CN110205419A - 一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算方法及系统。本发明提供的高炉添加废钢冶炼节约成本的计算方法及系统，充分考虑了废钢成分对废钢熔化过程以及渗碳量的影响，基于高炉冶炼过程机理，结合焦炭价格、废钢价格、炉缸铁水成分、出铁温度、铁水价格、铁水增加量等因素，能够科学合理地计算出高炉添加废钢冶炼节约的成本，为高炉添加废钢冶炼后分析经济效益提供合理方法，指导高炉操作者选择经济的废钢原料。同时，本发明可根据不同高炉冶炼的实际情况进行计算，得到适用于不同高炉的添加废钢冶炼节约成本，其适用范围广泛。

Description

一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算方法及系统
技术领域
本发明涉及高炉冶炼技术领域，特别是涉及一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算方法及系统。
背景技术
随着高炉大型化、精细化进程的加快，节能减排已经成为绿色高效炼铁的唯一出路。近年来，废钢存储量快速增长、废钢的循环利用率逐步上升，将废钢加入高炉中进行冶炼是炼铁节能减排的有效措施之一。
废钢作为含铁原料加入高炉中冶炼，不仅可以降低高炉焦比，还能降低高炉二氧化碳的排放量。有学者建议将高炉现行“烧结矿+球团矿+块矿”的三元炉料结构转变为“烧结矿+球团矿+块矿+废钢”的四元炉料结构。然而，废钢加入高炉后，原燃料条件、高炉操作参数变化较大，经济效益分析难度大。
对于高炉添加废钢冶炼节约成本计算，现有的方法都是基于某座高炉添加废钢的实践经验建立的，没有从高炉冶炼废钢的基础理论角度出发进行计算，计算方法的通用性较差。且在计算时未考虑废钢的成分、熔点、铁水成分等实际因素对成本的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算方法及系统，能够科学合理地计算出高炉添加废钢冶炼后节约的成本。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算方法，所述方法包括：
获取废钢添加量、废钢碳含量、废钢比热和炉缸铁水碳含量；
根据所述废钢碳含量确定废钢熔点；
根据炉缸铁水碳含量、废钢碳含量、废钢添加量和焦炭的平均碳含量确定渗碳消耗焦炭质量；
根据废钢比热、废钢添加量、废钢熔点、室温、废钢熔化热、废钢液的比热和炉缸出铁温度确定冶炼废钢消耗的热量；
根据高炉的热效率和冶炼废钢消耗的热量确定耗热消耗焦炭质量；
根据渗碳消耗焦炭质量和耗热消耗焦炭质量确定冶炼废钢消耗焦炭量；
根据所述冶炼废钢消耗焦炭量和高炉焦比确定吨铁加入一千克废钢可节约的焦比；
根据吨铁废钢添加量、吨铁加入一千克废钢可节约的焦比、废钢价格、焦炭价格、铁水增量和铁水价格确定高炉添加废钢冶炼后吨铁节约成本。
一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算系统，所述系统包括：
数据获取模块，用于获取废钢添加量、废钢碳含量、废钢比热和炉缸铁水碳含量；
废钢熔点确定模块，用于根据所述废钢碳含量确定废钢熔点；
渗碳消耗焦炭量确定模块，用于根据炉缸铁水碳含量、废钢碳含量、废钢添加量和焦炭的平均碳含量确定渗碳消耗焦炭质量；
冶炼废钢热量确定模块，用于根据废钢比热、废钢添加量、废钢熔点、室温、废钢熔化热、废钢液的比热和炉缸出铁温度确定冶炼废钢消耗的热量；
