薛長江 張弘弼 李泉 叢海濤

摘 要：本鋼煉鋼廠受工序之間運輸限制，對出鋼溫度要求極為嚴格，各項煉鋼指標控制水平較低，碳排放水平較高，為了解決此類問題，通過工藝技術研發(fā)與創(chuàng)新，推進轉爐低溫低氧出鋼控制技術，減少能源消耗，提高鋼水質量，同時降低脫氧鋁的消耗，降低鋼鐵料消耗，提高負能煉鋼指標，減少碳排放，實現(xiàn)碳達峰碳中和。

關鍵詞：轉爐；低溫低氧；負能煉鋼；碳排放

RESEARCH AND APPLICATION OF LOW TEMPERATURE AND LOW OXYGEN CONVERTER PROCESS TO REDUCE CARBON EMISSIONS

Xue Changjiang? ? Zhang Hongbi? ? Li Quan? ? Cong Haitao

（Steelmaking Plant of Benxi Steel Plate Co.， Ltd.? ? Benxi? ? 117000， China）

Abstract：The steelmaking plant of Benxi Iron and Steel Co.， Ltd. is restricted by the transportation between processes， and has extremely strict requirements on tapping temperature. The control level of various steelmaking indicators is low， and the carbon emission level is high. In order to solve such problems， through process technology research and development and innovation， the control technology of converter low temperature and low oxygen tapping is promoted， so as to reduce energy consumption， improve the quality of molten steel， reduce the consumption of deoxidized aluminum， reduce the consumption of steel materials， improve the negative energy steelmaking indicators， and reduce carbon emissions， Achieve peak carbon neutralization.

Key words：Converter； Low temperature and hypoxia； Negative energy steelmaking； Carbon emission

0? ? 前? ? 言

本鋼煉鋼廠作為百年企業(yè)，生產(chǎn)工序受布局限制，工序之間運輸時間長，對出鋼溫度要求極為嚴格，高氧化性及高溫鋼水對轉爐脫磷、爐況維護、鋼水質量、煉鋼工序成本及提高廢鋼比都有直接影響。為降低能耗高問題，提高產(chǎn)品質量，減少碳排放，實現(xiàn)碳達峰的需求也越來越嚴格。實施低碳綠色、低成本戰(zhàn)略是鋼鐵企業(yè)生存及可持續(xù)發(fā)展的方向。為了解決煉鋼廠生產(chǎn)限制性問題，2022年以來，板材煉鋼廠堅持“以效益為中心”原則，重點圍繞提升產(chǎn)品質量，降低能源消耗。開始研發(fā)和推進轉爐低溫低氧出鋼控制技術（轉爐“雙低”技術），提高鋼水質量，同時降低脫氧鋁的消耗，提升負能煉鋼指標，減少過程損失導致的能源浪費，降低碳排放，實現(xiàn)煉鋼廠的低成本、高質量、綠色、低碳生產(chǎn)的先進生產(chǎn)廠。

1? ? 轉爐低成本、高質量、綠色、低碳生產(chǎn)實施目標

生產(chǎn)組織實現(xiàn)“快干長?！蹦Ｊ?，提高生產(chǎn)效率，達到最大限度利用熱能，降低轉爐終點溫度，降低轉爐終點氧，進而達到減少活性石灰消耗，實現(xiàn)轉爐造渣物料低消耗的低碳冶煉；優(yōu)化煤氣回收，提高回收量及煤氣熱值，降低全廠電耗，提高蒸汽回收水平，提高負能煉鋼的指標，減少能源消耗，降低碳排放，最終通過實施低溫低氧冶煉技術，快干長停模式，提高負能煉鋼指標，實現(xiàn)煉鋼廠的低成本、高質量、綠色、低碳發(fā)展目標。

