吳涌濤

(方大特鋼科技有限公司)

方大特鋼轉爐 -精煉 -連鑄全工序負能煉鋼實踐剖析

吳涌濤

(方大特鋼科技有限公司)

對方大特鋼中小型轉爐從鐵水脫硫預處理—轉爐—LF精煉爐—連鑄全工序實現“負能煉鋼”的實踐進行了剖析，開發(fā)轉爐煤氣和蒸汽用戶是前提，提高轉爐煤氣回收是降低煉鋼工序單位能耗的關鍵，而提高轉爐蒸汽回收又是進一步降低煉鋼工序單位能耗的重點，同時節(jié)電、提高工序作業(yè)率等也是降低煉鋼工序單位能耗的措施。

轉爐 負能煉鋼 煤氣回收 蒸汽回收

0 前言

隨著世界經濟的繁榮、發(fā)展，能源與環(huán)保問題日益突出，為此，全球極力倡導清潔化生產和循環(huán)經濟，實現低碳經濟 (生活)。鋼鐵企業(yè)一直是能耗、物耗大戶，響應形勢，節(jié)約能源減少排放是企業(yè)的責任和義務，同時由于國際鋼鐵消費和鋼鐵產量逐年遞增，造成世界范圍內資源和能源緊張，資源和能源大幅度漲價，使鋼鐵工業(yè)的利潤空間縮小。因此，鋼鐵工業(yè)更需依靠進一步降低能耗水平、提高資源利用率，來保證持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

鋼鐵生產必然消耗能源、資源，但在生產消耗能源、資源的過程中，通過轉換、再造，同時又產生了另一種能源、資源，對這些能源加以利用，就是鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗減排的重要舉措。對轉爐煉鋼，生產過程中消耗的能源與通過轉換、再造產生的可回收利用的能源相比，后者大于前者，就是我們常說的“負能煉鋼”；“負能煉鋼”是轉爐煉鋼節(jié)能減排、發(fā)揮資源利用、降低成本的重要和主要措施之一。

1 負能煉鋼的定義

按照標準[1]定義，“負能煉鋼”是針對“轉爐工序單位能耗”而言，“在報告期內，轉爐工序(不包括精煉和連鑄)每生產一噸合格粗鋼，扣除工序回收的能源后實際消耗的各種能源總量”；負能就是“轉爐工序單位能耗”小于零。按照這一傳統(tǒng)的概念，很多鋼廠早已實現“負能煉鋼”。但這一概念未能全部涵蓋煉鋼工藝全過程的能量轉換與能量平衡，不能評價整個煉鋼工序能耗狀況，不能代表一個鋼廠的總體能耗水平。特別是隨著煉鋼技術發(fā)展，煉鋼廠增加了鐵水脫硫預處理、爐外精煉等新技術，而這些技術的應用，或多或少都會消耗能源，消耗能源就是消耗成本，污染環(huán)境；因此，企業(yè)和行業(yè)均追求的是指煉鋼全工序、全過程的“煉鋼綜合工序單位能耗”指標“負數”。

按照《中國鋼鐵工業(yè)生產統(tǒng)計指標體系——指標目錄》[2]示：“煉鋼綜合工序單位能耗”包括“轉爐工序單位能耗”、“精煉工序單位能耗”和“連鑄工序單位能耗”。煉鋼工序過程中所支出消耗的能量項目有：氧氣、氮氣、煤氣、壓縮空氣、電、水等；經轉換、釋放且回收的能量項目有：回收煤氣、回收蒸汽，或回收煤氣、回收蒸汽轉化的電等。

下面筆者就方大特鋼科技有限公司煉鋼廠 (原南昌長力鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，以下簡稱“方大特鋼轉爐”)的中小型轉爐從鐵水脫硫預處理 -轉爐—LF精煉爐—連鑄全過程的煉鋼工序的降低能耗做法進行剖析。

