關(guān)鍵詞：新能源；車輛；冶金工程；節(jié)能；成本；碳排放

0 引言

在冶金工程項目中，由于傳統(tǒng)的車輛需要軌道和在線供電設施等，因此在車輛拐彎、過跨、鋼包和鐵包的旋轉(zhuǎn)等方面，需要配備其它設備（如起重機、旋轉(zhuǎn)臺等）來倒運鋼包、鐵包等，這就不可避免地造成了運輸高溫液體的包體（鋼包、鐵包、渣包等）在車間的停留時間延長，造成大量的熱量散失（滿包、空包等待）、生產(chǎn)耽誤、耐材損失，金屬損失、設備投資增加、運行成本升高。因此，采用一種無需軌道的、可行走自由的、可離線工作的新能源車，可以解決該問題，同時還可以減少高溫液體的運輸時間、減少散熱和碳排放、節(jié)約能耗、無電纜燒損，降低了運行成本。

所謂新能源車輛就是采用磷酸鐵鋰電池組或超級電容電池組來供電、驅(qū)動的運輸設備，其車載電源通常采用磷酸鐵鋰電池組。隨著新能源技術(shù)的發(fā)展、成熟、完善，已經(jīng)出現(xiàn)了大能量密度電池，這給新能源車輛在煉鋼項目中的應用帶來了發(fā)展機會，如2022年寶武集團寶山基地在80 t渣包車和吉安鋼鐵有限公司在100 t渣包車上應用新能源供電，2024年8月山東永鋒鋼鐵有限公司載重量達520 t的新能源鋼包車投入使用，用來運輸2臺150 t鋼包。

1 新能源車輛在冶金項目的應用優(yōu)勢

與傳統(tǒng)車輛相比，新能源車在冶金工程中的應用具有如下優(yōu)勢。

1）運行靈活，實現(xiàn)地面設備安全、人身安全。

由于沒有軌道和在線供電設施限制，新能源車可以任意拐彎、過跨和旋轉(zhuǎn)，運行靈活。采用新能源車運輸高溫液體，鋼包在各冶煉工位轉(zhuǎn)移只在地面行走，沒有吊車吊運過程（鋼水、鐵水、液渣）經(jīng)過設備，減少了高溫液體泄漏造成的設備安全、人身安全問題。

2）降低起重機作業(yè)率，減少維護工作量。

采用新能源車運輸高溫液體，可以任意拐彎、過跨、旋轉(zhuǎn)，無需車間起重機的幫助，起重機作業(yè)率顯著下降，因此增加了起重機的安全性。同時，由于起重機的作業(yè)率顯著下降，故障率顯著降低，因此維護次數(shù)和工作量也顯著下降，起重機的維護成本降低。

3）減少起重機數(shù)量，降低相互干擾。

由于起重機的作業(yè)率顯著下降，車間起重機數(shù)量可以減少。同時降低了車間起重機的相互干擾，減少了無效運行，降低操作費用。

4）熱周轉(zhuǎn)的包體數(shù)量減少。

由于占用熱包的時間減少，包體熱周轉(zhuǎn)數(shù)量可以相應地減少。同時，由于熱包停留時間減少，包體散熱減少，可以減少出鋼溫度或減少精煉加熱時間，降低升溫電耗和電極消耗，也縮短了加熱時間，節(jié)約能耗。

5）錯峰用電。

新能源車輛可以實現(xiàn)了錯峰用電，利用夜間峰谷電充電，降低用電成本。根據(jù)各地的峰谷電價的差異，可節(jié)約用電成本30 %～40 %。

由于如上優(yōu)點，新能源車已經(jīng)在寶武集團寶山基地100 t渣罐車上應用，數(shù)量12臺，2022年10月投產(chǎn)至今，十分安全可靠，如圖1所示。吉安鋼鐵有限公司在80 t渣罐車上應用新能源車輛（如圖2所示），數(shù)量2臺，2022年8月投產(chǎn)至今，經(jīng)歷出鋼、出渣、溢渣、噴濺的考驗，運行安全，效果良好。另外山東永鋒鋼鐵有限公司120 t轉(zhuǎn)爐車間應用新能源車輛運輸2臺150 t鋼包，投產(chǎn)時間2024年8月；寶武集團湛江基地在220 t電爐車間鋼包車應用新能源車輛，投產(chǎn)時間2025年3月。

