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降低SPHC钢吨钢成本潜力分析探讨

李强刚，穆国生

(日照钢铁控股集团有限公司 第二炼钢厂，山东 日照 276806)

摘 要:综合日钢SPHC炼钢各工序成本现状，从转炉因素和精炼因素两个方面探讨了降低SPHC炼钢各工序吨钢成本的最大潜力，认为转炉强后吹和精炼高带渣量是日钢SPHC吨钢成本增加的制约因素。同时提出了SPHC钢降低成本的措施，预计吨钢炼钢成本较传统工艺降低50元。

关 键 词: SPHC钢;成本;潜力

1 前言

目前，国内多数转炉配备LF炉作为主要炉外精炼设施，而日本转炉炼钢厂很少配备LF炉。与日本相比，国内过分依靠LF炉势必造成炉外精炼成本升高。本文综合日照钢铁控股集团有限公司(以下简称日钢)第二炼钢厂SPHC炼钢各工序成本现状，在优化SPHC工艺基础上，探讨了转炉工序、精炼工序过程控制的降本潜力。

2 降低SPHC成本转炉因素分析

2．1 铁水预处理

有关资料表明，每减少1%的高炉渣可以降低钢铁料消耗0．5%，减少吨钢石灰加入量10～15kg，铁渣的碱度平均为0．8，远远低于转炉炉渣2．2～3．5的碱度。低碱度的铁渣进入转炉后，会增加石灰用量，同时大大增加了转炉喷溅次数，使炉渣带走了一部分热量，降低了转炉热效率，影响转炉脱磷、硫的操作。受日钢第二炼钢厂“四炉五机”生产组织模式、铁水装入量不稳定及铁水成分波动较大等因素的限制，炉机节奏紧张，铁水预处理及扒渣操作难以满足SPHC炼钢生产现状。

2．2 钢铁料消耗

在炼钢诸多的经济技术指标中，钢铁料消耗是炼钢工序中最重要的综合性经济技术指标。钢铁料消耗指标的高低一定程度上取决于工艺装备和品种结构，在生产工艺上若进行铁水预处理，则每吨钢会增加6～15kg铁水消耗［1］。2012年上半年，对日钢SPHC和Q235B钢铁料消耗进行对比，SPHC吨钢钢铁料消耗高出Q235B钢消耗约38kg。由于转炉吹炼SPHC要求低碳高温出钢，钢铁料消耗比例较Q235B钢大幅度提高，这是日钢SPHC钢铁料消耗较高的主要原因。

针对日钢SPHC钢铁料消耗较高的现状，分析了2012年上半年SPHC钢各月份钢铁料消耗指标，日钢SPHC铁水成分见表1，SPHC钢铁料消耗指标折合量见表2。

由表1可知，SPHC铁水质量情况及各月份含铁率。应用到表2中可计算，2月份钢铁料折合全铁较1月份增加(1092．6－1103．9)/94．15%=－12．00(kg/t)，以此类推，可计算出2012年上半年钢铁料消耗吨钢最大可降低12．00kg/t，最高可增加8．58kg/t。上半年日钢第二炼钢厂对SPHC采取钢铁料消耗进行攻关，6月份钢铁料消耗为1095．6kg/t，折合全铁1089．1kg/t为最低，按2012年上半年钢铁折合全铁为1097．6kg/t计算，可知上半年钢铁料降本潜力为(1097．6－1089．1)/94．96% =8．95(kg)，按吨钢计划单价3元/kg计算，钢铁料吨钢折合约26．85元，说明日钢SPHC吨钢钢铁料降本潜力较大。

2．3 转炉终点控制

2．3．1 转炉强后吹影响

由于SPHC钢属低碳低硅系列钢种，转炉补吹后含碳量较低，使渣中氧化铁增加; 同时碳含量较低时脱碳速度已很小，锰开始控制金属氧化性，补吹后温度升高，将减弱锰的控制作用，增强渣中氧化铁向金属中的传质，这样钢液中过剩氧就明显升高。针对以上情况，对日钢2012年上半年SPHC倒炉C(%)至氩站C(%)进行了统计整理，见图1。

