降低炼钢钢铁料消耗的生产实践

王立杰

（河钢集团唐山钢铁集团有限责任公司，河北，063016）

0 引言

钢铁料消耗是衡量炼钢生产最重要、最关键的一项综合性的经济技术指标，它与原材料条件、设备状况和操作水平有直接关系[1，2]。钢铁料成本占炼钢总成本的80%以上[3]，降低钢铁料消耗，意味着原料投入减少，成本和能耗降低，具有明显的经济效益。因此抓好钢铁料消耗是控制炼钢成本的关键，同时也是衡量一个炼钢厂竞争力和管理水平的重要标志[4-7]。

2019年上半年，唐山不锈钢有限公司炼钢钢铁料消耗控制在1 080 kg/t左右，和国内先进企业对比存在较大差距。对此，本文对转炉钢铁料消耗高的影响因素进行了分析，提出了降低钢铁料消耗的改进措施，2020年至今炼钢钢铁料消耗降低至1 045 kg/t，钢铁料降耗工作取得了初步成效。

1 影响转炉钢铁料消耗的因素分析

影响转炉钢铁料消耗的因素是多样的，本文结合唐山不锈钢公司炼钢生产实际，认为转炉钢铁料消耗高的原因主要包括以下几个方面：

（1）转炉冶炼辅料质量的影响。辅料质量差，用量多，造成转炉渣量大，炉渣带走的铁量高。

（2）铁水带渣量影响。铁水包带渣量大，兑入转炉的铁渣就多。一是造成转炉渣量大，二是由于铁渣碱度低，又会造成转炉造渣材料的增加。

（3）转炉冶炼操作水平的影响。控制好转炉留渣操作，可有效降低转炉造渣材料的消耗，降低转炉渣量，降低钢铁料消耗。

（4）转炉冶炼终渣氧化性的影响。降低转炉冶炼终渣氧化度，可有效提高钢铁料回收率。

（5）转炉冶炼循环料回收使用水平的影响。提高转炉工序自循环料的使用水平，可有效降低钢铁料消耗。

（6）连铸工序操作的影响。提高连铸机连浇时间、炉次，减少火焰切割缝隙，可有效提高钢铁料回收率。

2 降低钢铁料消耗的措施

钢铁料消耗是转炉装入量与合格钢坯产量之比。全部钢铁料消耗主要有转炉钢铁料消耗和连铸钢铁料消耗构成，前者是装入量与转炉合格钢水之比，后者是连铸合格钢水与合格坯产量之比。

以物质守恒原理为基础，分析炼钢全流程钢铁料消耗的构成及影响因素。通过推行提高转炉辅料质量、减少铁水带渣量、强化转炉留渣操作频次、废弃物与循环料有效利用、降低终渣全铁含量、减少转炉剩钢水、提高中包连浇炉数、减少大包剩水、浇余钢回吃、减少连铸坯割缝损失等工艺技术研究，有效减少各工序金属Fe损失，提高金属利用率。

2.1 减少辅料消耗使用量，降低转炉渣量

2019年下半年唐山不锈钢公司转炉石灰消耗完成51.2 kg/t，轻烧白云石消耗完成28.2 kg/t（见图1），较国内同行业转炉辅料消耗水平有差距，因此，针对转炉辅料消耗高的问题制定了以下改进措施：

图1 2019年下半年炼钢工序辅料消耗情况

2.1.1 提高石灰、轻烧白云石料质量

炼钢石灰、轻烧白云石质量指标主要包括有效CaO、MgO含量、硫含量、灼减、活性度、杂质含量等。石灰、轻烧白云石料质量直接关系到炼钢的成渣速度、能源消耗、冶炼时间、钢水收得率、脱硫效率、辅料消耗、和炉衬寿命等指标。为此，炼钢厂制定了定期对炼钢辅料进行抽查的管理制度，确保入炉辅料质量。

2.1.2 引进铁水聚渣剂，提高铁水除渣效果

引进铁水聚渣剂后，可以缩短铁水捞渣时间、提高铁水捞渣效率，铁水捞渣亮面由70%提高至85%，可有效降低入炉铁水带渣量，降低转炉冶炼石灰消耗。

2.1.3 通过理论测算，优化分钢种碱度控制

计算出不同温度下CaO-SiO2-FeO渣系的理论脱磷能力，并与实际脱磷情况进行对比，修正理论计算模型。根据不同钢种的终点温度、磷含量的要求，在综合考虑炉衬侵蚀的情况下，建立了不同钢种的碱度控制目标，降低了炉渣碱度过剩和渣量过大现象。优化前后的目标转炉渣碱度的对比情况见图2所示。

