鄧志勇，王飛宇，張一臣，馬桂芬，楊春偉

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

我國是世界最大的產(chǎn)鋼國，同時也是資源、能源相對匱乏的國家，實(shí)施高效生產(chǎn)、節(jié)能減排是保證我國鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。鋼鐵冶煉中，我國的轉(zhuǎn)爐冶煉占比超過90%，因此減少轉(zhuǎn)爐能耗對保證鋼鐵工業(yè)健康發(fā)展具有重要意義。近年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋼鐵企業(yè)大力推行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，煉鋼生產(chǎn)正在向?qū)崿F(xiàn)緊湊式連續(xù)化的專業(yè)生產(chǎn)線、實(shí)現(xiàn)高效率快節(jié)奏的生產(chǎn)工藝、向降低消耗和污染的方向發(fā)展[1]。降低鐵鋼比、提高轉(zhuǎn)爐冶煉周期是提高轉(zhuǎn)爐工序能效的主要技術(shù)指標(biāo)。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中消耗的能源介質(zhì)主要有電能、各種燃?xì)夂退?。從中鋼協(xié)公布的2018 年轉(zhuǎn)爐工序能耗數(shù)據(jù)來看[2]，跟蹤重點(diǎn)鋼企轉(zhuǎn)爐工序平均能耗消耗為10.61 kgce/t，對煤氣和蒸汽回收的能源平均為24.0 kgce/t，轉(zhuǎn)爐工序綜合能耗為-13.39 kgce/t，基本實(shí)現(xiàn)了負(fù)能煉鋼。本文根據(jù)天鋼集團(tuán)聯(lián)合特鋼有限公司的3座120 t 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實(shí)踐，重點(diǎn)介紹提高轉(zhuǎn)爐工序能效的具體措施，分析各種措施對能效提高的貢獻(xiàn)率，為轉(zhuǎn)爐煉鋼企業(yè)提高工序能效提供借鑒。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼能效主要影響因素及分析

在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中，對整個工序能耗影響最大的因素為轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中電、氧氣、氮?dú)獾南摹⑥D(zhuǎn)爐煤氣回收與消耗以及蒸汽回收量。在轉(zhuǎn)爐冶煉中，鐵水載能最大，其消耗對煉鋼的能值影響也最大，其次為轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率，縮短轉(zhuǎn)爐吹煉可以有效降低各類消耗，還可促進(jìn)鋼包周轉(zhuǎn)熱效率，降低耐材消耗。另外影響較大就是煤氣和蒸汽回收，高效的回收可以有效提升工序能效。

1.1 增加廢鋼入爐量，降低鐵鋼比

降低鐵鋼比，增加廢鋼入爐量，將廢鋼作為新鐵源取代部分鐵水有利于提高鋼產(chǎn)量，也可增加轉(zhuǎn)爐原料的適應(yīng)性，可根據(jù)市場情況選擇最佳的原料結(jié)構(gòu)，降低煉鋼成本，同時降低鐵鋼比，有利于減少環(huán)境污染和噸鋼能耗，形成綠色化生產(chǎn)。

（1）采用全工序廢鋼加入工藝

多加廢鋼是控制轉(zhuǎn)爐能耗關(guān)鍵，為實(shí)現(xiàn)高廢鋼比冶煉，解決廢鋼裝入困難的問題，建立了多工序廢鋼裝入制度：分別在鐵水溝、鐵水罐、廢鋼斗、轉(zhuǎn)爐高位料倉和爐后鋼包內(nèi)加入適量廢鋼（見圖1），縮短廢鋼裝入時間。

圖1 工序廢鋼加入量

通過全工序廢鋼加入工藝入爐廢鋼量明顯增加（見圖2）可以看出，對于120 t 轉(zhuǎn)爐，采用全工序廢鋼加入工藝廢鋼，加入量增加了16 t。由于轉(zhuǎn)爐熱平衡控制準(zhǔn)確，入爐的碳素降低，不僅沒有延長轉(zhuǎn)爐冶煉周期，而且保證了高廢鋼比快速冶煉的要求。