由图1可看出，2012年上半年SPHC倒炉C(%)－氩站C(%)在0．006%附近，反映出钢水到氩站时过氧化严重，倒炉C(%)集中在0．042%～0．051%，根据日钢SPHC工艺调整要求，保证转炉一倒率及倒炉温度条件下，转炉拉碳具备稳定在0．055%～0．065%的条件。

在满足精炼工序高温脱硫、减少增碳的基础上，转炉冶炼SPHC钢最多有0．015%的拉碳空间。对日钢120t顶底复吹转炉，提高转炉拉碳0．01%，将减少出钢氧含量约150 ppm，避免连铸机水口结瘤物，减少脱氧剂吨钢消耗0．25kg。按日钢SPHC钢目前0．015%最大拉碳空间计算，节省脱氧剂吨钢折合约4．13元。因此，提高SPHC的转炉一倒率是提高各项工艺指标的重要条件。

2．3．2 高带渣量影响

转炉出钢下渣时，炉渣受钢流的混冲乳化起到了充分氧化钢液(消耗脱氧剂和铁合金)的作用。运输到精炼的过程中对钢包中钢液起到长时间的氧化作用，使钢成分、脱氧元素不断变化。

对日钢120t转炉来说，出钢过程如挡渣未成功，导致出钢过程卷渣，则有1～2t氧化性钢渣进入钢包内，精炼过程回磷质量分数为0．005%～0．006%。对SPHC钢，在精炼强还原性气氛下，转炉炉渣中磷、硅会被还原出来进入钢水中，使钢中磷、硅含量增加。因此，对精炼过程回磷≥0．004%视为转炉下渣的炉数进行统计整理，日钢SPHC转炉炉渣成分平均值见表3，日钢2012年上半年SPHC钢回磷率如图2所示。

由图2可看出，2012年上半年SPHC钢回磷率4月份最高为17．3%，1月份最低为4．7%，上半年平均为12．0%，说明SPHC转炉出钢过程中下渣炉次较多，进而回磷率升高。由表3可知，SPHC转炉炉渣平均值中含有17．31%(TFe)较高含量，钢水精炼造还原渣过程中会消耗大量的脱氧剂，钢水极易发生回硅和回磷现象，导致钢水成分超差造成废品。

以铝粒为例，根据反应方程式3FeO+2Al=3Fe+Al2O3，根据图2中回磷情况，可推算出最大下渣量为2t，吨钢消耗铝脱氧剂为2000×17．31%/120×(2×27)/(3×62)=0．84(kg)，按日钢SPHC最大降本潜力计算，吨钢节省铝脱氧剂13．31元。

3 降低SPHC成本精炼因素分析

通过以上分析，转炉强后吹和高带渣量是目前日钢SPHC吨钢成本增加的制约因素，直接影响精炼工序吨钢电和电极消耗。

3．1 精炼电耗

对日钢SPHC工艺现状，普遍存在着精炼温度低或压钢时间长现象，导致加热时间延长，造成电耗和电极消耗增大。各炉次钢水到站温度波动较大，其中一部分是由于压钢时间长，另一部分则是因为转炉出钢温度低所致。针对日钢SPHC工艺现状，分析了日钢SPHC吨钢电耗与通电时间变化关系(见图3)，日钢SPHC精炼开始温度占SPHC总额比例见图4。