2 方大特鋼轉爐“負能煉鋼”現狀

方大特鋼轉爐于2004年4月27日一期工程試產，經2005年到2007年的二期工程完成，截至2007年5月已擁有復吹轉爐三座，其中65 t兩座，80 t一座，配備600 t混鐵爐一座，65 t LF精煉爐一座，連鑄機三臺。設計煉鋼生產能力260萬 t，后又于2009年元月上馬了一臺鐵水預處理和再投產一座(90 t)LF精煉爐。

隨著硬件設備的完善，方大特鋼于2007年提出了煉鋼全工序“負能煉鋼”的方向，要求三年內實現“煉鋼工序單位能耗”＜0 kgce/t的目標。方大轉爐2007年“煉鋼工序單位能耗”如圖1、圖2所示。

從圖1、圖2分析可以看出，降低“煉鋼工序單位能耗”，需從兩個方面入手，一是增加回收量 (開源)，二是減少消耗量 (節(jié)流)，即所謂的“開源節(jié)流”。

2.1 回收能源現狀

圖1 2007年能源消耗項目比例

圖2 2007年能源回收項目比例

2007年回收轉爐煤氣完成49.60 m3/t，略低于50 m3/t的全國平均水平，與當年全國最好水平太鋼(111 m3/t)比相距更大。

2007年回收轉爐蒸汽完成0.0353 t/t，不及當時所了解的幾個鋼廠0.050 t/t回收蒸汽水平。

2.2 消耗能源現狀

2007年能源消耗項目現狀見表1。

表1 2007年方大特鋼轉爐能源項目消耗情況

2007年，方大特鋼轉爐精煉鋼水比例12.92％，精煉工序能源消耗占總能源的11.53％；轉爐工序單位能耗0.85 kgce/t，精煉工序單位能耗 7.03 kgce/t，連鑄工序單位能耗6.28 kgce/t。

3 分析

3.1 轉爐煤氣回收

方大特鋼轉爐采取的是“OG”法回收煤氣，其回收工藝流程如圖3所示。

圖3 回收工藝流程

在回收的運行中發(fā)現一些問題：一是一文喉口差壓在3.5 kPa左右，一文阻損偏大，現場發(fā)現一文噴嘴流量為 84 m3/h·只，比設計大24 m3/h·只，噴嘴噴水的霧化不理想影響一文的降溫、滅火、粗除塵效果；二是二文的噴嘴和翻板結垢嚴重，二文水壓偏小，達不到二文的精除塵效果，應重新計算；三是重力脫水器，脫泥脫水效果很不理想；四是煉鋼操作降罩不完全，罩降不下來，煤氣中 CO含量達到回收條件滯后，一爐鋼回收時間短；五是最主要的根源，煤氣用戶少，對問題的解決推動力少。

3.2 轉爐蒸汽回收

轉爐蒸汽并入公司管網，由于蒸汽用戶的限制，公司對轉爐蒸汽的生產量進行控制；雖有轉爐蒸汽發(fā)電技術，受認識和當時設備與技術的影響，公司沒有開發(fā)蒸汽使用用戶。如進行汽包、蓄熱器、罩裙、水質等改造、改進，轉爐蒸汽有大幅提高的余地。

3.3 電

煉鋼用電必不可少，但如何降低電耗是關鍵。降低電耗有兩個方面工作：一是合理利用現有節(jié)電設備、技術，二是提高工序作業(yè)率，降低噸鋼電耗。前者如轉爐一次除塵風機的變頻技術，循環(huán)冷卻水的高效流體輸送節(jié)能水泵技術，LED節(jié)能燈泡的技術等；后者充分發(fā)揮爐機匹配，穩(wěn)定和提高各工序作業(yè)率。轉爐一次除塵風機的變頻技術，3#轉爐投產時配有該設備，但現場一直用不好，主要問題是風機葉輪沖洗效果不好影響；高效流體輸送節(jié)能水泵、節(jié)能燈泡要替代現有水泵、燈泡，一次性投資大，可采取逐步更換的辦法；工序作業(yè)率的提高直接表現是產量的提高，當然隨精煉品種增多，會影響產能，但離設計產能還是有提高的幅度。