耗热消耗焦炭量确定模块，用于根据高炉的热效率和冶炼废钢消耗的热量确定耗热消耗焦炭质量；
冶炼废钢消耗焦炭量确定模块，用于根据渗碳消耗焦炭质量和耗热消耗焦炭质量确定冶炼废钢消耗焦炭量；
节约焦比确定模块，用于根据所述冶炼废钢消耗焦炭量和高炉焦比确定吨铁加入一千克废钢可节约的焦比；
节约成本确定模块，用于根据吨铁废钢添加量、吨铁加入一千克废钢可节约的焦比、废钢价格、焦炭价格、铁水增量和铁水价格确定高炉添加废钢冶炼后吨铁节约成本。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的高炉添加废钢冶炼节约成本的计算方法及系统，充分考虑了废钢成分对废钢熔化过程以及渗碳量的影响，基于高炉冶炼过程机理，结合焦炭价格、废钢价格、炉缸铁水成分、出铁温度、铁水价格、铁水增加量等因素，能够科学合理地计算出高炉添加废钢冶炼节约的成本，为高炉添加废钢冶炼后分析经济效益提供合理方法，指导高炉操作者选择经济的废钢原料。同时，本发明可根据不同高炉冶炼的实际情况进行计算，得到适用于不同高炉的添加废钢冶炼节约成本，其适用范围广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算方法的结构框图；
图3为本发明实施例提供的一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算方法的具体实施流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算方法及系统，能够科学合理地计算出高炉添加废钢冶炼后节约的成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算方法的流程图。如图1所示，所述方法包括：
步骤101：获取废钢添加量、废钢碳含量、废钢比热和炉缸铁水碳含量。
步骤102：根据所述废钢碳含量确定废钢熔点。
步骤103：根据炉缸铁水碳含量、废钢碳含量、废钢添加量和焦炭的平均碳含量确定渗碳消耗焦炭质量。
步骤104：根据废钢比热、废钢添加量、废钢熔点、室温、废钢熔化热、废钢液的比热和炉缸出铁温度确定冶炼废钢消耗的热量。
步骤105：根据高炉的热效率和冶炼废钢消耗的热量确定耗热消耗焦炭质量。
步骤106：根据渗碳消耗焦炭质量和耗热消耗焦炭质量确定冶炼废钢消耗焦炭量。
步骤107：根据所述冶炼废钢消耗焦炭量和高炉焦比确定吨铁加入一千克废钢可节约的焦比。
步骤108：根据吨铁废钢添加量、吨铁加入一千克废钢可节约的焦比、废钢价格、焦炭价格、铁水增量和铁水价格确定高炉添加废钢冶炼后吨铁节约成本。
图2为本发明实施例提供的一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算系统的结构框图。如图2所示，所述系统包括：
数据获取模块201，用于获取废钢添加量、废钢碳含量、废钢比热和炉缸铁水碳含量；
废钢熔点确定模块202，用于根据所述废钢碳含量确定废钢熔点；
渗碳消耗焦炭量确定模块203，用于根据炉缸铁水碳含量、废钢碳含量、废钢添加量和焦炭的平均碳含量确定渗碳消耗焦炭质量；
冶炼废钢热量确定模块204，用于根据废钢比热、废钢添加量、废钢熔点、室温、废钢熔化热、废钢液的比热和炉缸出铁温度确定冶炼废钢消耗的热量；
耗热消耗焦炭量确定模块205，用于根据高炉的热效率和冶炼废钢消耗的热量确定耗热消耗焦炭质量；
冶炼废钢消耗焦炭量确定模块206，用于根据渗碳消耗焦炭质量和耗热消耗焦炭质量确定冶炼废钢消耗焦炭量；
