统计分析在转炉金属物料结构优化中的应用

张太生 张建奎 杨 杰

(安阳钢铁集团有限责任公司)

统计分析在转炉金属物料结构优化中的应用

张太生 张建奎 杨 杰

(安阳钢铁集团有限责任公司)

通过统计分析转炉炼钢生产过程不同金属炉料的冶金作用和对钢铁料成本贡献的临界值，以最低生产成本为目标，建立最佳炉料结构模型，为提高炼钢生产效益提供了科学的数据依据，并在生产中应用取得较好效果。

统计分析 金属炉料结构 应用

0 引言

金属物料作为转炉炼钢生产的物质基础，占炼钢成本85%的以上。不同的金属物料结构对炼钢生产的成本、质量等有着重要影响[1]。通过对生产过程的大量数据的统计分析，找出了转炉各主要金属物料对炼钢成本的影响，并以最低生产成本为目标，建立最佳转炉金属物料结构模型应用于生产实践。

1 转炉主要金属物料结构及内部价格

安钢第二炼钢厂(以下简称“安钢二炼”)转炉主要金属物料结构与内部价格见表1。

表1 安钢二炼转炉主要金属料内部核算价格与结构表

2 转炉金属物料结构优化工艺思路

通过对大量生产过程数据统计分析，找出不同转炉金属料对炼钢成本的影响关系，结合各金属料的实际供应条件，确立各金属料在炼钢金属炉料结构优化中的极值，同时计算出各金属物料的在实际炼钢生产过程中的收得率，进而建立最佳转炉金属物料结构模型，用于对低成本生产过程的指导[2]。

2.1 数据的统计

依据安钢二炼现场物流跟踪系统数据查询子系统，以炉号为检索信息，收集近两年生产过程相关数据，经过对数据的筛分、整理、清洗，汇总绘制有效数据102 643炉，进行数据分析。

2.2 铁水消耗对炼钢生产成本的影响分析

铁水作为炼钢金属物料中主要物料，占其成本的90%以上，显而易见，无论是直接降低铁水装入量，还是提高铁水收得率均可有效降低钢铁料成本。统计分析得出，铁水消耗与钢铁料成本线性关系非常显著，铁水消耗每降低1.0 kg/t可降低钢铁料成本约1.246 元/t(如图1所示)。

图1 铁水消耗与钢铁料成本对比关系

2.3 生铁消耗对炼钢生产成本的影响分析

在废钢结构中，生铁作为可以补充化学热的特殊废钢，增加生铁用量可以适当降低铁水消耗，但过多的使用不利用降低钢铁料成本。一方面生块的价效比低于铁水，另一方面增加生铁用量，必将降低自产废钢和渣钢等价效比更高的废钢用量，造成钢铁料成本升高，生铁消耗与钢铁料成本对比关系如图2所示。

图2 生铁消耗与钢铁料成本对比关系

从图2可以看出有，当生铁消耗超过50 kg/t，钢铁料成本将明显升高，因此为降低铁水消耗应将生铁消耗控制在40 kg/t～50 kg/t。

2.4 自产废钢对炼钢生产成本的影响分析

自产废钢作为废钢结构中的最优质废钢，增加其消耗量可以有效降低钢铁料成本，统计得出，自产废钢每增加1.0 kg/t可降低钢铁料成本约0.168 元/t，如图3所示。

图3 自产废钢消耗与钢铁料成本对比关系

2.5 社会废钢对炼钢生产成本的影响分析

社会废钢来源广泛，质量波动较大，适当使用对钢铁料成本影响不大，若大量使用会增加钢铁料成本。统计得出，社会废钢超过约55 kg/t后，每增加1.0 kg/t可造成钢铁料成本升高约0.728 元/t，如图4所示。

图4 社会废钢消耗与钢铁料成本对比关系

2.6 渣钢对炼钢生产成本的影响分析

炼钢用渣钢主要为转炉炉渣经过磁选后的产物，由于鼓励循环利用，价效比相对较高，因此增加渣钢消耗量可以降低钢铁料成本。统计分析得出，渣钢每增加1.0 kg/t可降低钢铁料成本约0.959 元/t(如图5所示)，但集中使用会造成转炉操作不稳，增加铁水消耗，进而造成钢铁料成本有所升高。