2? ? 轉爐低溫低氧工藝實施

2.1? ? 轉爐低溫低氧冶煉工藝的優(yōu)點

實施轉爐低溫低氧冶煉技術可以獲得多方面的效益，具體情況如圖1所示。

2.2? ? 轉爐低溫低氧冶煉技術實施過程

在不影響鋼水質量前提下，通過優(yōu)化全流程溫度制度充分利用熱能條件下實現(xiàn)轉爐低溫出鋼。通過“快干長?！钡纫幌盗猩a(chǎn)模式，增加鋼包的保溫措施減少溫降，縮短轉爐出鋼時間減少溫降，適當降低連鑄中間包過熱度，最后LF爐適當升溫等措施實現(xiàn)轉爐低溫出鋼。

1）“快干長?！鄙a(chǎn)模式提高生產(chǎn)效率，減少各工序投入運行設備數(shù)量，達到最大限度利用熱能。例如產(chǎn)量在32 000 t/d以內，轉爐由原來七臺轉爐生產(chǎn)→六臺轉爐生產(chǎn)，停一臺轉爐。根據(jù)產(chǎn)量以此類推，最終根據(jù)產(chǎn)能優(yōu)化最終決定工序處理位投入個數(shù)，通過效率提升來提高熱能利用。

2）提高鋼包保溫性能，對鋼包砌筑工藝進行改進，永久層采用澆注方式，同時對鋼壁內襯增加保溫板（圖2），增加鋼包的保溫效果，同時對鋼包進行加蓋保溫（圖3），保證紅罐接鋼。從標定情況看，轉爐平均出鋼溫度降低15.2 ℃以上，運輸溫降由原來的1.6 ℃/min降低到0.9 ℃/min以下，有較好的保溫效果。

3）對轉爐出鋼口進行擴徑，降低出鋼時間，減少出鋼溫降，出鋼口內徑從160 mm擴徑到180 mm，平均出鋼時間從5.7 min降低到4.5 min（圖4），通過標定，相比擴徑之前轉爐出鋼溫降減少了7 ℃。由于出鋼溫度的降低，提高了耐材的使用壽命，出鋼口壽命由2021年226.2次，提高到313次，減少了轉爐更換出鋼口的次數(shù)，每次更換出鋼口時間約60～90 min，提高了轉爐的生產(chǎn)效率，也減少了熱損失。

通過上述措施減少了過程溫降，目前轉爐出鋼溫度RH鋼種由1 695 ℃降低至1 680 ℃；LF路徑鋼種由1 657 ℃降低至1 620 ℃。由表1可以看出，LF路徑鋼種實施低溫出鋼后，出鋼過程溫降由28 ℃降低至15 ℃，減少溫度損失13 ℃，減少了能耗損失。

盡管轉爐實施低溫出鋼后，LF路徑鋼種出鋼溫度降低37 ℃左右，但由于出鋼溫降減少，鋼包加蓋，鋼包保溫，運輸溫降降低，降低連鑄中間包過熱度等措施實施，LF爐升溫時間沒有變化（圖5），節(jié)能降本效果明顯。

3? ? 轉爐低溫低氧工藝實施效果

3.1? ? 轉爐低溫低氧出鋼

通過優(yōu)化轉爐的造渣工藝和氧槍的槍位控制，轉爐出鋼溫度對比2021年，RH鋼種由1 695 ℃降至1 680 ℃；LF路徑鋼種1 657 ℃降低至1 620 ℃。從圖6可以看出，溫度越低，氧含量越低，低溫有利于降低鋼水中氧含量。

從表2中看出，鋼水中氧含量降低了

97 ppm，減少了脫氧鋁的消耗，1-8月脫氧鋁平均比2021年降低0.5 kg/噸鋼。優(yōu)化過程槍位和終點拉碳槍位最低降至1.2 m等措施，轉爐終點爐渣的TFe%含量明顯下降，由2021年的19.83%降低至目前的14.37%，提高金屬收得率的同時減少了氧氣的消耗，最終減少了能源的消耗，減少了碳排放，金屬收得率提高。

3.2? ? 降低石灰消耗

理論研究表明，低溫有利于脫磷。從圖7可以看出，隨著終點溫度的上升，鋼水中磷含量增加，實際與理論相符，采用低溫出鋼技術后，脫磷率LF路徑鋼種由83%提高到87%，極大提高低磷鋼種煉成率。

