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摘要 ：某不锈钢厂通过对碳粒钢筋粒在不锈钢冶炼中的应用实践， 一定程度上解决高炉铁水生产不稳定， 铁水产量对不锈钢冶炼产量的制约问题。首先对钢坯质量跟踪探讨， 分析碳粒钢筋粒对钢坯质量无明显的影响 ;然后， 通过性价比分析， 碳粒钢筋粒的使用在不锈钢冶炼生产中具备降本效益。某钢厂遵循降本增效的方针， 通过碳粒钢筋粒在不锈钢冶炼中的应用实践， 挖掘潜能， 优化原材料使用， 从而实现提产增效。
关键词 ：碳粒钢筋粒,不锈钢,提产增效
铁是不锈钢组分中含量最大的金属元素，根据不同钢种需 要，其铁成分质量百分比占比在 65%~80%之间。受原料市场价 格变化影响， 高炉原材料使用也有所变化， 某钢厂为了追求高性 价比降低了对原料质量的要求，该因素导致高炉的产量有所下 降。为了减小原材料市场的影响，抵消高炉铁水产量下降的制 约因素， 以满足炼钢厂对铁水的要求， 某钢厂分析了碳粒钢筋粒 的化学组成，其铁含量达到 99% 以上，可有效补充炼钢铁耗。某 钢厂通过碳粒钢筋粒在不锈钢冶炼中的应用实践， 挖掘潜能， 优 化炉料配方结构， 在保证质量的前提下， 形成稳定可行的工艺路 线，成功地在AOD 炉中使用大量的碳粒钢筋头， 实现提产增效。
1 碳粒钢筋粒对提升炼钢冶炼效率的作用
某不锈钢厂生产工艺流程如下 ：红土镍矿——烘干机—— 烧结机——高炉——低镍铁水——AOD 炉——LF 炉——板坯连 铸机——不锈钢板坯——后续加工工序。本文讨论的碳粒钢筋 粒是在AOD 炉冶炼工序使用，以达到补充低镍铁水或改善AOD 炉冶炼条件的目的。
受国内外严峻的经济形势影响，原材料价格波动大，不锈钢 冶炼行业用料也产生较大的变化。在原材料选择上，往往选择性 价比较高的材料，但是，这些原材料成分不稳定。某钢厂高炉在 原材料成本高位压力下，调整炉料结构，降低炼铁成本。高炉的 出铁量以及高炉铁水的硅、磷等成分都无法满足炼钢需求，在增 加炼钢工序冶炼难度的同时， 也增加了辅材石灰、萤石球的消耗， 导致炼钢效益不理想。
某钢厂炼钢部另辟蹊径，适量使用碳粒钢筋粒来解决高炉炉料变化带来的负面影响。某钢厂所使用的碳粒钢筋粒详细成分 ： 铬含量 0.08%、锰含量 0.02%、硅含量 0.2%、碳含 0.25%、铁含量 99%、磷含量0.025%、硫含量0.015%。
某钢厂碳粒钢筋粒的使用方式为根据铁水条件，往AOD 中 直接加入碳粒钢筋粒 10~200kg/t。碳粒钢筋粒加入量在 50kg/t 以 下时，搭配硅含量大于 3.50% 的高碳铬铁冶炼 ;碳粒钢筋粒加入 量大于 50kg/t 的，视低镍铁水硅含量高低搭配适量硅铁补充热 量，保证AOD 冶炼的热平衡需求， 从而提高冶炼效率。同时利用 碳粒钢筋粒锰低、铬低、碳低、杂质低的特性，可以应用于微调 成分， 从而达到成分精控的目的。
根据冶炼实践显示，碳粒钢筋粒对炼钢冶炼效率提升的作用体现如下 ：
(1) 碳粒钢筋粒可填补高炉低镍铁水不足问题。碳粒钢筋粒 Fe含量在 99%，在高炉出铁量不足时，可以通过适量使用碳粒 钢筋粒来代替高炉铁水， 保证现场生产正常运行。
(2) 碳粒钢筋粒可实现炼钢热平衡。炼钢过程中提供的热量 与炼钢过程消耗的和钢水中保留下的热量之间，在数量关系上 是守恒的。金属熔池的温度控制与热量的收支密切相关。某钢 厂根据现场实际以及大量的生产数据收集发现，当前期铁水硅、 高铬硅总质量与铁水、高铬总质量之比达到 1.60% 时，炼钢热平 衡状态较理想， 炼钢效率明显提高。因而在高炉铁水硅含量大于 1.0% 时，结合现场冶炼所使用高碳铬铁硅含量，可以通过配加 碳粒钢筋粒， 以调整前期硅含量达到炼钢所需冶炼条件。如 ：某 炉次兑入高炉铁水 50t 冶炼某200 系不锈钢种，高炉铁水硅含量 1.35%，加入高碳铬铁 15t，高碳铬铁硅含量4.0%，此时前期铁水 硅、高铬硅总质量与铁水、高铬总质量之比为 1.96%，经计算加 入碳粒钢筋粒 14 吨后， 前期铁水硅、高铬硅总质量与铁水、高铬 总质量之比变为 1.6%。
