CN113846204B - 适用于120t顶底复吹转炉的钢种冶炼成本控制方法 - Google Patents

适用于120t顶底复吹转炉的钢种冶炼成本控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种适用于120t顶底复吹转炉的钢种冶炼成本控制方法。本发明根据理论分析和生产实践总结出120吨转炉冶炼过程中的钢水过氧化损失、脱氧成本、脱磷成本与钢水中C、P含量之间的定量关系，并分析利用高碳锰铁、中碳锰铁、硅锰合金、金属锰、硅铁对钢水进行增硅、增锰的合金成本及对钢水中C、P的含量的影响，得出控制至目标Si、Mn、C、P的优化控制方法，能降低转炉冶炼成本，并将转炉冶炼成本与各影响因素之间的关系利用数字和公式来表达，替代了原有的经验炼钢模式，以提高转炉标准化操作的水平。

Description

适用于120t顶底复吹转炉的钢种冶炼成本控制方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种适用于120吨顶底复吹转炉的钢种冶炼成本控制方法。
背景技术
中国是年产粗钢量超过10亿吨的钢铁大国，钢铁广泛应用于国民生产的各个领域，随着经济的发展，客户对钢铁性能的个性化定制现象越来越多，每个钢厂一般都需冶炼几百个钢种，不同钢种成份中的C、Si、Mn、P含量不同，对合金成本的控制方法也不同，转炉炼钢工也都有各自控制合金成本的方法，相同合金成份目标含量的钢种在不同的炼钢工人控制下会产生不同的合金成本，由于转炉炼钢工操作水平的优劣会对炼钢合金成本造成0～50元/吨钢的波动。
影响转炉冶炼成本的因素主要包括转炉脱碳所造成的钢水过氧化损失、钢水过氧化导致的脱氧剂加入量增多、添加进入钢水的合金成本、钢水深脱磷成本，这四个因素相互关联，相互影响，彼此相关性强，需将这几个影响因素当做一个整体来看待。比如含有C、P等杂质较多的锰合金的价格低，但加入钢水中后会引起钢水中C、P的升高，因此转炉吹炼过程在需相应将钢水中C、P控制至更低值，深脱C、P会相应的增加一部分冶炼成本并会增多脱氧剂消耗，但总成本不一定会升高，因此需综合考虑各个影响因素对转炉冶炼成本的影响，而不能只单一考虑某一项影响因素。
目前国内钢铁企业主要通过转炉炼钢工的生产经验来控制转炉冶炼成本，标准化作业和自动化的程度不足，转炉冶炼成本控制程度的优劣与转炉炼钢工的水平关系很大，转炉冶炼成本的波动大。目前公布的现有技术缺乏稳定控制转炉冶炼成本的方法。
现有技术中有使用神经网络优化炼钢成本的报道，比如中国专利文献CN106119458A(CN201610456942.X)，提供一种基于BP神经网络的转炉炼钢工艺成本优化控制方法及系统，其中的方法包括：根据转炉炼钢的工艺选择影响成本的控制参数；构建建模样本集；获得归一化样本集；构建三层的BP神经网络算法；采用BP神经网络算法对通过模拟转炉炼钢实验所得数据进行建模，获取神经网络参数；利用遗传算法对BP神经网络算法对所构建的模型进行优化，获取所构建模型的最值，并根据所构建模型的最值确定最优控制参数；根据获取的最优控制参数成本值与建模样本集中的最小成本值的对比结果，确定转炉炼钢工艺的最小成本值。利用本发明，能够解决转炉炼钢成本高的问题。
该专利通过迭代计算的方法计算了转炉炼钢过程中的括铁水量、废钢量、造渣材料加入量、入炉铁水的温度、出钢温度、白云石加入量、石灰石加入量、铁矿石加入量、氧气消耗量、氧枪位置对转炉炼钢成本的影响，该专利计算了转炉出钢之前的冶炼成本，但未考虑不同钢种目标成份中的C、Si、Mn、P含量对转炉炼钢成本的影响，也未考虑加入含有C、P等杂质不同的锰合金、Si合金对转炉炼钢成本的影响。现有的技术中没有根据钢种目标成份中的C、Si、Mn、P含量智能计算出转炉冶炼终点最经济的C、P含量控制值、最经济的含硅和锰合金的加入种类和加入量的方法。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的以上问题，提供一种适用于120t顶底复吹转炉的钢种冶炼成本控制方法及成本计算方法。
本发明根据理论分析和生产实践总结出120吨转炉冶炼过程中的钢水过氧化损失、脱氧成本、脱磷成本与钢水中C、P含量之间的定量关系，并分析利用高碳锰铁、中碳锰铁、硅锰合金、金属锰、硅铁对钢水进行增硅、增锰的合金成本及对钢水中C、P的含量的影响，得出控制至目标Si、Mn、C、P的优化控制方法，能降低转炉冶炼成本，并将转炉冶炼成本与各影响因素之间的关系利用数字和公式来表达，替代了原有的经验炼钢模式，以提高转炉标准化操作的水平。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种适用于120t顶底复吹转炉的钢种冶炼成本控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)计算转炉吹炼终点的C含量控制值：
如果钢种成分中
Figure GDA0003700541960000021
转炉冶炼成本的转炉吹炼终点的C碳含量控制值如式③，
即：ωC-终点＝0.10 ③
如果
Figure GDA0003700541960000022
则转炉吹炼终点钢水中碳含量控制值如式⑤:
Figure GDA0003700541960000023
如果
Figure GDA0003700541960000024