图5 渣钢消耗与钢铁料成本对比关系

2.7 烧结返矿对炼钢生产成本的影响分析

烧结返矿作为炼钢过程的温度调节物料，冷却效应较大，使用量大时一方面说明转炉热量富余，铁水比高，渣量大；另外一方面会造成部分烧结返矿随炉气进入烟道，成为转炉污泥不能进入钢液或是不能得到充分还原，因此大量使用烧结返矿将会影响炼钢成本。统计分析得出，烧结返矿消耗控制在15 kg/t之内为宜，若超过则每增加1.0 kg/t可造成钢铁料成本约升高0.553 元/t，如图6所示。

图6 返矿消耗与钢铁料成本对比关系图

3 最佳炉料结构模型的建立

根据以上分析，要建立以最低钢铁料成本为目标的最佳炉料结构模型，需要统计计算出转炉各金属料的收得率。

3.1 转炉各金属料的收得率的计算

1)约束条件。根据理论及生产实际数据计算，设定吸收率上下限，见表2。

2)计算结果输出。根据结构模型推算各物料收得率，见表3。

表2 转炉各类金属物料收得率约束条件对应表 / %

表3 转炉各类金属物料计算收得率对应表 / %

3)计算结果检验。通过求解计算预测的出钢量与实际出钢量对比，统计计算预测出钢量与实际出钢量的偏差，以偏差±2.0%为标准进行检验。 出钢量预测正态分布概率以及预测偏差过程能力分别如图7、图8所示。

从正态性分析得出，P=0.14>0.05,符合正态分布，Cpk=1.95≥1.33，说明数据模型建立准确，达到目标要求，可以用于大生产实践。

3.2 最低钢铁料成本预测

1)约束条件。根据物料供应情况和各物料收得率，计算物料约束条件，详细情况见表4。

2)计算结果输出。由计算结果得出适合安钢二炼的最佳钢铁料结构，详细情况见表5。

图7 出钢量预测概率图

图8 出钢量预测偏差过程能力

项目极值铁水/(kg·t-1)生铁/(kg·t-1)自产废钢/(kg·t-1)社会废钢/(kg·t-1)渣钢/(kg·t-1)烧结返矿/(kg·t-1)约束条件MAX9505030502315MIN90000005

表5 转炉最佳金属物料结构对应表

4 生产应用效果

通过对统计分析结果在生产实践中应用前后对比，分析了转炉主要金属料结构与成本的变化情况，见表6。

表6 应用前后转炉主要金属料结构与成本对比

由表6可以看出，铁水消耗由966.36 kg/tG降低到907.53 kg/tG，降低了58.83 kg/tG，增加了铁块用量，由9.91 kg/tG提高到38.86 kg/tG，返矿用量由22.79 kg/tG降低到8.27 kg/tG，降低了14.52 kg/tG，通过结构的优化，总成本降低了10.90 元/t。

5 结论

1)利用数据统计分析可以得出转炉各金属物料收得率，根据各金属物料收得率、热效应以及价格进行最低成本的物料平衡预测计算，从而指导生产优化转炉金属物料结构降成本，可降低成本10 元/t以上。

2)转炉不同金属物料对降低钢铁料的成本贡献不同并存在临界值，其中铁水消耗每降低1.0 kg/t可降低钢铁料成本约1.246 元/t，生铁消耗超过50 kg/t，钢铁料成本将明显升高，自产废钢每升高1.0 kg/t可降低钢铁料成本约0.168 元/t，社会废钢超过约55 kg/t后，每增加1.0 kg/t可造成钢铁料成本升高约0.728 元/t，渣钢消耗量每增加1.0 kg/t可降低钢铁料成本约0.959 元/t，因此优化结构有巨大潜力。

3)烧结返矿使用量过大，由于其冷却效应相对较大，严重打破了原有的热平衡，将造成炼钢成本升高，当超过12 kg/t则每增加1.0 kg/t可造成钢铁料成本约升高0.553 元/t。

[1] 王兆红. 对影响转炉钢铁料消耗的因素分析与控制[J]. 金属世界，2007(4)： 53-55.

[2] 杨凌志. 转炉炉料结构优化的研究[J].工业加热，工业加热,2011(6)： 31-35.

APPLICATION OF STATISTICAL ANALYSIS IN THE MATERIALS STRUCTURAL OPTIMIZATION OF CONVERTER

Zhang Taisheng Zhang Jiankui Yang Ji

(Anyang Iron and Steel Group Co., Ltd)

Through the statistical analysis of the effect of metallurgy production process of different metal materials in converter steelmaking and steel material cost contribution to the critical value, with the lowest production cost as the goal, the best model for improving the burden structure is established to provide scientific data for steelmaking production efficiency, and good application effect in production is achieved.

statistical analysis burden structure application

联系人：张太生，高级工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁股份有限公司第二炼钢厂安全生产技术科；

2017—3—12