图2 目标转炉渣碱度的对比情况

转炉执行动态碱度控制，以往碱度模型考虑低硅铁水渣量小，对脱磷效果及终点温度影响较大，因此低硅铁水碱度设定偏高。根据目前转炉实际情况，例如废钢结构以渣钢为主，以及留渣操作等，可以对碱度模型进行优化控制，整体碱度降低0.4，低硅铁水碱度下调0.5。

2.1.4 强化转炉留渣操作

建立转炉留渣操作计算机模型，实现留渣操作自动冶炼。不锈钢公司炼钢留渣研究与应用项目，从2019年9月份开始进行实验测试，通过几个月的不断优化，2020年1月份建立了6套转炉留渣模型，实现转炉留渣工艺逐步推广与应用，实现二级系统自动计算与一级系统自动加料。二级系统留渣模型开发如表1所示。

表1 自动化炼钢新建留渣模型

留渣操作原则：由于留渣、双渣操作对生产节奏影响较大，需结合现场生产节奏进行规范。铁水Si含量低于0.50%可全部留渣操作；铁水Si含量0.50～0.75%，由于渣量大冶炼过程易发生喷溅，在节奏允许的情况下可以执行留渣+双渣操作，如果节奏不允许则不进行留渣操作；铁水Si≥0.75%时，不允许执行留渣操作，执行双渣操作。

通过以上措施，转炉平均碱度降低了0.4，石灰消耗降低了26 kg/t，轻烧白云石消耗降低了15 kg/t，渣量降低50 kg/t以上，钢铁料消耗可降低了9 kg/t以上。

2.2 改善转炉底吹效果

对转炉底吹系统进行优化、改进强化转炉底吹效果，降低转炉终渣全铁。

（1）大修期间对底吹效果进行保压试验，确保底吹系统稳定运行。

（2）对转炉底眼分布进行重新布置（见图3），优化熔池流场。

图3 转炉底吹位置的优化

（3）重新计算转炉底吹系统最低压力，调节旁通流量，确保底吹元件不堵塞。底吹元件最低压强=ρg h+大气压=7.8 g/cm3×9.8 N/kg×120 cm+0.1 Mpa=0.19 Mpa，因此吹炼时底吹压力应≥0.19 Mpa以上才能保证不堵塞。

（4）定期测量炉底厚度（见图4），防止因炉底侵蚀严重底吹系统关闭。

图4 转炉测厚数据跟踪

通过以上措施，转炉底吹效果明显改善，转炉终渣全铁由20.71%降低至17.87%，降低钢铁料消耗3.6 kg/t。

2.3 提高含铁循环料使用量

（1）对炼铁、炼钢所有污泥、除尘灰等含铁循环料的含铁量进行化验，要求TFe＞40%的循环料全部进入转炉使用，降低钢铁料消耗。使用方式有：加工成球入炉和直接入炉。

（2）将炼钢产生的铁包包沿、钢包包沿、连铸机铸余、炉嘴渣等含铁料进行入炉使用。

2.4 提高连铸机连浇时间和连浇炉次

因炼钢3号转炉主要以冶炼品种钢为主，要对连铸机在线调宽次数进行攻关。通过对现场管理、工艺优化以及设备功能精度进行改进提升，单浇次在线调宽次数由7～8次提高至162次，单浇次在线调宽次数实现了国内先进水平，有效提高了铸机连浇时间和连浇炉次，降低了连铸机因拉下产生的坯头、坯尾和中间包余钢。

2.5 减少连铸坯切割缝，提高铸坯收得率

对连铸在线火焰切割机割枪进行优化改进，连铸坯切割缝隙由8 mm降低至3～4 mm，降低钢铁料损耗0.34 kg/t。

3 结语

唐山不锈钢有限公司从自身的实际情况出发，经过全面的梳理和分析，找出了影响企业钢铁料消耗的主要原因，并制定了降低钢铁料消耗的相应措施。通过降低转炉冶炼渣量、降低转炉终渣全铁含量、提高含铁循环料使用量、提高铸机连浇炉次和减少铸坯切损等措施的严格实施，钢铁料消耗从原来的1 080 kg/t降低到1 045 kg/t，取得了良好的经济效益。