则转炉吹炼终点钢水中碳含量控制值如式⑦:
ωC-终点＝0.04 ⑦；
(2)不同钢种目标成份下的含硅和锰合金最优加入种类及加入数量计算：
如果，
Figure GDA0003700541960000025
且
Figure GDA0003700541960000026
则在转炉出钢过程中加入硅锰合金和高碳锰铁合金对钢水进行增锰和增硅最经济，合金成本最低，
且硅锰合金的加入量为：
Figure GDA0003700541960000027
高锰合金的加入量为：
Figure GDA0003700541960000028
如果，
Figure GDA0003700541960000029
且
Figure GDA00037005419600000210
则在转炉出钢过程中加入硅锰合金、中碳锰铁合金对钢水进行增锰和增硅最经济，合金成本最低，且硅锰合金的加入量为：
Figure GDA00037005419600000211
中碳锰铁合金的加入量为：
Figure GDA00037005419600000212
如果，
Figure GDA00037005419600000213
且0.04≤ωC-目标≤0.06，则在转炉出钢过程中加入硅铁合金和金属锰合金对钢水进行增硅和增锰最经济，合金成本最低，
且硅铁合金的加入量如式
Figure GDA00037005419600000214
Figure GDA0003700541960000031
金属锰合金的加入量如式
Figure GDA0003700541960000032
Figure GDA0003700541960000033
如果，
Figure GDA0003700541960000034
且ωC-目标>0.06，则在转炉出钢过程中加入硅铁合金和硅锰合金对钢水进行增硅和增锰最经济，合金成本最低，
硅铁合金的加入量如式
Figure GDA0003700541960000035
Figure GDA0003700541960000036
硅锰铁合金的加入量如式
Figure GDA0003700541960000037
Figure GDA0003700541960000038
如果，
Figure GDA0003700541960000039
且0.04≤ωC-目标≤0.06，则在转炉出钢过程中加入硅铁合金和低碳低磷硅锰合金对钢水进行增硅和增锰最经济，合金成本最低，
硅铁合金的加入量如式
Figure GDA00037005419600000310
Figure GDA00037005419600000311
低碳低磷硅锰合金的加入量如式
Figure GDA00037005419600000312
Figure GDA00037005419600000313
式中，W硅铁、W中锰、W低碳低磷硅锰、W金属锰、W硅锰、W高锰分别为硅铁合金、中碳锰铁合金、低碳低磷硅锰合金、金属锰合金、硅锰合金、、高碳锰铁合金的加入量(t合金/t钢)；
(3)转炉吹炼终点的P含量控制值：
Figure GDA00037005419600000314
式中：ωP-终点为转炉吹炼终点的P含量控制值(％)；ωP-目标为钢材成品目标成份中的P含量控制值(％)；Wi-Mn为添加的第i种含锰合金的重量，(t)；θiMn-p为添加的第i种含锰合金中的P含量(％)，Wi-Si为添加的第i种含硅合金的重量，(t)；θiSi-p为添加的第i种含硅合金中的P含量(％)，W钢水钢为钢水重量，(t)；
(4)按照步骤(1)～(3)的计算公式根据钢材成品目标成份中的C、Mn、P含量控制值计算出转炉冶炼终点最经济的C、P含量控制值、含硅和锰合金的加入种类和加入量。
优选的，所述方法适用于钢种由C、Si、Mn、P、S、Nb、V或Ti中的几种成分组成的钢种。进一步优选的，所述钢种成分由C、Si、Mn、P、S、Nb、V和Ti组成。
优选的，步骤(1)中，转炉吹炼终点的C含量控制值需满足以下公式：
ωC-终点+ωC-锰+ωC-LF≤ωC-目标 ①
式①中ωC-终点为：转炉吹炼终点的C含量控制值(％)；ωC-锰为后续添加含锰合金所导致的碳含量增加值(％)；ωC-LF为LF冶炼过程中石墨电极所导致的碳含量增加值(％)；ωC-目标为钢材成品目标成份中的C含量控制值(％)。
进一步优选的，步骤(1)中，实际冶炼时，式①中ωC-锰的值近似认为ωMn-目标/50，ωC-LF的值近似认为是0.02％，其中ωMn-目标为钢材成品目标成份中的Mn含量控制值(％)。
目前的大吨位(转炉公称容量不小于120吨)转炉炼钢技术中，正常的操作工艺均是将钢水中C含量控制在0.10％左右，因此将转炉C含量控制至0.10％所引起的吹炼过氧化损失值作为正常值，本申请所提到的转炉吹炼过氧化损失均是指与过氧化损失正常值的差值。
优选的，步骤(2)中，不同钢种目标成份下的含硅和锰合金的加入种类需满足以下3个式子：
Figure GDA0003700541960000041
Figure GDA0003700541960000042
Figure GDA0003700541960000043
上式⑨⑩
Figure GDA0003700541960000044