2 新能源車輛的煉鋼項目應用

無論是新建還是改造的煉鋼工程項目，均可以使用新能源車替代傳統(tǒng)車輛。

2.1 新設計項目的應用

2.1.1 車間配置

車間設備配置：1座220 t電爐、1座220 t LF、1座220 t RH裝置、1臺2 150 mm連鑄機，年新增煉鋼產(chǎn)能180萬t鋼水。

2.1.2 工藝流程比較

傳統(tǒng)方式運輸流程：電爐冶煉→傳統(tǒng)鋼包車1→起重機1→傳統(tǒng)鋼包車2（或3）→LF精煉→傳統(tǒng)鋼包車2（或3）→起重機2→傳統(tǒng)鋼包車4（或5）→RH精煉→傳統(tǒng)鋼包車4 （或5）→起重機→連鑄。

新能源車運輸流程：電爐冶煉→新能源鋼包車→新能源橫移車→新能源鋼包車→LF精煉→新能源橫移車→新能源鋼包車→RH精煉→起重機→連鑄。

2.1.3 設備配置差別

新建220 t電爐煉鋼車間工藝布置如圖3所示，可以看出：1）取消了鋼包車的供電設施（電纜、卷筒等），減少電纜的磨損和燒損；2）增加2臺新能源橫移車代替鑄造起重機來擺渡鋼包車；3）鑄造起重機的重載時間下降到原來的1/3（少吊2鉤）；4）EAF、LF、RH之間無縫連接，縮短了鋼水的停留時間，減少了散熱，節(jié)約了加熱電耗、電極消耗、耐材，提高了鋼包壽命。

新能源車與傳統(tǒng)車輛運輸在設備配置上的差別如表1所示，可見：1）采用新能源車，鋼包車數(shù)量減少3臺，降低了投資；2）鑄造起重機減少1臺，降低投資3 000余萬元；3）增加2臺新能源橫移車擺渡鋼包車和鋼水，替代了鑄造起重機吊運鋼水2次；減少了鋼水的停留時間（LF 6.2 min+RH 4.6 min），減少了散熱，從而節(jié)約了加熱電耗和電極消耗，縮短了精煉時間，減少了高溫鋼水在鋼包耐材中停留時間，提高了耐材壽命等。

2.1.4 采用新能源車的安全措施

采用新能源車的安全措施：1）車載電源、控制系統(tǒng)安裝于車上全封閉的電氣室內(nèi)；2）電氣室四周均采用復合層結(jié)構(gòu)，中間夾層設有隔熱耐火材料，避免周邊輻射熱對電氣室溫度產(chǎn)生影響；3）電氣室頂部設有多層防護層，避免鋼水飛濺或穿包時損壞電氣室，確保電池安全；4）電池模組內(nèi)、控制柜內(nèi)、電氣室內(nèi)均設置有溫度傳感器，實時監(jiān)測車輛運行環(huán)境變化情況；5）車載電源配有電池熱管理和液冷；6）電氣室配有空調(diào)系統(tǒng)，確保電池在特殊情況下也不會超過許用溫度，車輛仍能繼續(xù)運行駛離危險區(qū)域。

此外，還研發(fā)了新能源車智慧運維云平臺，對電池系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等實時監(jiān)測，用戶多終端實時查看相關(guān)運行記錄，電量、溫度、PLC故障等報警信息實時傳遞。

生產(chǎn)實踐證明，采用以上安全措施后，可以保證新能源車輛在使用過程的安全性，即不過熱、不自燃、不會發(fā)生爆炸；即使在出現(xiàn)大量的噴濺的情況下，也能安全使用（參見圖2）。

