高炉加废钢降成本分析与实践
柳钢 李宏玉、莫朝兴、唐志宏、王志宏、潘晶 2018年3月
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2017年上半年废钢价格下行较大，炼钢转炉废钢比已到控制极限；遂在高炉炼铁工序从炉顶加入废钢加工品铁粒子作为原料加入炉内，以期获得更低的生铁成本和较高的产量。有研究采用物料平衡和热平衡对使用金属化炉料对提高铁产量和降低焦化比进行了分析；I G Tovarovskiy等人甚至考虑从炉顶布料、煤气流分布、软熔带等高炉冶炼过程参数的变化中，找出炉料不同金属化率对焦比的影响。
本文通过物料平衡和热平衡进行理论分析的基础上，在5#高炉使用不同废钢加入量，进而对实际生产数据进行对比分析研究高炉炉顶加废钢对吨铁成本影响。
1、理论计算基础
理论计算以高炉物料平衡和热平衡为基础，以5#高炉2017年5月1日～2017年5月11日生产数据的加权平均值为初始输入数据，计算初始直接还原度r0；通过对生产数据的校核检验使C、H、O、N、Fe 等化学元素的入炉量和产出量保持平衡；由于冷风流量的测量精度通常较低，需要通过反复迭代调用全高炉热平衡计算模块，达到检验与修正冷风流量的目的。在这个过程中，风量起着“桥梁”的作用。
热损失在热量总支出中所占的比例，对于给定的直接还原度，可以通过热平衡计算对风量进行校正，按照“物料平衡”→“计算直接还原度”→“热平衡”→“计算风量”→“物料平衡”的方式，进行迭代运算（程序框架图如图1 所示）。
迭代的收敛标准是，最后确定的风量同时满足两个要求：热量收支平衡（收敛条件为外部散热占热量收入的10%）；前后两次计算得到的直接还原度的差值小于0.01。计算过程从0 t/d废钢加入量为初值， 步长为120 t/d废钢加入量叠加，一直叠加到热平衡不能达到计算平衡为止，分别得出高炉燃料消耗、直接还原度和产量数据，综合计算结果数据再得出吨铁成本降低量。
2、计算结果分析
程序计算达不到热平衡点时的废钢加入量3120 t/d， 共得到26组不同废钢加入量时平衡计算得到的燃料比、直接还原度和产量数据如表1所示。其中节省炼铁成本是基于废钢加入量为0 时的比较值。
加入废钢后吨铁成本降低量=吨铁燃料消耗费用降低量+吨铁矿石消耗费用的降低量-吨铁废钢费用增加量，以废钢比56.08 kg/t Fe 为例计算吨铁成本降低值。当前吨铁矿耗成本为1240 元；矿耗为1650 kg/t Fe；废钢价格为1400元/t；燃料消耗费用为1451元；生产1t铁，56.08 kg废钢替代矿石的量为98.04 kg；加入56.08 kg/t Fe废钢后：
吨铁成本降低量=（521-514.9）×1 451+98.04×1 240/1650-56.08×1400/1000=4.02元。
计算结果显示，随废钢加入量的增加，燃料消耗和吨铁成本均呈降低趋势（如图2所示）。计算过程中由于有热平衡中设置的外部散热收敛条件制约范围的差异，有几个结果偏差较大，可以剔除掉来判断总趋势。
3、不同废钢加入量的冶炼效果
为对比不同废钢加入量对高炉冶炼效果的影响，选取2017年5-6月间各操作制度相对稳定、生产正常连续的三个时间段：2017年5月1日-5月11日无废钢入炉时期为基准期；2017年5月19日-5月30日废钢比21.33 kg/t Fe入炉时期为试验期；2017年6月12日-6月21日废钢比43.8 kg/t Fe入炉时期为相对试验期。利用这三个时间段生产数据来做对比，废钢的加入量与增产效果分析如图3所示，在冶炼强度变化不大的情况下，产量随废钢加入量的增加而增大。
不加废钢：产量为4360；加0.21KG/T废钢，产量为4410；加入0.44KG/T废钢，产量为4500.可见，
4、生铁与废钢价差
2017年5月1日-5月11日，生铁（不含税）与废钢（不含税）的平均价差为768元/吨，2017年5月19日-5月30日，生铁（不含税）与废钢（不含税）的平均价差为757元/吨，2017年6月12日-6月21日，生铁（不含税）与废钢（不含税）的平均价差为629元/吨，9月3日则为421元/吨。
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