中ωC-目标为钢材成品目标成份中的C含量控制值(％)；ωC-终点为：转炉吹炼终点的C含量控制值(％)；ωC-LF为LF冶炼过程中石墨电极所导致的碳含量增加值(％)；W钢水为钢水重量，(t)；Wi-Mn为添加的第i种含锰合金的重量，(t)；θi-C为添加的第i种含锰合金中的C含量(％)，ωSi-目标钢材成品目标成份中的Si含量控制值(％)；Wi-si为添加的第i种含硅合金的重量，(t)；θi-Si为添加的第i种含硅合金中的Si含量(％)，θi-Mn为添加的第i种含锰合金中的锰含量(％)；ωMn-目标钢材成品目标成份中的Mn含量控制值(％),ωMn-残余为转炉吹炼结束且未加合金时钢水中残余的Mn含量(％)。
优选的，步骤(3)中，转炉吹炼终点的P含量控制值需满足以下公式：
Figure GDA0003700541960000045
式中：ωP-终点为转炉吹炼终点的P含量控制值(％)；ωP-合金为后续添加含锰、硅合金所导致的P含量增加值(％)；ωP-回磷为转炉出钢过程及LF冶炼过程中炉渣中P向钢水中转移所导致的的P含量增加值(％)；ωP-目标为钢材成品目标成份中的P含量控制值(％)。进一步优选的，步骤(3)中实际冶炼时式中ωP-回磷的值近似认为0.001％。
优选的，步骤(4)中，将步骤(1)～(3)的计算公式和钢材目标成份，根据钢材成品目标成份中的C、Mn、P含量控制值自动计算出转炉冶炼终点最经济的C、P含量控制值、含硅和锰合金的加入种类和加入量，将转炉冶炼成本控制至最低值。
一种基于上述成本控制方法的成本计算方法，包括以下步骤：
1)钢水过氧化所导致的钢铁料消耗值的计算
如果钢种成分中
Figure GDA0003700541960000046
转炉冶炼成本的转炉吹炼终点的C碳含量控制值如式③，钢水过氧化所导致的钢铁料消耗值如式④：
即：ωC-终点＝0.10 ③
Q过氧化＝0 ④；
如果
Figure GDA0003700541960000047
则转炉吹炼终点钢水中碳含量控制值如式⑤:
Figure GDA0003700541960000051
根据碳含量的目标控制值计算转炉吹炼所导致的过氧化损耗值如式⑥:
Figure GDA0003700541960000052
如果
Figure GDA0003700541960000053
则转炉吹炼终点钢水中碳含量控制值如式⑦:
ωC-终点＝0.04 ⑦
钢水过氧化所导致的钢铁料消耗如式⑧：
Figure GDA0003700541960000054
2)含硅和锰合金的加入成本：
如果，
Figure GDA0003700541960000055
且
Figure GDA0003700541960000056
则在转炉出钢过程中加入硅锰合金和高碳锰铁合金对钢水进行增锰和增硅最经济，合金成本最低，且硅锰合金的加入量为：
Figure GDA0003700541960000057
高锰合金的加入量为：
Figure GDA0003700541960000058
向钢水中进行增硅、增锰的合金成本为：
Figure GDA0003700541960000059
如果，
Figure GDA00037005419600000510
且
Figure GDA00037005419600000511
则在转炉出钢过程中加入硅锰合金、中碳锰铁合金对钢水进行增锰和增硅最经济，合金成本最低，且硅锰合金的加入量为：
Figure GDA00037005419600000512
中碳锰铁合金的加入量为：
Figure GDA00037005419600000513
向钢水中进行增硅、增锰的合金成本为：
Figure GDA00037005419600000514
如果，
Figure GDA00037005419600000515
且0.04≤ωC-目标≤0.06，则在转炉出钢过程中加入硅铁合金和金属锰合金对钢水进行增硅和增锰最经济，合金成本最低，
且硅铁合金的加入量如式
Figure GDA00037005419600000516
Figure GDA00037005419600000517
金属锰合金的加入量如式
Figure GDA00037005419600000518
Figure GDA00037005419600000519
向钢水中进行增硅、增锰的合金成本如式
Figure GDA00037005419600000520
Figure GDA00037005419600000521
如果，
Figure GDA00037005419600000522
且ωC-目标>0.06，则在转炉出钢过程中加入硅铁合金和硅锰合金对钢水进行增硅和增锰最经济，合金成本最低，
硅铁合金的加入量如式
Figure GDA0003700541960000061
Figure GDA0003700541960000062
硅锰铁合金的加入量如式
Figure GDA0003700541960000063
Figure GDA0003700541960000064
因向钢水中进行增硅、增锰的合金成本如式
Figure GDA0003700541960000065
Figure GDA0003700541960000066
如果，
Figure GDA0003700541960000067
且0.04≤ωC-目标≤0.06，则在转炉出钢过程中加入硅铁合金和低碳低磷硅锰合金对钢水进行增硅和增锰最经济，合金成本最低，
硅铁合金的加入量如式
Figure GDA0003700541960000068
Figure GDA0003700541960000069
低碳低磷硅锰合金的加入量如式