(3) 碳粒钢筋粒有助于创造炼钢脱磷条件。对绝大多数钢种 来说，P 是有害元素，随着 P含量的增加，将降低钢的塑性、韧 性，即出现钢的脆性现象。由于在低温时更为严重，所以通常称 为“冷脆性”。一般随钢中 [C]、[N]、[O]含量的增加，P“冷脆性” 的有害作用也会逐渐增强。脱磷反应是强放热反应， 若熔池温度升高，将减小脱磷反应的平衡常数，脱磷率降低。因此，温度降 低有利于脱磷反应的进行。若高炉铁水磷含量过高， 在第一次倒 渣时，需要制造“低温”炉渣，此时通过加入碳粒钢筋粒，降低 炉内钢液温度到 1430℃~ 1480℃之间， 以此进行低温脱磷。
(4) 现今钢铁企业，大多都以“双渣法”为AOD 基本冶炼工 艺。该工艺在AOD 加入高碳铬铁后进行一次扒渣操作，此时取 化钢样分析炉内铁水成分， 再根据化钢样铬含量、碳含量判断此 炉钢的终端铬是否达标，碳粒钢筋粒体积小，其主要含量为 99% 的铁， 在检测扒渣样铬成分偏高时， 可通过料仓放碳粒钢筋粒进 行调整， 降低了用行车补高炉铁水频率， 提高生产效率。
(5) 通过AOD精炼后，终端成分已确认，根据AOD 冶炼温 度是否达到下道工序的要求、冶炼终端成分是否满足生产需要， 来决定碳粒钢筋粒加入量。碳粒钢筋粒的优点在于体积小， 能够 快速熔融，在钢包里加入碳粒钢筋粒能够有效地达到“降温、增 量、控制成分”的作用。在终端成分过高时，可以通过加入碳粒 钢筋粒调整成分， 减少倒包带来的负面影响。
综上所述，某钢厂通过利用碳粒钢筋粒优化炉料结构的方 式，炼钢工序平均每天产量提升 400t，生产效率提高 7.40%。该 钢厂的使用效益表明， 受国内外严峻的经济形势影响， 碳粒钢筋 粒在200 系不锈钢冶炼中的应用实践技术的开发，某钢厂能够立 足当前严峻的经济形势背景下，不仅可以减少铁水对200 系不锈 钢产量的制约，还可以创造条件实现脱磷，保证钢坯质量，更能 够通过成分精控， 实现钢铁冶炼中的降本增效， 高度符合现代化 炼钢厂生产经营中高效、环保、优质、节能的原则，为炼钢企业 绿色可持续发展打下良好基础。
2 碳粒钢筋粒对钢坯质量的影响
质量是指产品或工作的优劣程度，对不锈钢产品来说，质量 是保证炼钢行业发展的生命线， 质量就是生命， 没有质量企业就 会失去市场。在炼钢生产中， 对钢坯质量造成影响的主要是钢中 的非金属夹杂物，其中非金属夹杂物的形成主要来源于两个方 面 ：第一为冶炼炉内生成夹杂物，第二为外部影响生成的夹杂 物。非金属夹杂物可以分为气体夹杂物和氧化物夹杂物。
氧化物夹杂物的典型代表为 S、P 元素氧化物，包括 ：FeS、 MnS、P2O5、SO2 等形式，对200 系不锈钢来说，磷和硫均是有害 元素，磷元素过高会导致钢的“冷脆性”。硫元素极易与铁水中 其他元素反应形成硫化物。硫化物是钢中最常见的夹杂物之一， 它对钢的力学性能有恶化作用， 硫化物对钢的性能影响很大， 在 热加工温度下， 硫化物夹杂很容易被延展成长条状， 从而造成钢 韧性的各向异性，造成了钢的力学性能的恶化。因此，为改善钢 的性能，需尽可能将钢中硫、磷含量控制在最低水平。某不锈钢 厂200 系不锈钢中终端成分要求硫≦ 0.008%、磷≦ 0.048%。
气体夹杂物主要是钢液中氧和氮。氧是有害元素，可引起钢 坯热脆， 在钢液中氧元素超标， 在连铸拉钢过程中容易出现中包 液面翻滚，后期钢坯会出现边裂的问题。氮能使钢材强化，但显 著降低钢材塑性、韧性、可焊性和冷弯性能，增加时效倾向和冷 脆性， 除少量需要氮化物强化的钢材及部分合金钢、不锈钢中要 求有一定的含氮量外， 氮对绝大多数钢是有害的。洁净钢就对氮 的含量做出了严格的限制。氮在钢中有两种存在形式 ：溶于钢 中的氮原子 [N] 和与其他元素结合的氮化物。氮在钢中的溶解度 遵循西瓦特定律， 高温下溶入钢液的氮能在常温下留存下来， 且 V、Nb、Cr、Ti 可显著提高氮在钢中的溶解度。钢中的氮与钢材 的脆化现象紧密相关。当钢中氮以间隙原子形式存在时， 氮的危害便会产生。