节约焦比确定模块207，用于根据所述冶炼废钢消耗焦炭量和高炉焦比确定吨铁加入一千克废钢可节约的焦比；
节约成本确定模块208，用于根据吨铁废钢添加量、吨铁加入一千克废钢可节约的焦比、废钢价格、焦炭价格、铁水增量和铁水价格确定高炉添加废钢冶炼后吨铁节约成本。
图3为本发明实施例提供的一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算方法的具体实施流程图，具体实施步骤如下：
1、选取一座添加废钢冶炼的高炉，其中添加的废钢碳含量、废钢价格及由公式(1)计算出的废钢熔点如表1所示。
TL＝1538-65(C)-6 (1)
其中：TL为废钢熔点，单位为℃；(C)为废钢碳含量，单位是％，(C)<1.0％。
表1高炉添加废钢基本情况
2、已知该高炉炉缸的铁水碳含量为4.5％，结合废钢碳含量，由公式(2)计算出冶炼一吨废钢渗碳需消耗焦炭43.53kg。
mC＝([C]HM-(C))×m÷(C)coke (2)
其中，mC为渗碳消耗焦炭质量，kg；[C]HM为炉缸铁水碳含量，单位为％；m为废钢添加量，单位是kg；(C)coke为焦炭的平均碳含量，本实施例为85％。
3、已知该高炉炉缸出铁温度为1550℃，结合废钢的熔化过程，由公式(3)和公式(4)可计算出冶炼一吨废钢消耗的热量，如表2所示。
冶炼废钢消耗的热量，包括固体废钢加热到熔点消耗热量、废钢固液熔化过程消耗热量和液态的废钢液升温至出铁温度消耗热量：
Q＝Q1+Q2+Q3 (3)
其中：Q为高炉冶炼废钢消耗的热量，单位为kJ；Q1为将固体废钢加热到熔点消耗热量，单位为kJ；Q2为废钢固液熔化过程消耗热量，单位为kJ；Q3为液态升温至出铁温度消耗热量，单位为kJ。
Q＝Q1+Q2+Q3＝C1m(TL-TC)+CSm+C2m(THM-TL) (4)
其中：C1为固体废钢的比热，C1＝0.7kJ/(kg·℃)；m为废钢添加量，单位是kg；TC为室温，本实施为25℃；CS为废钢熔化热，CS＝272kJ/kg；C2为废钢液的比热，C2＝0.837kJ/(kg·℃)；THM为炉缸出铁温度，单位为℃。
表2高炉冶炼一吨废钢消耗热量
4、冶炼废钢消耗的热量由焦炭燃烧生成的CO和CO2提供，利用公式(5)和公式(6)可计算出冶炼废钢消耗的热量所需焦炭的质量，即耗热消耗焦炭质量。
冶炼废钢消耗的热量由焦炭燃烧生成的CO和CO2提供，燃烧生成CO和CO2的比例按照直接还原和间接还原的比例0.47:0.53计算，高炉的热效率按照85％计算，由此可计算耗热所需焦炭的质量为65.53kg。
C(s)+O2(g)＝CO2(g)ΔG＝-396kJ/mol (5)
C(s)+1/2O2(g)＝CO(g)ΔG＝-281kJ/mol (6)
5、根据公式(7)计算冶炼一吨废钢消耗焦炭的总质量为：
mt＝mC+mQ＝43.53kg+65.53kg＝109.06kg (7)
其中：mt为冶炼一吨废钢消耗焦炭总质量，单位是kg；mC为冶炼一吨废钢渗碳消耗焦炭质量，单位为kg；mQ为步骤4计算出来的冶炼一吨废钢耗热消耗焦炭质量，单位为kg，计算数据如表3所示。
表3高炉冶炼一吨废钢消耗焦炭质量
已知该高炉的焦比为380kg/t，根据公式(8)可计算出冶炼一吨废钢可节约的焦比：
其中：为冶炼一吨废钢可节约的焦比，单位为kg/t；C为高炉焦比，单位为kg/t。
进一步，可根据公式(9)计算吨铁加入一千克废钢可节约的焦比：