在保證產(chǎn)品質量的前題下，減少石灰的用量。從圖8可以看出，灰耗從年初的38.4 kg/t降至8月份的30.34 kg/t，減少了8 kg/t。通過計算1 t石灰（石灰由石灰石煅燒生成，燒成溫度一般為1 000～

1 200 ℃，燒成后必須降溫才能運往轉爐料倉，而在轉爐內又要升溫到煉鋼溫度，這一過程浪費熱能，增加了CO2的排放）CO2排放量是0.683 t，煉鋼廠石灰少用8 kg/t，全年少用石灰80 000 t，減少碳排放5.1萬t。通過低溫出鋼技術實施散裝料消耗明顯降低，同時為后續(xù)多吃廢鋼降鐵耗，繼續(xù)降低終點氧、降低碳氧積，提供了技術保障。

3.3? ? 降低轉爐終點氧，碳氧積，提高轉爐復吹壽命

轉爐低溫低氧出鋼后，轉爐的耐材侵蝕速度下降，提高了轉爐的耐材壽命，有利于復吹磚的維護，使得復吹壽命大幅度提升，目前1號轉爐第3爐役復吹爐齡達到11 229爐。溫度降低后，碳氧平衡也降低，碳氧積由2021年的24.88降至目前20.05（圖9）。低溫低氧出鋼實施后復吹壽命的提高，使得吹煉過程轉爐爐內鋼水攪拌的均勻，復吹效果明顯提升，化渣效果更好。

4? ? 提高負能煉鋼水平，降低碳排放

4.1? ? 提高煤氣回收量

轉爐冶煉通過低溫低氧技術實施優(yōu)化氧槍槍位控制，吹煉前期大流量深吹，迅速升高CO%值，回收時間提前，后期深吹，最低槍位降至1.2 m，延長回收時間。吹煉過程實行降全罩方式操作，吹煉過程崗位要根據(jù)煙火及煤氣含量情況合理控制喉口開度，保證二文喉口微正壓控制；提升一次除塵風機轉數(shù)，我廠由于水質不達標，系統(tǒng)結垢嚴重，風機振值高，原來風機轉數(shù)最高1 350 r/min，而且轉不住，經(jīng)常降轉數(shù)，工作范圍在1 250～1 350 r/min，長徑文氏管的差壓在16～18 kPa范圍，除塵效果差，導致風機葉輪結垢嚴重，風機一直是偏低速運行，轉爐吹煉冒煙冒火現(xiàn)象也較嚴重，通過水質提高后，系統(tǒng)結垢趨勢降低，提高風機轉速（1 300 r/min提升至1 390 r/min），使煙氣流速提高增加與水的碰撞，達到煙氣中的塵與水充分結合，重力原理沉降下來，提高煤氣除塵效果，提高煤氣品質；煤氣回收通過程序編程由手動請示改為自動請示回收，避免人員責任心問題造成人工請示滯后，同時根據(jù)煤氣柜罐位情況開發(fā)三種煤氣回收模式。通過上述措施最大限度將煤氣回收，經(jīng)標定，CO%含量提高3.5%左右，煤氣回收量由102 m3/t提升到134 m3/t。

4.2? ? 提高蒸汽回收量

起初由于蒸汽系統(tǒng)崗位分散，生產(chǎn)信息不能集中管控，整體蒸汽平衡困難，蒸汽整體利用率低。為提高蒸汽利用率，對蒸汽系統(tǒng)進行整合集控，集中調配；強化鍋爐水水質管理理念，推進鍋爐水水處理，現(xiàn)場優(yōu)化管路，及時治理跑冒滴漏，吹煉期間在 CO 濃度未達到回收條件時，提升煙罩加快煙氣中 CO 的二次燃燒，促進生成蒸汽熱量，提高噸鋼產(chǎn)氣量，經(jīng)標定可多產(chǎn)蒸汽2～3 kg/t；為提高蓄熱器蓄熱能力將現(xiàn)場6臺150 m3臥式蓄熱器確保水位由目前600 mm提高到水位1 100～1 200 mm之間，采用補水電動閥、排水電動閥自動控制，減少人工長時間直排污導致蒸汽外泄；提高鍋爐汽包安全閥壓力，目前提高到3.2 MPa，減少了蒸汽的放散次數(shù)；最終確保蓄熱器蒸汽穩(wěn)定輸出，蒸汽噸鋼產(chǎn)汽由78 kg/t（設計為81 kg/t）提升到85 kg/t。

