)配料,節(jié)省石灰加入量,克服了人工經(jīng)驗配料的盲目性。

圖6 SPHC鋼冶煉噸鋼石灰加入量

4 鐵水中Si含量與石灰加入量之間的關系

鐵水中Si含量與石灰加入量有直接的關系,在其它成分不變,[Si]含量在0.4%～0.8%之間變化時,其石灰加入量的變化趨勢如圖7所示,平均每增加0.1%的Si,石灰加入量需要增加6.79 kg/t。但是Si含量增加可以增加熱量收入,可以增加礦石的加入量,因此需要在一個合適的范圍,且以區(qū)域下限為宜。

圖7 鐵水中Si含量與石灰加入量之間的關系

由上分析可知,采用優(yōu)化配料系統(tǒng)配料,在提高轉(zhuǎn)爐冶煉效果的同時還減少了輔助料的加入量,增加了含鐵原料的加入量,提高了熱量的利用率,是當前企業(yè)節(jié)約能源降低成本的一種十分有效的方法。通過優(yōu)化配料系統(tǒng)來配料,改善了配料狀況,有效地提高了一次拉碳命中率。從長遠的角度看,采用優(yōu)化配料系統(tǒng)配料代替人工經(jīng)驗配料,可以為企業(yè)產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益,是未來煉鋼配料發(fā)展的一種必然趨勢。

5 結(jié) 論

(1)最終可以平均每爐可多加礦石量9.769 kg/t,減少石灰加入量8.412 kg/t。

(2)使用優(yōu)化配料系統(tǒng)可以有效地提高終點命中率,單一[C]命中率約可達90%,溫度命中率約可達60%,雙命中約可達50%。

(3)應用優(yōu)化配料系統(tǒng)配料可以根據(jù)當前的物料價格,調(diào)整不同物料的配比,合理地配料,在不降低鋼產(chǎn)品質(zhì)量的情況下,節(jié)約能源,降低噸鋼成本,為企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗提供有效的途徑。

[1] 王桂輝.轉(zhuǎn)爐煉鋼廠節(jié)能降耗的實踐探索[J].冶金能源,2005,24(1):20～21.

[2] 馮聚和.煉鋼設計原理[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005,21～33.

[3] 陳俊東,張彩軍,馮聚和.轉(zhuǎn)爐靜態(tài)機理模型與節(jié)能降耗[J].河北理工大學學報,2007,29(3):10.

[4] 馬杰,杜佳,李志軍等.轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中能量的利用與回收[J].冶金叢刊,2009(6).