Csave＝(C-mt)/1000＝0.2709kg/t (9)
其中：Csave为吨铁加入一千克废钢可节约的焦比，单位为kg/t。
6、已知该高炉使用的焦炭价格为1717元/t，铁水价格为1900元/t。基于吨铁废钢加入量、吨铁加入一千克废钢可节约的焦比、废钢的价格和增加的铁水产量，由公式(10)计算高炉添加废钢冶炼吨铁节约成本。不同废钢添加量时吨铁可节约的成本如表4所示。
P＝m×Csave×Pcoke/1000-m×Pscrap/1000+mHM×PHM/1000 (10)
其中：P为高炉添加废钢冶炼后吨铁节约成本，单位为元/t；m为吨铁废钢添加量，单位为kg；Csave为吨铁加入1kg废钢可节约的焦比，单位为kg/t；Pcoke为焦炭的价格，单位为元/t；Pscrap为废钢的价格，单位为元/t；mHM为增加的铁水产量，单位为kg，本实施例中铁水增产量为50％，即mHM＝m×0.5；PHM为铁水的价格，单位为元/t。
表4不同废钢添加量时吨铁可节约的成本
本发明考虑了废钢成分对废钢熔化过程以及渗碳量的影响，基于高炉冶炼过程机理，结合炉缸铁水成分、出铁温度等高炉冶炼实际情况建立科学合理的计算模型，能够精确计算出冶炼废钢需要消耗的焦炭量。进一步地，本发明还综合焦炭价格、废钢价格、铁水价格和铁水增加产量等因素计算出添加废钢后能够节约的成本，为高炉添加废钢冶炼后分析经济效益提供合理方法，指导高炉操作者选择经济的废钢原料，能够适用于不同高炉的添加废钢冶炼分析，其适用范围广泛。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算方法，其特征在于，所述方法包括：
获取废钢添加量、废钢碳含量、废钢比热和炉缸铁水碳含量；
根据所述废钢碳含量确定废钢熔点；
根据炉缸铁水碳含量、废钢碳含量、废钢添加量和焦炭的平均碳含量确定渗碳消耗焦炭质量；
根据废钢比热、废钢添加量、废钢熔点、室温、废钢熔化热、废钢液的比热和炉缸出铁温度确定冶炼废钢消耗的热量；
根据高炉的热效率和冶炼废钢消耗的热量确定耗热消耗焦炭质量；
根据渗碳消耗焦炭质量和耗热消耗焦炭质量确定冶炼废钢消耗焦炭量；
根据所述冶炼废钢消耗焦炭量和高炉焦比确定吨铁加入一千克废钢可节约的焦比；
根据吨铁废钢添加量、吨铁加入一千克废钢可节约的焦比、废钢价格、焦炭价格、铁水增量和铁水价格确定高炉添加废钢冶炼后吨铁节约成本。
2.一种高炉添加废钢冶炼节约成本的计算系统，其特征在于，所述系统包括：
数据获取模块，用于获取废钢添加量、废钢碳含量、废钢比热和炉缸铁水碳含量；
废钢熔点确定模块，用于根据所述废钢碳含量确定废钢熔点；
渗碳消耗焦炭量确定模块，用于根据炉缸铁水碳含量、废钢碳含量、废钢添加量和焦炭的平均碳含量确定渗碳消耗焦炭质量；
冶炼废钢热量确定模块，用于根据废钢比热、废钢添加量、废钢熔点、室温、废钢熔化热、废钢液的比热和炉缸出铁温度确定冶炼废钢消耗的热量；
耗热消耗焦炭量确定模块，用于根据高炉的热效率和冶炼废钢消耗的热量确定耗热消耗焦炭质量；
冶炼废钢消耗焦炭量确定模块，用于根据渗碳消耗焦炭质量和耗热消耗焦炭质量确定冶炼废钢消耗焦炭量；
节约焦比确定模块，用于根据所述冶炼废钢消耗焦炭量和高炉焦比确定吨铁加入一千克废钢可节约的焦比；
节约成本确定模块，用于根据吨铁废钢添加量、吨铁加入一千克废钢可节约的焦比、废钢价格、焦炭价格、铁水增量和铁水价格确定高炉添加废钢冶炼后吨铁节约成本。
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