Figure GDA00037005419600000610
Figure GDA00037005419600000611
向钢水中进行增硅、增锰的合金成本如式
Figure GDA00037005419600000612
Figure GDA00037005419600000613
式
Figure GDA00037005419600000614
中的Q增硅增锰为向钢水中进行增硅、增锰的合金成本(元/吨钢)，W硅铁、W中锰、W低碳低磷硅锰、W金属锰、W硅锰、W高锰分别为硅铁合金、中碳锰铁合金、低碳低磷硅锰合金、金属锰合金、硅锰合金、、高碳锰铁合金的加入量(t合金/t钢)，q硅铁、q中锰、q低碳低磷硅锰、q金属锰、q硅锰、q高锰分别为硅铁合金、中碳锰铁合金、低碳低磷硅锰合金、金属锰合金、硅锰合金、、高碳锰铁合金的价格(元/t合金)；
3)转炉吹炼的脱磷成本计算(元/吨钢)：转炉吹炼过程中脱磷成本的计算公式如下
Figure GDA00037005419600000615
式
Figure GDA00037005419600000616
中Q脱磷为：转炉钢水脱磷的成本(元/吨钢)；ωP-终点为转炉吹炼终点钢水中P含量(％)；ωP-正常为转炉正常吹炼时，转炉吹炼终点钢水中P含量(％)；ωC-终点为转炉吹炼终点的C含量控制值(％)；ωC-正常为转炉正常吹炼时，转炉吹炼终点钢水中C含量(％)；k2为比例系数，其含义为深脱碳工艺对脱磷的贡献系数；k3为比例系数，其含义为每脱1％含量的P所需花费的成本(元/吨钢)；
4)转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本(元/吨钢)
如果，钢种成分中
Figure GDA00037005419600000617
则转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本如下式
Figure GDA00037005419600000618
Figure GDA00037005419600000619
如果，钢种成分中
Figure GDA00037005419600000620
则转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本如下式
Figure GDA0003700541960000071
Figure GDA0003700541960000072
如果，钢种成分中
Figure GDA0003700541960000073
则转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本如下式
Figure GDA0003700541960000074
Figure GDA0003700541960000075
式
Figure GDA0003700541960000076
中：ωC-目标为钢材成品目标成份中的C含量控制值(％)；ωMn-目标为钢材成品目标成份中的Mn含量控制值(％)；Q脱氧为转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本(元/吨钢)；ωC-终点为：转炉吹炼终点的C含量控制值(％)；q铝粒为铝粒合金的价格(元/吨)。
优选的，步骤1)中钢水过氧化所导致的钢铁料消耗值计算公式如下：
Q过氧化＝(aO-转炉-aO-正常)*k1*q1 ②
式②中Q过氧化为：钢水过氧化所导致的钢铁料损耗成本(元/吨钢)；aO-转炉为转炉吹炼终点钢水中氧含量(％)；aO-正常为转炉正常吹炼时(C含量控制为0.10％)时的终点钢水中氧含量(％)，k1为比例系数，取0.1923；q1为废钢市场价格(元/吨钢)。在转炉吹炼终点钢水中C含量不大于0.06％的情况下，钢水过氧化严重，在转炉出钢过程中随着温度的降低，钢水中碳氧反应会进一步进行，会发生自然脱碳反应，在转炉出钢过程中约会降低碳含量0.02～0.03％。因此在考虑到出钢过程中自然脱碳0.02～0.03％这一影响因素下，将转炉吹炼终点钢水中碳含量控制设定为0.04％，在LF精炼增碳0.02％的情况下，成品钢水中碳含量仍能满足
Figure GDA0003700541960000077
的要求。
优选的，步骤3)中脱磷成本均是指与脱磷正常成本之间的差值。目前的大吨位(转炉公称容量不小于120吨)转炉炼钢技术中，正常的操作工艺均是将钢水中P含量控制在0.018％左右，因此将转炉P含量控制至0.018％所引起的脱磷作为正常值(即脱磷正常成本)。在转炉炼钢技术中，脱磷和脱碳都是在氧化性气氛中进行的，转炉冶炼过程中的深脱碳工艺会连带将钢水中P脱至较低值，而不需要增加额外的脱磷成本。
优选的，步骤3)中ωP-正常为0.018％，ωC-正常为0.10％；k2为0.07；k3为1000。
优选的，步骤4)中所述转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本为钢水过氧化导致的铝质脱氧剂消耗额外增加所产生的成本(元/吨钢)。
目前的大吨位(转炉公称容量不小于120吨)转炉炼钢技术中，正常的操作工艺均是将钢水中C含量控制在0.10％左右，因此将转炉C含量控制至0.10％所引起的钢水氧化而产生的脱氧成本作为正常值，本发明所提到的转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本均是指与脱氧成本正常值的差值。
