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：ω_C-终点＝0.10 ③

如果则转炉吹炼终点钢水中碳含量控制值如式⑤:

如果则转炉吹炼终点钢水中碳含量控制值如式⑦:

ω_C-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，且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：

高锰合金的加入量为：

如果，且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：中碳锰铁合金的加入量为：

如果，且0.04≤ω_C-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

金属锰合金的加入量如式

如果，且ω_C-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

硅锰铁合金的加入量如式

如果，且0.04≤ω_C-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

低碳低磷硅锰合金的加入量如式

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：

式中：ω_P-终点为转炉吹炼终点的P含量控制值(％)；_P-目标为钢材成品目标成份中的P含量控制值(％)；W_i-Mn为添加的第i种含锰合金的重量，(t)；θ_iMn-p为添加的第i种含锰合金中的P含量(％)，W_i-Si为添加的第i种含硅合金的重量，(t)；θ_iSi-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：

ω_C-终点+ω_C-锰+ω_C-LF≤ω_C-目标 ①

式①中ω_C-终点为：转炉吹炼终点的C含量控制值(％)；ω_C-锰为后续添加含锰合金所导致的碳含量增加值(％)；ω_C-LF为LF冶炼过程中石墨电极所导致的碳含量增加值(％)；ω_C-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ω_C-锰的值近似认为ω_Mn-目标/50，ω_C-LF的值近似认为是0.02％，其中ω_Mn-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：

上式⑨⑩中ω_C-目标为钢材成品目标成份中的C含量控制值(％)；ω_C-终点为：转炉吹炼终点的C含量控制值(％)；ω_C-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)；W_i-Mn为添加的第i种含锰合金的重量，(t)；θ_i-C为添加的第i种含锰合金中的C含量(％)，ω_Si-目标钢材成品目标成份中的Si含量控制值(％)；W_i-Si为添加的第i种含硅合金的重量，(t)；θ_i-Si为添加的第i种含硅合金中的Si含量(％)，θ_i-Mn为添加的第i种含锰合金中的锰含量(％)；ω_Mn-目标钢材成品目标成份中的Mn含量控制值(％),ω_Mn-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：

式中：ω_P-终点为转炉吹炼终点的P含量控制值(％)；ω_P-合金为后续添加含锰、硅合金所导致的P含量增加值(％)；ω_P-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(％)；_P-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ω_P-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：ω_C-终点＝0.10 ③

Q_过氧化＝0 ④；

如果则转炉吹炼终点钢水中碳含量控制值如式⑤:

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:

如果则转炉吹炼终点钢水中碳含量控制值如式⑦:

ω_C-终点＝0.04 ⑦

钢水过氧化所导致的钢铁料消耗如式⑧：

2)含硅和锰合金的加入成本：

如果，且

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：

高锰合金的加入量为：

向钢水中进行增硅、增锰的合金成本为：

如果，且

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：中碳锰铁合金的加入量为：

向钢水中进行增硅、增锰的合金成本为：

如果，且0.04≤ω_C-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

金属锰合金的加入量如式

向钢水中进行增硅、增锰的合金成本如式

如果，且ω_C-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

硅锰铁合金的加入量如式

因向钢水中进行增硅、增锰的合金成本如式

如果，且0.04≤ω_C-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

低碳低磷硅锰合金的加入量如式

向钢水中进行增硅、增锰的合金成本如式

式中的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

式中Q_脱磷为：转炉钢水脱磷的成本(元/吨钢)；ω_P-终点为转炉吹炼终点钢水中P含量(％)；ω_P-正常为转炉正常吹炼时，转炉吹炼终点钢水中P含量(％)；ω_C-终点为转炉吹炼终点的C含量控制值(％)；ω_C-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

则转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本如下式

如果，钢种成分中

则转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本如下式

如果，钢种成分中

则转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本如下式

式中：_C-目标为钢材成品目标成份中的C含量控制值(％)；_Mn-目标为钢材成品目标成份中的Mn含量控制值(％)；Q_过氧化为转炉吹炼导致钢水过氧化而产生的脱氧成本(元/吨钢)；ω_C-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＝(a_O-转炉-a_O-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)；a_O-转炉为转炉吹炼终点钢水中氧含量(％)；a_O-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ω_P-正常为0.018％，ω_C-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。