钢中非金属夹杂物易使钢在压延过程中产生裂纹或产生各向异性。所以在轧后冷却的过程中， 在钢的基体和夹杂物周围将 产生不同步收缩，产生形变应力场，导致钢材出现局部裂纹。另 外由于夹杂物的形状受压延变形力的作用，并且不同种类的夹 杂物变形后的分布、走势也不同， 而使钢材产生了明显的各向异 性，影响了其正常使用。
碳粒钢筋粒中 Fe 含量 99%， P 含量 0.025%， S 含量 0.015%， 磷含量满足钢种要求，硫含量可通过精炼过程降低到合格范围 内。从碳粒钢筋粒的成分上分析， 炼钢中配加碳粒钢筋粒所带入 的有害元素是有限的， 对钢种质量无影响。
某不锈钢厂通过在冶炼200 系不锈钢中应用碳粒钢筋粒的 实践，跟踪质量问题进行实践验证。某钢厂在高炉铁水供应不 足时，通过AOD 单炉使用碳粒钢筋粒 9t ~ 15t(单耗 120kg/ t ~ 200kg/t) 进行冶炼，并把各成分控制合格范围后出钢，跟踪 后续钢坯质量问题。采用该钢厂使用大量碳粒钢筋粒替代高炉 低镍铁水的 36 炉冶炼情况，碳粒钢筋粒的使用量在 9t ~ 15t不 等，根据冶炼 36 炉数据收集结果反馈，仅 1 炉钢坯出现三类脱 皮，钢坯合格率达到 97.22%，达到该钢厂钢坯合格率 KPI 要求。 实践验证， 使用碳粒钢筋粒对后续钢坯质量的影响不大， 在高炉出铁量不足时，可以通过大量使用碳粒钢筋粒来代替高炉铁水， 保证现场生产运行。
3 碳粒钢筋粒在降本增效中的作用
碳粒钢筋粒在200 系不锈钢冶炼中的降本作用体现在两方 面 ：一是碳粒钢筋粒相对于低镍铁水具有性价比 ;二是碳粒钢 筋粒具有调整成分的作用， 这一过程产生降本效益。
3.1 碳粒钢筋粒相对低镍铁水的性价比分析
由上述可见，碳粒钢筋粒镍含量为 0.在目前的镍原料价格 行情之下， 若是把镍含量考虑进去， 碳粒钢筋粒相对低镍铁水是 不存在性价比的。但是，以某不锈钢厂现行的冶炼工艺，终端成分镍均值为 1.12%，而该200 系不锈钢终端镍成分要求 1.0% 以上 即可。在满足镍成分的前提下，计算可按单耗 100kg/t 以内配加 碳粒钢筋粒而不需要考虑镍含量带来的价差问题。
碳粒钢筋粒的成分 ：Cr0.08%、Mn0.02%、Cu 为 0.某钢厂高 炉铁水平均成分为 ：Cr3.90%、Mn1.20%、Cu0.035%。通过两者 成分对比， 碳粒钢筋粒需要增补 Cr3.82%、Mn1.18%、Cu0.035% 方可与低镍铁水成分一致。铬以 52 基高碳铬铁增补，锰和铜增 补原料使用电解锰和电解铜。经计算 1t碳粒钢筋粒需增补 52 基高碳铬铁 83kg、电解锰 13kg、电解铜 0.4kg，增补后碳粒钢筋 粒组成重量 1.096t。以碳粒钢筋粒增补后得到 1.096t 的成本和 1.096t低镍铁水的成本对比即可算出两者的成本差异。
取某一时期市场原材料价格如下 ：低镍铁水 5028.50 元 /t、 碳粒钢筋粒 4194.56 元 /t、高碳铬铁(52%) 9520.39 元 /t、电解锰 15846.57 元 /t、电解铜 69082.92 元 /t。
计算 1t碳粒钢筋粒增补到和低镍铁水成分一致时重量为 1.096t，所需成本为 ：
1*4194.56+0.083*9520.39+0.013*15846.57+0.0004*69082.92= 5218.39 元。
则等效 1t碳粒钢筋粒成本为 ：5218.39/1.096=4761.31 元 /t。 性价比比较 ：5028.50-4761.31=267.19 元 >0.