将原材料种类、价格等相关参数输入EXCEL表格，根据以上公式可自动计算出过氧化所导致的钢铁料损失、增硅增锰的合金成本、脱磷成本(元/吨钢)、转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本，以及这四者之和，能准确计算出该钢种的冶炼成本，能方便财务、销售等部门对该钢种的冶炼成本进行测算，有利于钢铁企业对钢种冶炼成本的标准化成本测算。
本发明的有益效果
(1)本发明综合分析转炉脱碳所造成的钢水过氧化损失、钢水过氧化导致的脱氧剂加入量增多、采用含硅和锰的合金对钢水进行增硅增锰的合金成本及对钢水中C、P的含量的影响、钢水深脱磷成本这四个因素之间的相互关系，并利用函数关系公式得出了转炉冶炼时将钢水成份控制至目标C、Mn、Si、P含量的最佳工艺路径及最低成本，将函数关系公式嵌入进Excel表格，利用计算机公式计算的方法对转炉冶炼工序进行控制，能解决人工操作的不稳定性，能指导转炉炼钢生产，稳定钢水质量，降低转炉冶炼工序的成本。
(2)采用计算机公式计算的方法来替代人工经验式转炉操作模式后，能减少人为因素对炼钢成本和钢水质量的干扰，用数字化来表达将钢水成份控制至目标C、Mn、Si、P含量的最佳工艺路径及最低成本，有利于转炉标准化操作的进行，并为后续钢种的成本、效益的标准化计算打下坚实的基础。
具体实施方式：
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1～8
某钢厂准备生产以下成份的钢种，实施例1～8的钢种成份如下表1所示：
表1、实施例1～8的钢种成份目标值
C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％) Nb(％) V(％) Ti(％)
实施例1 0.12 0.1 0.3 0.023 0.01 0 0 0
实施例2 0.15 0.15 0.8 0.017 0.01 0.007 0 0.027
实施例3 0.18 0.1 0.4 0.023 0.01 0 0 0.042
实施例4 0.14 0.15 1.2 0.012 0.01 0.007 0 0.027
实施例5 0.1 0.12 1.55 0.011 0.002 0.062 0 0.062
实施例6 0.05 0.1 0.45 0.011 0.01 0 0 0
实施例7 0.1 0.1 1.25 0.016 0.01 0.017 0 0.023
实施例8 0.1 0.1 1.45 0.014 0.01 0.038 0 0.047
根据步骤(1)和步骤1)计算出转炉吹炼终点的C含量控制值及过氧化所导致的钢铁料损失计算(元/吨钢)为下表2，其中废钢价格按3000元/吨来计算。
表2、转炉吹炼终点的C含量控制值及过氧化所导致的钢铁料损失计算(元/吨钢)
Figure GDA0003700541960000081
根据步骤(2)和步骤2)计算出含硅和锰合金的加入种类、数量及含硅和锰合金的成本为表4，其中含硅和锰合金的价格以表3所示来进行计算。
表3、含硅和锰合金的价格
合金种类 价格(元/吨)
硅锰价格 6490
高碳锰铁价格 5750
中碳锰铁价格 8230
硅铁价格 6720
金属锰 15490
表4、含硅和锰合金的加入种类、数量及成本
Figure GDA0003700541960000091
根据步骤(2)、(3)和步骤2)、3)计算出转炉吹炼终点的P含量控制值、脱P成本(元/吨钢)以及转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本(元/吨钢)见下表5。
表5、转炉吹炼终点的P含量控制值、脱P成本、脱氧成本(元/吨钢)
Figure GDA0003700541960000092
将以上表格合并得出实施例1～8的转炉冶炼的成本优化控制方法，如下表6所示：
表6、实施例1～8的转炉冶炼的成本优化控制方法及转炉冶炼成本计算值
Figure GDA0003700541960000101
如上表6所示，可根据本发明提供函数所述的计算方法准确计算出转炉冶炼终点的C、P含量和含硅和锰合金的加入种类及数量，以及转炉冶炼成本的计算结果。
本发明综合分析了钢铁料消耗损失、脱氧成本、含硅或锰合金的成本、脱磷成本这四个影响因素对转炉冶炼成本的影响，并利用函数关系式得出了转炉冶炼时将钢水成份控制至目标C、Mn、Si、P含量的最佳工艺路径及最低成本，将函数关系式嵌入进Excel表格，利用计算机公式计算的方法来替代人工经验式转炉冶炼操作模式，来指导转炉的炼钢生产，解决了因炼钢操作工人水平的参差不齐所导致的钢水质量不稳定性问题，并能降低转炉冶炼工序的成本，有利于转炉标准化操作的进行。
某公称容量为120吨的转炉自2020年1月份采用本申请提供的技术来对转炉炼钢操作进行优化控制后，2020年全年度共冶炼9876炉钢水，成品钢材目标C、Mn、Si、P成份含量的合格率达到99.97％，转炉冶炼工序合计成本为108元/吨钢，钢材成分合格率同比提高0.24％，，转炉冶炼工序合计成本同比降低12元/吨钢，产品质量稳定性明显提高，转炉冶炼工序成本明显降低。
本发明采用函数公式明确的计算出钢铁料消耗损失、脱氧成本、含硅或锰合金的成本、脱磷成本，将转炉冶炼成本数字化，为后续钢种的成本、效益的标准化计算打下坚实的基础。