3.4 氧氣

2007年60.8545 m3/t的氧氣消耗偏高，深入爐料結構、渣料控制、轉爐有效容積控制、氧槍參數、冶煉操作等方面研究能降低氧氣消耗。

3.5 自用煤氣

一方面要以轉爐煤氣取代焦爐煤氣，擴大轉爐煤氣的自用，減少焦爐煤氣用量，另一方面對自用主要用戶鋼包烘烤采取蓄熱式烘烤器技術，可節(jié)約煤氣30％左右。

3.6 壓縮空氣和補充水

壓縮空氣用點主要是風動送樣、氣動閥、連鑄氣霧二冷等；水主要是因煉鋼循環(huán)用水揮發(fā)等損耗而補充的量。壓縮空氣和用水點較廣，主要辦法是控制跑冒滴漏，特別是外排水。

4 采取措施

4.1 煤氣回收

1)對一文噴嘴進行重新計算、選型和現場實踐，最后確定選用噴嘴流量為40 m3/h·只，提高了供水壓力，喉口差壓降低，霧化效果提高，提高了除塵的效率。

2)重新設計制做二文。將二文噴嘴的數量適當減少，孔徑縮小，使二文水壓達到0.35mPa～0.45mPa，解決了二文水壓偏小，噴嘴和翻板結垢的問題。

3)在重力脫水器的進氣口增加一段Φ1320mm，長1300mm的圓管，解決了重力脫水器脫泥、脫水效果不好的問題。

4)操作上采取完全降罩辦法，規(guī)定轉爐降氧槍同時必須降半罩，火焰起來立即降罩冶煉；適量提高了氧氣供氧強度。為此，制定了《煤氣回收冶煉操作辦法》及《煤氣回收安全規(guī)程》，并組織了學習培訓和檢查考核。

5)隨著市區(qū)居民使用焦爐煤氣的增加，和公司內部軋鋼系統(tǒng)和石灰窯改用一部分轉爐煤氣，公司逐步擴大了轉爐煤氣的用戶點。

4.2 轉爐蒸汽回收

為了保證蒸汽水質，加強了水質管理，要求化驗工每天對汽包進行取樣、化驗，并將結果及時通報操作工，操作工根據化驗結果進行加藥。巡檢工每班對汽包、蓄熱器等進行排污，保證水質硬度達標。由于轉爐蒸汽缺乏使用用戶頻頻放散，因此，僅在確保蒸汽水質方面作了工作。

4.3 節(jié)電

1)3#轉爐投產之初是變頻風機，經與風機廠級多次溝通和廠家派人指導，及外出參觀學習，逐步掌握了變頻風機的應用；目前已采購1#、2#轉爐風機的配套變頻設備。

2)整體規(guī)劃廠房節(jié)能照明方案，下步逐步實施。

3)采用可調控制器，自動調節(jié)廠房、大道上照明開燈、熄燈時間，解決晚關燈或不關燈現象，以及規(guī)定空調最低調溫26℃，人走關燈、關電扇、關空調等節(jié)電措施。

4)以開展“提高工序作業(yè)率”的勞動競賽為契機，帶動縮短冶煉周期、減少鋼包周轉個數、穩(wěn)定精煉周期和連鑄拉鋼時間、降低澆鋼溫度等指標的進步，有效減少了因品種鋼比例逐年提高，國家限產限電，全球金融危機等使鋼產量減少而造成的對工序單位能耗的影響。