由上述成本对比分析可见，在不考虑镍成本的前提下，每 以碳粒钢筋粒替代 1t低镍铁水可以在200 系不锈钢生产中产生 267.19 元的成本， 碳粒钢筋粒具有成本优势。
3.2 碳粒钢筋粒在成分精控中的降本效益
碳粒钢筋粒杂质含量少，近似于纯铁，同时具备性价比优 势，可以做为在200 系不锈钢生产中进行成分调整的重要材料。 碳粒钢筋粒的成分精控途径主要为以下两种途径 ：
(1) 氧化期铬高补加碳粒钢筋粒降铬。某不锈钢厂200 系不 锈钢以“双渣法”为AOD 基本冶炼工艺。该工艺在AOD 加入高 碳铬铁后进行一次扒渣操作，此时取化钢样分析炉内铁水成分， 再根据化钢样铬含量、碳含量判断此炉钢的终端铬是否达标。以 “一种AOD 冶炼不锈钢种的标准化钢样碳铬范围表”为判断依 据，当铬含量高于对应钢种化钢样铬含量上限时，每高 1%，补 加碳粒钢筋粒 7.5kg/t，可以有效降铬，减少使用天车补低镍铁 水带来的附加影响并能有效防止终端铬高带来成本的增加。
(2) 微调成分阶段使用碳粒钢筋粒降铬、降锰。由于多种因素导致还原铬含量高于成分中线，每高 1%，补加碳粒钢筋粒 7.5kg/t ;当还原锰含量高于成分中线，每高 1%，补加碳粒钢筋 头 10kg/t。同时补加过程计算好碳和镍的成分，补加碳粒钢筋粒 后，碳不能超出上限，镍不能低于下限。通过补加碳粒钢筋粒的 方法微调成分后，某钢厂200 系不锈钢终端成分超标炉次大幅度 减少。
(3) 成分精控效益。通过补加碳粒钢筋粒的方法微调成分 后，某钢厂200 系不锈钢终端成分超标炉次大幅度减少， 终端铬、 锰成分平均值降低 0.1%，吨钢节约高铬 1.92kg，电解锰 1kg，降 本效益显著。
根据 上述某 一 时 期市 场原 材料价格 ：高碳铬铁(52%) 9520.39 元 /t、电解锰 15846.57 元 /t。折算为吨钢降本，则高铬降 本 18.27 元 /t，电解锰降本 15.84 元 /t。
综上所述，碳粒钢筋粒在200 系不锈钢冶炼中的应用实践， 无论是从经济效益还是实用价值来讲， 都具有较高的性价比。第 一，碳粒钢筋粒在一定程度上不仅可以实现替代铁水的作用， 而 且在不考虑镍值的情况下，碳粒钢筋粒相对于低镍铁水具有更 高的性价比。第二，碳粒钢筋粒在成分精控方面，不仅可以调整 前期的成分问题， 减少天车补水带来的负面影响， 还可以通过后 期对成分精控调整， 在钢铁生产中实现降本增效。受国际形势与 国内市场的影响，通过碳粒钢筋粒在200 系不锈钢冶炼中的应用 实践，能起到减少相对应的原材料消耗，碳粒钢筋粒在200 系不 锈钢冶炼中的应用实践，高度符合现代化炼钢厂生产经营中高 效、环保、优质、节能的原则。
4 结语
随着国际局部冲突加剧了形势的恶化，结合“碳达峰”“碳 中和”以及能源宏观调控的政策背景，碳粒钢筋粒在不锈钢冶炼 中的应用实践， 不仅是符合企业可持续发展的必然选择， 也是企 业对原有生产工艺优化调整的体现。某不锈钢厂在200 系不锈钢 中应用碳粒钢筋粒， 取得了生产效率和降本的双成效。某不锈钢 也将利用现有工艺技术， 在钢铁行业转型升级的快车道上， 继续 优化炼钢生产工艺流程， 加快新一代信息技术、人工智能和低碳 技术的应用， 建立和完善精准稳定、高效低成本生产高品质钢的 生产技术体系， 助推不锈钢行业健康高质量发展。
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