Claims (9)

1.一种适用于120t顶底复吹转炉的钢种冶炼成本控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)计算转炉吹炼终点的C含量控制值：
如果钢种成分中
Figure FDA0003730972880000011
转炉吹炼终点的碳含量控制值如式③，即：ωC-终点＝0.10 ③
如果
Figure FDA0003730972880000012
则转炉吹炼终点钢水中碳含量控制值如式⑤:
Figure FDA0003730972880000013
如果
Figure FDA0003730972880000014
则转炉吹炼终点钢水中碳含量控制值如式⑦:
ωC-终点＝0.04 ⑦；
式中，ωC-目标指的是：钢材成品目标成份中的碳含量控制值(％)；
ωC-终点指的是：转炉吹炼终点的碳含量控制值(％)；
ωMn-目标指的是：钢材成品目标成份中的Mn含量控制值(％)；
(2)不同钢种目标成份下的含硅和锰合金最优加入种类及加入数量计算：
如果，
Figure FDA0003730972880000015
且
Figure FDA0003730972880000016
则在转炉出钢过程中加入硅锰合金和高碳锰铁合金对钢水进行增锰和增硅，
且硅锰合金的加入量为：
Figure FDA0003730972880000017
高碳锰铁合金的加入量为：
Figure FDA0003730972880000018
如果，
Figure FDA0003730972880000019
且
Figure FDA00037309728800000110
则在转炉出钢过程中加入硅锰合金、中碳锰铁合金对钢水进行增锰和增硅，且硅锰合金的加入量为：
Figure FDA00037309728800000111
中碳锰铁合金的加入量为：
Figure FDA00037309728800000112
如果，
Figure FDA00037309728800000113
且0.04≤ωC-目标≤0.06，则在转炉出钢过程中加入硅铁合金和金属锰合金对钢水进行增硅和增锰，
且硅铁合金的加入量如式
Figure FDA0003730972880000021
Figure FDA0003730972880000022
金属锰合金的加入量如式
Figure FDA0003730972880000023
Figure FDA0003730972880000024
如果，
Figure FDA0003730972880000025
且ωC-目标>0.06，则在转炉出钢过程中加入硅铁合金和硅锰合金对钢水进行增硅和增锰，
硅铁合金的加入量如式
Figure FDA0003730972880000026
Figure FDA0003730972880000027
硅锰合金的加入量如式
Figure FDA0003730972880000028
Figure FDA0003730972880000029
如果，
Figure FDA00037309728800000210
且0.04≤ωC-目标≤0.06，则在转炉出钢过程中加入硅铁合金和低碳低磷硅锰合金对钢水进行增硅和增锰，
硅铁合金的加入量如式
Figure FDA00037309728800000211
Figure FDA00037309728800000212
低碳低磷硅锰合金的加入量如式
Figure FDA00037309728800000213
Figure FDA00037309728800000214
式中，W硅铁、W中锰、W低碳低磷硅锰、W金属锰、W硅锰、W高锰分别为硅铁合金、中碳锰铁合金、低碳低磷硅锰合金、金属锰合金、硅锰合金、高碳锰铁合金的加入量(t合金/t钢)；
式中，ωC-目标指的是：钢材成品目标成份中的C含量控制值(％)；
ωSi-目标指的是：钢材成品目标成份中的Si含量控制值(％)；
ωMn-目标指的是：钢材成品目标成份中的Mn含量控制值(％)；
(3)转炉吹炼终点的P含量控制值：
Figure FDA00037309728800000215
式中：ωP-终点为转炉吹炼终点的P含量控制值(％)；ωP-目标为钢材成品目标成份中的P含量控制值(％)；Wi-Mn为添加的第i种含锰合金的重量，(t)；θiMn-p为添加的第i种含锰合金中的P含量(％)，Wi-Si为添加的第i种含硅合金的重量，(t)；θiSi-p为添加的第i种含硅合金中的P含量(％)，W钢水钢为钢水重量，(t)；
(4)按照步骤(1)～(3)的计算公式根据钢材成品目标成份中的C、Mn、P含量控制值自动计算出转炉冶炼终点最经济的C、P含量控制值、含硅和锰合金的加入种类和加入量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法适用于钢种由C、Si、Mn、P、S、Nb、V或Ti中的几种成分组成的钢种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，转炉吹炼终点的C含量控制值满足以下公式：
ωC-终点+ωC-锰+ωC-LF≤ωC-目标 ①
式①中ωC-终点为：转炉吹炼终点的C含量控制值(％)；ωC-锰为后续添加含锰合金所导致的碳含量增加值(％)；ωC-LF为LF冶炼过程中石墨电极所导致的碳含量增加值(％)；