4.3? ? 降低電耗

電耗主要分為兩部分，一部分為設備電耗，另一部分為LF爐工藝造渣和升溫需求電耗。工藝方面通過采取快干長停模式，提高生產(chǎn)效率，加快系統(tǒng)物流，減少過程溫降，降低過熱度，降低LF爐升溫時間，節(jié)約電耗。設備方面做好升級改造，轉爐一次除塵風機原采用軟啟動-液力偶合器控制方式，該方式高速運行時電流約166 A，低速約36 A，年均噸鋼耗電量約6.5 kWh/t，通過技術升級改造，轉爐一次除塵風機變頻改造后高速電流145 A，低速電流10 A，7臺轉爐一次除塵噸鋼電耗約5.25 kWh/t，節(jié)電1.25 kWh/t。同時優(yōu)化設備投入做到能停機，電耗呈現(xiàn)逐月降低的趨勢。

4.4? ? 降低跑冒滴漏

開展全員隨手拍活動，成立“隨手拍”工作群，鼓勵職工檢查漏點，對職工發(fā)現(xiàn)的能源浪費現(xiàn)象進行獎勵。同時廠內成立能耗日常檢查小組，不定期對現(xiàn)場進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，同時對相關作業(yè)區(qū)進行通報和考核。通過跑冒滴漏治理，長流水、直排風點位明顯減少。全月水耗、氣體消耗均有降低。

板材煉鋼廠2022年1-8月綜合工序能耗完成-8.88 kgce/噸鋼，比上年同期降低7.4 kgce/噸鋼，5月份達到-10.1 kgce/噸鋼，8月份到達-10.34 kgce/噸鋼，再創(chuàng)歷史最好水平，減少了碳排放，實現(xiàn)了煉鋼廠綠色、低碳發(fā)展。

5? ? 結? ? 論

1）轉爐低溫低氧煉鋼技術實施，轉爐爐出鋼溫度平均降低35℃，終點氧降低97 ppm，活性石灰消耗由38.4 kg/噸鋼降至30 kg/噸鋼，轉爐碳氧積24降至20，轉爐終點氧降至460 ppm以下。

2）轉爐低溫低氧煉鋼技術實施為后續(xù)廢鋼量增加，降低鐵耗提供技術支持。

3）通過槍位控制，降罩操作，自動請示等技術手段，煤氣回收102 m3/t提升到134 m3/t。

4）通過吹煉過程煤氣未回收期時，提高煙罩加快CO燃燒提高蒸汽產(chǎn)生量，鍋爐系統(tǒng)優(yōu)化，蒸汽噸鋼產(chǎn)汽由78 kg/t提升到85 kg/t。

5）通過快干長停模式，設備升級改造，全廠總電耗由82 kWh/t降至70 kWh/t，負能煉鋼達到-10.34 kgce/噸鋼。

參考文獻

[1]? ? 王雅貞，張巖，張紅文.氧氣頂吹轉爐煉鋼工藝與設備[M].第二版.北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

[2]? ? 李世龍，孟祥燕.轉爐負能煉鋼與煤氣回收技術[J].鋼鐵，1997，32（Z1）：563-567.

[3]? ? 劉志昌，劉天壯.氧槍[M].第二版.北京：冶金工業(yè)出版社，2017.

[4]? ? 馬春生.低成本生產(chǎn)潔凈鋼的實踐[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2016.

[5]? ? 馬春生.轉爐煙氣凈化與回收工藝[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2014.