转炉废钢比效益测算
一、前提条件
1、铁水成分、温度
C，%
Si，%
铁水温度Mn，%
P，%
S，%
Cu等，%
温度
返矿
0.10
0.03
废钢
0.3
0.25
0.55
0.03
0.03
0.1
铁水
4.30
0.45
0.50
0.15
0.03
0.03
1270
2、转炉终渣SiO2含量为17%，TFe含量为15%，钢铁料消耗取1162kg/t钢
3、在钢铁料结构变化不大的情况下，近似认为冶炼1吨钢所需入炉原料的铁量和热量是一定值。但硅含量变化引起的渣量变化和渣中铁损变化需计算。
4、铁水、废钢中非金属渣的SiO2按34%考虑。
二、评估转炉经济效益参数
1、由于炼钢过程中，随着废钢比的增加，铁水所提供的能量将不足以满足炼钢的能量需要。对转炉而言，就需要补充煤等燃料， 由此带来氧气消耗的增加。这些都会使冶炼周期延长。因此，当废钢价格下降到一定程度后，随着废钢比的增加，尽管炼钢成本会降低，但生产效率将会下降，两者对炼钢经济效益的影响相反。为合理评价废钢比变化对冶炼经济效益的最终影响，此处采用“工序效益”指标来评估炼钢经济效益。
定义Ｑ为工序效益，即
Ｑ＝ Ｂ/Ｔt
式中： Ｂ为吨钢水利润，元／ｔ（钢）；Ｔｔ为冶炼周期，min。因此，工序效益Ｑ为单位时间内转炉所产生的吨钢利润。
Ｂ和Ｔｔ是分别从两个不同方面来反映炼钢的经济效益的，Ｂ从成本费用角度来反映，而冶炼周期Ｔｔ则从生产效率也即生产规模效应来反映效益。当废钢价格低于铁水价格一定程度后，随着废钢比的增加，炼钢成本会下降，吨钢水利润Ｂ会增加，而冶炼时间Ｔｔ则延长，生产效率下降，因此预计在某一废钢比时，Ｑ可能会出现最大值，则此时的炼钢经济效益最大化，此时的炉料结构为最佳炉料结构，也即最佳废钢比。
2、炼钢吨钢水利润计算
炼钢吨钢水的利润Ｂ按下式计算。
Ｂ＝η*Ｐｓ－η铸坯成本
式中：Ｐs为铸坯价格，元／t； η为钢水到铸坯的收得率，％；计算中原辅料和各种能源介质价格、铁合金等主要参考现有价格，价格统一采用税前价格。
3、转炉冶炼周期确定
转炉冶炼时间（ｔＬ） 包括吹氧时间（ｔo）和辅助时间（ｔa）的确定。
辅助时间包括加废钢、兑铁水、测温取样、出钢、倒渣、补炉及溅渣护炉等操作，对于50t转炉，此处综合取ｔa＝15min。设冶炼过程中转炉平均吹氧强度为ｑＯ２，供氧强度主要和转炉炉容量、炉容比及铁水成分有关。50ｔ左右转炉的顶吹供氧强度一般在3.5～4.0ｍ3/t.min。
根据物料和能量平衡计算，可以获知吨钢水氧气质量需求量为ｗＯ２，（kg／t）， 设吨钢
水氧气体积需求量为ＱＯ２（m３／t），则：
ＱＯ２＝ｗＯ２×22.4/32＝0.7*ｗＯ２
由此，确定转炉吹氧时间（min）为：
ｔＯ＝ＱＯ２*ｑＯ２
则转炉冶炼周期（ ｍｉｎ）为：
Ｔｔ＝ｔＯ＋ｔa
4、平衡计算
表1 物料平衡表
收入
支出
项目
质量/㎏
%
项目
质量/㎏
%
铁水
90.7
77.2
钢水
92.42
78.74
废钢
6.8
5.8
炉渣
12.2
10.39
返矿
2.5
2.1
炉气
9.86
8.41
石灰
5.37
4.6
喷溅
0.88
0.75
白云石
1.7
1.4
烟尘
1.32
1.13
炉衬
2.26
1.9
渣中铁珠
0.69
0.58
氧气
6.6
5.6
硅锰合金
1.15
1.05
硅铁
0.40
0.35
焦粉
0
0
合计
117.48
100.00
合计
117.37
100
①.计算误差为(117.37-117.48)/117.48×100%=-0.1%
4．1主要计算条件
冶炼钢种为HRB400。转炉容量为50ｔ， 供氧强度为3.5m３／（min·ｔ）钢，转炉二次燃烧率为10％， 总氧中供氧比例为95％， 转炉废钢温度为25℃。
主要原燃价格为铁水价格1303元／ｔ，铸坯价格为1627元／ｔ，氧气价格为0.52元／m３。价格按不含税计。
5、钢铁料消耗测算
1、在钢铁料结构中，从Fe量固定不变角度若减少铁水量，需增加废钢量；从热量固定不变角度，需增加外热源
2、铁量固定不变，设减少铁水10kg/t，（未考虑返矿）,则增加废钢10*0.945=0.85x，x=11.12kg/t