ωC-目标为钢材成品目标成份中的C含量控制值(％)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，式①中ωC-锰的值近似认为ωMn-目标/50，ωC-LF的值近似认为是0.02％，其中ωMn-目标为钢材成品目标成份中的Mn含量控制值(％)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，不同钢种目标成份下的含硅和锰合余的加入种类需满足以下3个式子：
Figure FDA0003730972880000031
Figure FDA0003730972880000032
Figure FDA0003730972880000033
上式⑨⑩
Figure FDA0003730972880000034
中ωC-目标为钢材成品目标成份中的C含量控制值(％)；ωC-终点为：转炉吹炼终点的C含量控制值(％)；ωC-LF为LF冶炼过程中石墨电极所导致的碳含量增加值(％)；W钢水为钢水重量，(t)；Wi-Mn为添加的第i种含锰合金的重量，(t)；θi-C为添加的第i种含锰合金中的C含量(％)，ωSi-目标钢材成品目标成份中的Si含量控制值(％)；Wi-Si为添加的第i种含硅合金的重量，(t)；θi-Si为添加的第i种含硅合金中的Si含量(％)，θi-Mn为添加的第i种含锰合金中的锰含量(％)；ωMn-目标钢材成品目标成份中的Mn含量控制值(％)，ωMn-残余为转炉吹炼结束且未加合金时钢水中残余的Mn含量(％)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，转炉吹炼终点的P含量控制值需满足以下公式：
Figure FDA0003730972880000041
式中：ωP-终点为转炉吹炼终点的P含量控制值(％)；ωP-合金为后续添加含锰、硅合金所导致的P含量增加值(％)；ωP-回磷为转炉出钢过程及LF冶炼过程中炉渣中P向钢水中转移所导致的P含量增加值(％)；ωP-目标为钢材成品目标成份中的P含量控制值(％)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，将步骤(1)～(3)的计算公式输入EXCEL表格，根据钢材成品目标成份中的C、Mn、P含量控制值自动计算出转炉冶炼终点最经济的C、P含量控制值、含硅和锰合金的加入种类和加入量，将转炉冶炼成本控制至最低值。
8.一种基于权利要求1～7任一项所述成本控制方法的成本计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)钢水过氧化所导致的钢铁料消耗值的计算
如果钢种成分中
Figure FDA0003730972880000042
转炉吹炼终点的碳含量控制值如式③，钢水过氧化所导致的钢铁料消耗值如式④：
即：ωC-终点＝0.10 ③
Q过氧化＝0 ④；
如果
Figure FDA0003730972880000043
则转炉吹炼终点钢水中碳含量控制值如式⑤：
Figure FDA0003730972880000044
根据碳含量的目标控制值计算转炉吹炼过程中钢水过氧化导致的钢铁料消耗如式⑥：
Figure FDA0003730972880000045
如果
Figure FDA0003730972880000046
则转炉吹炼终点钢水中碳含量控制值如式⑦：
ωC-终点＝0.04 ⑦
钢水过氧化所导致的钢铁料消耗如式⑧：
Figure FDA0003730972880000047
式中，ωC-目标为钢材成品目标成份中的C含量控制值(％)；
ωC-终点为转炉吹炼终点的碳含量控制值(％)；
ωMn-目标为钢材成品目标成份中的Mn含量控制值(％)；
Q过氧化为钢水过氧化所导致的钢铁料损耗成本(元/吨钢)；q1为废钢市场价格(元/吨钢)；
2)含硅和锰合金的加入成本：
如果，
Figure FDA0003730972880000051
则在转炉出钢过程中加入硅锰合金和高碳锰铁合金对钢水进行增锰和增硅，且硅锰合金的加入量为：
Figure FDA0003730972880000052
高碳锰铁合金的加入量为：
Figure FDA0003730972880000053
向钢水中进行增硅、增锰的合金成本为：
Figure FDA0003730972880000054
如果，
Figure FDA0003730972880000055
且
Figure FDA0003730972880000056
则在转炉出钢过程中加入硅锰合金、中碳锰铁合金对钢水进行增锰和增硅，且硅锰合金的加入量为：
Figure FDA0003730972880000057
中碳锰铁合金的加入量为：
Figure FDA0003730972880000058
向钢水中进行增硅、增锰的合金成本为：
Figure FDA0003730972880000059
如果，
Figure FDA00037309728800000510
且0.04≤ωC-目标≤0.06，则在转炉出钢过程中加入硅铁合金和金属锰合金对钢水进行增硅和增锰，
且硅铁合金的加入量如式
Figure FDA00037309728800000511
Figure FDA00037309728800000512
金属锰合金的加入量如式
Figure FDA00037309728800000513