由图3可以看出，日钢SPHC钢随着精炼开始温度升高，通电时间逐渐递减，同时吨钢电耗也逐渐递减。由图4可看出，综合2012年上半年日钢SPHC精炼开始温度主要集中在≤1530℃区域，而≤1540℃占总额62．80%。按精炼开始温度1530～1540℃，吨钢电耗43．2kW·h/t计算，要达到精炼开始温度＞1570℃，吨钢电耗可降低(43．2－30．7)=12．5kW·h，按日钢SPHC最大降本潜力计算，日钢SPHC吨钢电耗具备6．25元的降本空间。减少通电时间，一定程度降低了SPHC因增碳增硅造成的改判机率;减少通电时间，精炼过程保证埋弧效果，减少过程吸氮吸氧量。

3．2 精炼电极消耗

“四炉五机”生产组织模式、钢水到站温度及压钢时间、钢包包况及过程温降、吨钢渣量、精炼过程的埋弧效果等是影响电极消耗的主要因素。由图 4看出，精炼开始温度低是影响吨钢电极消耗的直接因素，造成SPHC钢精炼通电时间延长。

由3．1可知，吨钢电耗最大降本空间12．5kW·h，按2012年上半年吨钢电极单耗0．32kg，单耗/电极消耗为8．002g/kW·h。即8．002g/kW·h×12．5kW·h/t =100．3g/t。按日钢SPHC最大降本潜力计算，吨钢可节省电极费用2．65元。

3．3 精炼吨钢渣量

LF炉利用泡沫渣埋弧操作，减少了对钢包和炉盖耐火材料的辐射损失，可以实现长弧操作，电弧稳定，电能输入最佳，电极消耗降低，同时可以避免电极增碳。渣层越厚，从渣表面损失的热量就少，渣层大于50mm，不同的渣层厚度对渣表面的热损失基本相同，引起钢水温降最小，所以从减少热损失方面，有必要保证大于50mm的渣层厚度［2］。对低碳低硅 SPHC 钢而言，为防止精炼过程中钢水增碳，电弧长度不能太短。应根据精炼造渣情况，如精炼渣的发泡情况、炉渣可能达到的厚度等，作为确定最大二次电压的依据。最为保证精炼过程中的埋弧效果，至少95mm才能埋住电弧。渣量=L电弧×S钢包×ρ渣=0．095×3．14×(3．176/2)2×2．6×103=1955．8(kg)，按日钢120t出钢量计算，SPHC钢保证吨钢渣量16．3kg，可满足SPHC精炼工艺要求。2012年上半年SPHC吨钢渣量，见图5。

由图5可知，日钢SPHC吨钢渣量平均12．1kg，与SPHC应满足吨钢渣量16．3kg比较差渣量4．2kg。按石灰、萤石配比3∶1的单价计算，增加吨钢成本2．92元。从以前研究者的工作来看，精炼渣埋弧效果，其影响因素是渣密度、黏度、表面张力等。其性能对于熔渣泡沫化性能的影响相当复杂，这是由于炉渣成分对熔渣物理性能影响的复杂性而造成的。因此，熔渣泡沫化行为需进一步探讨论证。

4 结语

综上所述，通过对SPHC炼钢各工序吨钢最大降本潜力进行分析，要达到吨钢成本低于传统工艺约50元，应从以下5个方面攻关。

(1) 减少炼钢过程吹损，优化目前转炉各项指标基础上满足8．95kg的降低空间。

(2) 提高转炉终点碳控制，SPHC具备0．015%最大拉碳空间，吨钢可降低铝脱氧剂0．25kg。

(3) 减少转炉出钢带渣量，吨钢可降低脱氧剂0．84kg。

(4) 转炉强后吹和高带渣量是SPHC吨钢成本增加的制约因素，直接影响精炼工序吨钢电耗12．5kW·h和吨钢电极消耗0．32kg。

(5) 精炼工序应增加吨钢渣量4．2kg，可满足目前SPHC钢精炼工艺要求。

参 考 文 献

［1］   宋超，杨兆林．优化转炉钢铁料消耗指标的探讨［J］．安徽冶金，2009:12．

［2］   成国光，萧忠敏，姜周华，等． 新编钢水精炼暨铁水预处理1500问［M］．北京:中国科学技术出版社，2007．