4.4 氧氣消耗

1)提高、穩(wěn)定裝入轉爐裝入量，加強裝入材料的成分、重量信息溝通。

2)與氧槍噴頭廠家聯系、溝通，重新設計、改進氧槍噴頭，擴大氧槍噴頭的喉口直徑和夾角，適量增加供氧強度，加強過程化渣效果。

3)規(guī)范班班測量氧槍高度制度，指導主操工操控，同時制定最佳氧槍操控推薦表，通過控制氧壓、瞬時氧氣流量和氧槍高度，提高氧氣利用率。

4)對爐前工進行技術培訓，提高操作水平，嚴格控制高溫鋼，防止拉后吹，降低吹損，提高一次倒爐率。

5)采用高拉碳冶煉技術和實施低溫工程。

4.5 自用煤氣

1)混鐵爐采取快進快出(鐵)技術；烘烤鋼包蓋采用蓄熱式燒嘴烘烤器，提高煤氣利用效果。

2)應用轉爐煤氣烘烤合金技術，上馬三座合金烘烤爐；中包、鐵包烘烤改用轉爐煤氣；減少焦爐煤氣用量，合理增加轉爐煤氣用量。

4.6 壓縮空氣和補充水

1)做好轉爐閉路循環(huán)水的工作，杜絕外排水。2)根據鋼種不同控制連鑄壓縮空氣的流量大小。3)開展經常性檢查活動，定期或不定期組織檢查，杜絕現場跑、冒、滴、漏、外排現象。

5 效果

1)工序單位能耗各項目完成情況。2007年～2010年工序單位能耗各項目完成情況見表2。

表2 2007年～2010年工序單位能耗項目完成情況

2)各工序的工序單位能耗指標完成情況。2007年～2010年各工序的工序單位能耗完成情況見表3。

表3 2007年～2010年各工序的工序單位能耗完成情況 kgce/t

3)轉爐煤氣、蒸汽提高對工序單位能耗的影響。①以2010年1～3月份水平計算，轉爐煤氣回收再提高10 m3/t(從 86.33 m3/t提高到96.33 m3/t)，能進一步降低煉鋼工序單位能耗4.84 kgce/t；②以2010年1～3月份水平計算，轉爐蒸汽回收再提高50 kg/t(從0.0301 t/t提高到0.0801 t/t)，能進一步降低煉鋼工序單位能耗5.15 kgce/t；③以2010年1～3月份水平計算，轉爐煤氣回收再提高10 m3/t，同時轉爐蒸汽回收再提高50 kg/t，煉鋼工序單位能耗能做到 -11.10 kgce/t；④以2010年1～3月份平均49.41％精煉鋼種比例計算，精煉工序消耗的能源影響煉鋼工序單位能耗2.788 kgce/t。

6 結語

方大特鋼中小型轉爐在轉爐 -精煉 -連鑄全工序實現了負能煉鋼；從實踐看，煤氣回收提高是關鍵，并還可進一步降低。方大特鋼轉爐蒸汽回收潛力較大，以2010年1～3月份0.0301 t/t的水平，蒸汽回收提高到0.0801 t/t，煉鋼工序單位能耗可再降低5.15 kgce/t。

精煉工序的復雜性會增加精煉工序單位能耗，因此，精煉鋼種比例的增加，會影響煉鋼工序單位能耗。

[1]國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會編寫. GB21256-2007粗鋼生產主要工序單位能源消耗限額.2007：1.

[2]中國鋼鐵協會.中國鋼鐵工業(yè)生產統(tǒng)計指標體系——指標目錄.北京：冶金工業(yè)出版社，2004：115-133

STEELM AK INGW ITHM INUS ENERGY CONSUM PT ION ANALYSIS O F THE
CONVERTER-REF IN ING-CONT INUOUS CAST ING IN FANGDA SPEC IAL STEEL CO.，L TD.

W u Yongtao
(Fangda steelm aking p lant)

This artic le analyzed from the HotM etal Desulfurization Pretreatm ent-converter-LF refining furnacecon tinuous casting p rocess to achieve the“negative energy steel-m aking”in sm all andmedium sized converters of Fangda special Steel Co.，L td.The developm ent of converter gas and steam custom ers is a p rem ise，and the imp rovem ent converter gas recovery is the key to reduce unit energy consump tion of steel-m aking p rocess，but ano ther key to reduce the converter energy consump tion is to imp rove the steam recovery.A t the sam e tim e saving electricity and imp roving p rocess operation rate are alsomeasures of reducing the energy consump tion in steel-m aking p rocess unit.

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2010—5—19