Figure FDA00037309728800000514
向钢水中进行增硅、增锰的合金成本如式
Figure FDA00037309728800000515
Figure FDA0003730972880000061
如果，
Figure FDA0003730972880000062
且ωC-目标>0.06，则在转炉出钢过程中加入硅铁合金和硅锰合金对钢水进行增硅和增锰，
硅铁合金的加入量如式
Figure FDA0003730972880000063
Figure FDA0003730972880000064
硅锰合金的加入量如式
Figure FDA0003730972880000065
Figure FDA0003730972880000066
向钢水中进行增硅、增锰的合金成本如式
Figure FDA0003730972880000067
Figure FDA0003730972880000068
如果，
Figure FDA0003730972880000069
且0.04≤ωC-目标≤0.06，则在转炉出钢过程中加入硅铁合金和低碳低磷硅锰合金对钢水进行增硅和增锰，
硅铁合金的加入量如式
Figure FDA00037309728800000610
Figure FDA00037309728800000611
低碳低磷硅锰合金的加入量如式
Figure FDA00037309728800000612
Figure FDA00037309728800000613
向钢水中进行增硅、增锰的合金成本如式
Figure FDA00037309728800000614
Figure FDA00037309728800000615
式
Figure FDA00037309728800000616
中的Q增硅增锰为向钢水中进行增硅、增锰的合金成本(元/吨钢)，W硅铁、W中锰、W低碳低磷硅锰、W金属锰、W硅锰、W高锰分别为硅铁合金、中碳锰铁合金、低碳低磷硅锰合金、金属锰合金、硅锰合金、高碳锰铁合金的加入量(t合金/t钢)，q硅铁、q中锰、q低碳低磷硅锰、q金属锰、q硅锰、q高锰分别为硅铁合金、中碳锰铁合金、低碳低磷硅锰合金、金属锰合金、硅锰合金、高碳锰铁合金的价格(元/t合金)；ωC-目标指的是：钢材成品目标成份中的C含量控制值(％)；ωSi-目标指的是：钢材成品目标成份中的Si含量控制值(％)；ωMn-目标指的是：钢材成品目标成份中的Mn含量控制值(％)；
3)转炉吹炼的脱磷成本计算(元/吨钢)：
Figure FDA0003730972880000071
式
Figure FDA0003730972880000072
中Q脱磷为：转炉钢水脱磷的成本(元/吨钢)；ωP-终点为转炉吹炼终点钢水中P含量(％)；ωP-正常为0.018％；ωC-终点为转炉吹炼终点的C含量控制值(％)；ωC-正常为0.10％；k2为0.07，其含义为深脱碳工艺对脱磷的贡献系数；k3为1000，其含义为每脱1％含量的P所需花费的成本(元/吨钢)；
4)转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本(元/吨钢)：
如果，钢种成分中
Figure FDA0003730972880000073
则转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本如下式
Figure FDA0003730972880000074
Figure FDA0003730972880000075
如果，钢种成分中
Figure FDA0003730972880000076
则转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本如下式
Figure FDA0003730972880000077
Figure FDA0003730972880000078
如果，钢种成分中
Figure FDA0003730972880000079
则转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本如下式
Figure FDA00037309728800000710
Figure FDA00037309728800000711
式
Figure FDA00037309728800000712
中：ωC-目标为钢材成品目标成份中的C含量控制值(％)；ωMn-目标为钢材成品目标成份中的Mn含量控制值(％)；Q脱氧为转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本(元/吨钢)；ωC-终点为：转炉吹炼终点的C含量控制值(％)；q铝粒为铝粒合金的价格(元/吨)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤1)中钢水过氧化所导致的钢铁料消耗值计算公式如下：
Q过氧化＝(aO-转炉-aO-正常)*k1*q1 ②
式②中Q过氧化为：钢水过氧化所导致的钢铁料损耗成本(元/吨钢)；aO-转炉为转炉吹炼终点钢水中氧含量(％)；aO-正常为转炉正常吹炼C含量控制为0.10％时的终点钢水中氧含量(％)，k1为0.1923；q1为废钢市场价格(元/吨钢)。
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