圖2 傳統(tǒng)工藝與新工藝入爐廢鋼對比

（2）探索工序廢鋼預(yù)熱工藝

對于鐵鋼比降低，增加廢鋼，廢鋼的快速熔化成為關(guān)鍵。對此我們采用廢鋼在線烘烤技術(shù)，提高廢鋼入爐溫度，加快其熔化。實(shí)驗(yàn)室研究表明[3]，廢鋼預(yù)熱到400 ℃以上后，熔化時間從常溫需要35 min 快速降到25 min 以內(nèi)。以此我們建立鐵水包在線廢鋼和鋼包在線廢鋼預(yù)熱工藝。兌完鐵后鐵包在運(yùn)輸線上加廢鋼5~10 t，預(yù)熱時間可做到30 min 以上，廢鋼預(yù)熱溫度可達(dá)600~700 ℃；鋼包在修包結(jié)束后加入廢鋼5 t，在線烘烤預(yù)熱25 min 以上，廢鋼溫度可達(dá)300~400 ℃，在鋼水強(qiáng)大的沖擊攪拌作用下，鋼包內(nèi)的廢鋼迅速熔化；由于鐵包廢鋼預(yù)熱措施的有效實(shí)施，使得轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度提高了13.6 ℃，由于出鋼溫度的保證，使得鋼包加廢鋼工藝成為可能。

（3）降低鐵鋼比效能分析

通過全工序廢鋼入爐工藝和廢鋼預(yù)熱，轉(zhuǎn)爐能效取得明顯改善，轉(zhuǎn)爐吹煉氧氣消耗下降5 m3/t，噸鋼的綜合能耗減少138.5 kgce/t（見圖3、圖4）。

圖3 2018 年和2019 年入爐綜合能耗對比

圖4 2018 年和2019 年轉(zhuǎn)爐氧氣消耗對比

1.2 縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期

（1）縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期

為了提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率，減少輔助時間，縮短冶煉周期，天鋼聯(lián)合特鋼進(jìn)行了一些列技術(shù)改造和攻關(guān)。主要包括改造加廢鋼模式、采用高效氧槍、實(shí)現(xiàn)不倒?fàn)t出鋼、高效出鋼模式、提高單爐產(chǎn)量等技術(shù)措施（見表1）。

通過以上措施實(shí)施，轉(zhuǎn)爐單爐產(chǎn)量在增加10 t的基礎(chǔ)上，使轉(zhuǎn)爐吹煉周期從平均32 min 降低到平均23 min，單座轉(zhuǎn)爐日產(chǎn)爐數(shù)從40 爐提高到53爐，提高轉(zhuǎn)爐效率32.5%。

（2）縮短冶煉周期效能分析

通過提高轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)效率，轉(zhuǎn)爐能耗指標(biāo)明顯改善，電耗噸鋼下降10.5 kWh，氧氣消耗下降11 m3/t 鋼，氮?dú)庀南陆?.61 m3/t 鋼，煤氣回收提高13.4 m3/t 鋼，蒸汽回收提高26 kg/t 鋼。轉(zhuǎn)爐能效顯著提高（見圖5）。

1.3 優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)

（1）推行不用氧化性材料造渣工藝

傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐采用氧化性冷卻劑化渣為主、氧槍化渣為輔的造渣工藝。為了充分利用轉(zhuǎn)爐化學(xué)熱能，造渣料采用活性石灰和輕燒白云石兩種渣料，通過氧槍槍位變化調(diào)控，保證合理的（FeO）促進(jìn)石灰溶解，實(shí)現(xiàn)冶煉過程不加氧化劑和生渣料。石灰的加入量嚴(yán)格按照鐵水硅含量控制，終渣堿度控制在2.8~3.0，輕燒白云石盡量在前期加入。兩者工藝對比見表2。