因此钢铁料增加量为：11.12-10=1.12kg/t
3、转炉渣中铁损
减少Si，10*0.48%-0.25%*11.12=2.02kg/t，相应减少SiO2量，2.02*60/28=4.33kg/t
非金属渣增加入炉增加SiO2量，（11.12*5%-10*1%）*34%=1.55kg/t
相应减少渣量，2.78/17%=16.4kg/t
相应减少铁损，16.4*15%=2.5kg/t
相当于钢铁料消耗2.5*1.062=2.62kg/t
合计减少钢铁料消耗2.62-1.12=1.5kg/t
则根据转炉原料结构，降低10kg/t铁水消耗（未考虑返矿），会引起钢铁料消耗降低1.5kg/t。
三、计算结果分析
1、10月2#转炉钢铁料成本分析
项目
单价（元/吨）
单耗
折算系数
成本
铁水
1302.87
1.00334
0.945
1307
废钢
1100
0.075
0.88
83
返矿
470.68
0.0293
0.56
13.8
石灰
280
0.0579
1
16.2
白云石
0
氧气
0.52
67
1
35
煤粉
0.65
0
1
0
钢水收得率
1.030
0
小计
1455
注：设连铸收得率为97%
2、转炉废钢比经济效益测算
设铁水单价不变的情况下废钢单价变动时，不同废钢比成本的变动情况见下表。
废钢价格，元
废钢比，%
6.8
20
30
40
1200
1458
1472
1480
1488
1100
1455
1452
1450
1448
1050
1451
1442
1435
1428
1000
1447
1432
1420
1408
950
1443
1422
1405
1388
900
1440
1412
1390
1368
注：1）、铁水成分（C、Si）、温度波动、石灰变化未计算在内；
2）、钢水收得率未计算在内；
3）、返矿可根据热源情况变动，也未计算在内。
                                图1
图2
图3
3、转炉计算结果分析
转炉计算结果见图。由图1可以看出，随着转炉废钢比的增加，转炉吨钢耗氧量、 喷煤量及冶炼周期都按比例增加。由图2可以看出， 废钢价格在1100元／t以上时，随着转炉废钢比的增加，转炉吨钢冶炼成本增加；废钢价格在1100元／ｔ以下时，随着转炉废钢比的增加，转炉吨钢冶炼成本下降。
由图3可以看出，当吹氧强度为3.5m３／(min·ｔ)， 二次燃烧烧率为10％时， 废钢价格在1050元／ｔ以上，随着转炉废钢比的增加，转炉冶炼的工序效益是下降的；废钢价格在1050元／ｔ以下，随着转炉废钢比的增加， 转炉冶炼的工序效益才会升高。
综合图1和图3可以看到，废钢价格降到一定程度后，增加转炉废钢比会使转炉吨钢成本降低，但转炉效益并不一定见好，只有在铁水与废钢的价格相差250元／t左右以上时， 转炉增加废钢比才会增效。此时才有必要采取措施提高转炉废钢比。
从图3还能看出， 随着废钢比的增加，工序效益没有出现预期最大值或最小值，但边际工序效益是下降的。考虑到废钢比增加后主要采用喷吹煤粉加热熔池的方法来补充能量，而要使喷吹的煤粉和氧气能有效溶入铁液（或钢水）中，达到冶炼过程高效可控的目的，需要有足够量的溶液才行。换句话说，废钢比增加到一定程度后，煤粉和氧气的利用率会下降，或者需要降低煤粉和氧气的喷吹强度，这将会使生产成本增加并延长冶炼周期，导致在废钢比增加到一定程度后，工序效益降低。由于缺乏具体参数，这一因素在上述计算中并未加以考虑。另外，有研究指出，在废钢多为轻型废钢，铁水温度为1300℃左右时，喷煤在废钢铁水比不超过0.75时得到了最好的效果。综合经济和技术两方面的因素，可认为转炉一次性废钢比不宜超过40％。
七、结论
（１）废钢价格降到一定程度后，增加转炉废钢比可使转炉吨钢成本降低，但转炉效益并不一定见好，只有在铁水与废钢的价格相差250元／t左右以上时，转炉增加废钢比才会增效，此时才有必要采取措施提高转炉废钢比。
（２）综合经济和技术两方面的因素，转炉一次性废钢比不宜超过40％，建议在有效益时废钢比控制在20-30%。