基于網(wǎng)絡(luò)煉鋼下管線鋼的成本控制研究

鄭雪梅，馬愛元*，袁 杰，李 松，朱 山

（六盤水師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 六盤水 553004）

在線鋼鐵大學(xué)（steeluniversity.org）是由國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)發(fā)起成立、英國(guó)利物浦大學(xué)協(xié)辦，集理論與實(shí)踐為一體的網(wǎng)站。目前，網(wǎng)站包含13個(gè)模擬系統(tǒng)，集合了鋼材從原料到生產(chǎn)，再到成品檢測(cè)的全過程，涵蓋了鋼鐵廠生產(chǎn)過程的安全隱患識(shí)別以及如何正確應(yīng)對(duì)等內(nèi)容，為在校學(xué)生提供了很好的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)，加深學(xué)生對(duì)鋼鐵冶煉的理解。另外，對(duì)于鋼鐵廠的新員工培訓(xùn)來(lái)說(shuō)也是非常好的平臺(tái)。該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)每年還會(huì)舉辦“模擬煉鋼挑戰(zhàn)賽”，參賽者在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，冶煉出滿足生產(chǎn)要求的合格產(chǎn)品，成本最低的隊(duì)伍獲勝。在模擬煉鋼挑戰(zhàn)賽的影響下，該平臺(tái)受到很多企業(yè)和高校的青睞[1，2]。

冶煉生產(chǎn)過程中，除了固定的原料成本外，其他成本都是可以在冶煉的過程中調(diào)節(jié)的。本文即通過“鋼鐵大學(xué)”網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，研究在冶煉合格管線鋼的過程中，鐵水溫度、鐵水加入量以及廢鋼加入量等因素對(duì)噸鋼成本的影響規(guī)律，為實(shí)際生產(chǎn)管線鋼和模擬煉鋼挑戰(zhàn)賽提供一定的理論參考。

1 原輔料成本及出鋼要求

在線鋼鐵大學(xué)“Basic Oxygen Steelmaking”模塊提供的原輔料成本如表1所示。本次研究考慮輕型廢鋼和重型廢鋼成分一致而后者較前者成本稍低，在添加廢鋼時(shí)只選擇重型廢鋼。

鋼鐵大學(xué)網(wǎng)站對(duì)于管線鋼冶煉要求的出鋼主要成分及終點(diǎn)控制參數(shù)分別如表2和表3所示。

表2 管線鋼出鋼成分要求

表3 管線鋼終點(diǎn)控制要求

1.1 鐵水加入量對(duì)噸鋼成本的影響

固定重型廢鋼加入量（16000 kg）、石灰加入量（2000 kg）、白云石加入量（2000 kg）、鐵水初始溫度（1400℃）不變，取60爐次成功冶煉的數(shù)據(jù)得出鐵水加入量與噸鋼成本關(guān)系見圖1，鐵水加入量與出鋼量關(guān)系見圖2，進(jìn)行線性擬合回歸分析，可以看出噸鋼成本與鐵水加入量呈正相關(guān)，且隨鐵水加入量的增加，出鋼量也越大。每增加2t鐵水，出鋼量就會(huì)增加1-2t左右。但在操作中發(fā)現(xiàn)，如果為了出鋼量而不斷增加鐵水加入量，會(huì)使得終點(diǎn)溫度不好控制，這在一定程度上加大了操作的難度。從模擬操作情況來(lái)看，鐵水加入量為260 t時(shí)，出鋼溫度相對(duì)來(lái)說(shuō)較好控制，成功率較高。

圖1 鐵水加入量與噸鋼成本關(guān)系

圖2鐵水加入量與出鋼量關(guān)系

1.2 鐵水初始溫度對(duì)噸鋼成本的影響

固定鐵水（260 t）、重型廢鋼（16000 kg）、石灰（2000 kg）、白云石（2000 kg）的加入量不變，從百余次模擬操作的結(jié)果來(lái)看，鐵水初始溫度需設(shè)定為1310℃～1400℃之間，取成功冶煉50爐次的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖3所示。經(jīng)線性擬合后可見，隨鐵水初始溫度的增加，噸鋼成本呈下降趨勢(shì)。這是由于為了達(dá)到出鋼溫度要求，鐵水初始溫度越低，耗氧量也就隨之增加，導(dǎo)致成本增加。

需要說(shuō)明的是，該組實(shí)驗(yàn)的氧流量需要根據(jù)鐵水初始溫度來(lái)調(diào)節(jié)大小，不符合單一變量原則，但結(jié)合操作和成本，設(shè)定鐵水初始溫度為1350℃時(shí)，比較容易得到低成本的管線鋼。

圖3 鐵水初始溫度與噸鋼成本關(guān)系

1.3 廢鋼加入量的影響

本組實(shí)驗(yàn)是改變重型廢鋼加入量(13000kg～18000 kg之間)，鐵水加入量、石灰、白云石的添加量同上，氧槍位置固定，氧流量變化相同，取成功冶煉60爐次得數(shù)據(jù)，分析重型廢鋼對(duì)噸鋼成本的影響，并進(jìn)行線性擬合，如圖4所示。

圖4 重型廢鋼加入量與噸鋼成本關(guān)系

從擬合趨勢(shì)看，重型廢鋼加入越多，噸鋼成本也就越低，但當(dāng)廢鋼加入量超過18000kg時(shí)，最終鋼液成份就會(huì)出現(xiàn)Mo元素超標(biāo)的情況，從而導(dǎo)致鋼液成份不合格，冶煉失敗，因而其加入量必須小于等于18000 kg。

重型廢鋼加入量與出鋼量關(guān)系如圖5所示，隨著廢鋼加入量的增加，出鋼量有小幅增加。但在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)廢鋼加入量超16000 kg后，會(huì)出現(xiàn)渣的堿度和FeO不好操控的問題，因而不宜選擇過高的廢鋼加入量。

圖5 重型廢鋼加入量與出鋼量關(guān)系

2 結(jié)論

本次研究基于“鋼鐵大學(xué)”網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的堿性氧氣煉鋼模擬系統(tǒng)，以管線鋼為研究對(duì)象，通過固定配料條件下分別改變鐵水加入量、鐵水初始溫度和廢鋼加入量，成功冶煉了共170爐次，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到各因素對(duì)于噸鋼成本的影響規(guī)律，得到了以下結(jié)論：

（1）噸鋼成本與鐵水加入量呈正相關(guān)，鐵水加入量的增加，出鋼量也越大。

（2）鐵水初始溫度較低時(shí)，需要較高得耗氧量，增加噸鋼成本；但溫度較高，會(huì)延長(zhǎng)冶煉時(shí)間，不利于降低成本。鐵水初始溫度設(shè)定為1350℃最佳。

（3）增加廢鋼加入量，有利于降低噸鋼成本超過18000 kg就會(huì)出現(xiàn)Mo元素超標(biāo)的情況。