表1 提高轉(zhuǎn)爐吹煉效率的技術(shù)措施

圖5 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率提升能耗對比

表2 兩種造渣制度工藝對比

從表2 看出，采用無冷卻劑加入工藝轉(zhuǎn)爐入爐廢鋼比例提高，在堿度降低情況下，脫磷率和傳統(tǒng)工藝相當(dāng)，但終渣T.FeO%降低，脫硫率明顯提高。

（2）能效分析

通過合理的爐料結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)爐冶煉過程噴濺減少，降低渣料消耗，噸鋼渣料從傳統(tǒng)工藝的61.56 kg/t 降低到48.36 kg/t；渣料減少20%，節(jié)約能耗為2.43 kgce/t[4]。

1.4 降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度

隨著轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)高效化，冶煉周期的縮短，轉(zhuǎn)爐熱停時間明顯減少，終點(diǎn)采用不倒?fàn)t出鋼，擴(kuò)大出鋼口直徑，出鋼時間縮短1~2 min，由此轉(zhuǎn)爐熱效率得到顯著提高，為轉(zhuǎn)爐降低出鋼溫度奠定基礎(chǔ)。由于整個生產(chǎn)節(jié)奏加快，我們對爐機(jī)匹配進(jìn)行了技術(shù)改造，結(jié)合連鑄高效澆注，鋼包數(shù)量減少，而周轉(zhuǎn)加快，鋼包盛鋼溫度從950 ℃提高至1 100 ℃，帶來連鑄澆注過熱度降低10~15 ℃，也為轉(zhuǎn)爐進(jìn)一步降低出鋼溫度創(chuàng)造有利條件。轉(zhuǎn)爐出鋼溫度從1 610~1 640 ℃降至1 590~1 620 ℃，平均降低溫度20 ℃，節(jié)約能耗0.63 kgce/t。

1.5 高效的煤氣和蒸汽回收

通過縮短轉(zhuǎn)爐吹煉時間，加快吹煉節(jié)奏，加大供氧強(qiáng)度，提高供氧效率，優(yōu)化搶位控制，實(shí)現(xiàn)不倒?fàn)t出鋼，有效提升轉(zhuǎn)爐煤氣和蒸汽的回收量，煤氣和蒸汽回收分別增加13.4 m3/t 鋼、26 kg/t 鋼，增加能源回收分別為2.72 kgce/t 鋼、2.27 kgce/t 鋼。

2 綜合效能分析

通過圍繞以上五方面的工藝研究，轉(zhuǎn)爐工序的綜合能耗明顯降低。2018 年鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐綜合能耗為-13.39 kgce/t，聯(lián)合特鋼為-16.60 kgce/t。2019 年1—9 月，通過實(shí)施全流程廢鋼入爐措施，每爐可增加廢鋼10~15 t。通過提高轉(zhuǎn)爐吹煉效率，冶煉周期降至23.0 min，單爐日平均提高產(chǎn)量10 爐。通過優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)特，降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，提高煤氣和蒸汽回收量，轉(zhuǎn)爐綜合能耗下降至-21.3 kgce/t，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

（1）通過全工序廢鋼加入工藝和廢鋼預(yù)熱，可降低氧氣消耗5 m3/t，噸鋼綜合能耗減少138.5 kgce/t。

（2）縮短冶煉周期至23 min，轉(zhuǎn)爐冶煉效率提高32.5%，可以有效降低能耗指標(biāo)。

（3）通過實(shí)行不加冷料造渣工藝，轉(zhuǎn)爐渣料減少20%，節(jié)約能耗為2.43 kgce/t。

（4）出鋼溫度降低20℃，可節(jié)約能耗0.63 kgce/t。

（5）通過提高煤氣和蒸汽回收量，可降低轉(zhuǎn)爐能效4.99 kgce/t。

（6）通過對降低轉(zhuǎn)爐能效工藝實(shí)踐，轉(zhuǎn)爐綜合能效下降至-21.3 kgce/t。