2.1.5 新能源車輛的結(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)車輛相比，新能源車具有如下特點：1）取消在線供電設施，如電纜、電纜卷筒等，減少了電纜磨損、燒損，降低了電纜消耗，降低了運行成本；2）傳統(tǒng)車輛的速度控制需要交流-直流-交流轉(zhuǎn)換，而新能源車采用直流電，減少了交流-直流轉(zhuǎn)換，控制更加簡單；3）新能源車的電源是蓄電池和超級電容，所以可以實現(xiàn)錯峰充電，降低了運行成本。

新能源車的結(jié)構(gòu)見圖4，主要包含：車載控制系統(tǒng)、自動充電裝置、車載電源（新能源電池組或超級電容，通常采用磷酸鐵鋰超級電容）、吹氬自動對接裝置。

2.1.6 經(jīng)濟效益計算

1）EAF-LF工序

新能源車從電爐出鋼結(jié)束到鋼包爐接受工位時長為3.7 min， 而傳統(tǒng)鋼包車需要9.79 min， 新能源車行走時間縮短6.09 min； 采用鋼包加蓋，溫降損失按約0.5 ℃/min計算；與傳統(tǒng)鋼包車相比，其成本分析見表2。可知：由于采用新能源車，EAF-LF工序每年可以降低運行成本353.21萬元，噸鋼成本降低1.96元。能耗方面，按當量值計算，每年可節(jié)約能耗485.17×104 kWh， 相當于節(jié)約標準煤596.28 t， 噸鋼節(jié)約標準煤0.331 kg。碳排放計算，每年可減少碳排放3808.61 t， 噸鋼碳排放減少2.116 kg。

2）LF-RH工序

新能源車從LF出鋼結(jié)束到RH爐接受工位時長為4.033 min， 而傳統(tǒng)包車需要8.625 min， 新能源車行走時間縮短4.592 min（空包返回，減少溫降未計算）；采用鋼包加蓋，溫降損失按約0.5 ℃/min計算；與傳統(tǒng)鋼包車相比，其成本分析見表3?？梢姡河捎诓捎眯履茉窜?，LF-RH工序，每年可以降低運行成本264.74萬元，噸鋼成本降低1.47元/t。能耗方面，按當量值計算，每年可節(jié)約能耗363.66×104 kWh， 相當于節(jié)約標準煤446.94 t， 噸鋼節(jié)約標準煤0.248 kg。碳排放計算，每年可減少碳排放2 854.73 t， 噸鋼碳排放減少1.586 kg。

3）EAF+LF+RH定量分析

由于采用新能源車，從EAF+LF+RH工序，每年可以降低運行成本617.95萬元，噸鋼成本降低3.43元。能耗方面，按當量值計算，每年可節(jié)約能耗848.83×104 kWh， 相當于節(jié)約標準煤1 043.22 t， 噸鋼節(jié)約標準煤0.579 kg。碳排放計算，每年可減少碳排放6 663.34 t， 噸鋼碳排放減少3.702 kg。

2.1.7 綜合效益

在新建煉鋼項目中，新能源車輛運行靈活，實現(xiàn)了地面設備安全、人身安全；鑄造起重機重載時間下降50 %，安全系數(shù)增加；起重機維護工作量減少50 %，成本下降；車間起重機作業(yè)率降低40 %～50 %，數(shù)量可以減少1臺；相互干擾減少；熱周轉(zhuǎn)的鋼包數(shù)量減少1個；精煉時間縮短約0.5 min， 精煉電耗降低約5 kWh/t； 鋼包壽命提高7 %，耐材消耗降低；噸鋼成本降低3.43元；年增效益617.95萬元；年節(jié)約能耗848.83×104 kWh/a， 相當于節(jié)約標煤1043.22 t； 年減少碳排放6 663.34 t， 噸鋼碳排放減少3.7 kg； 節(jié)約設備投資約3 000萬元。

2.2 在現(xiàn)車間改造中的應用

2.2.1 車間設備配置

電爐車間現(xiàn)有1座120 t帶廢鋼預熱水平連續(xù)加料的超高功率交流電爐、1座120 t LF、1座120 t VOD真空精煉爐（預留）、1臺6流小方連鑄機（半徑9 m）、鑄坯熱裝熱送。主要生產(chǎn)鋼種為碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼，年產(chǎn)合格鋼水123.7萬t、合格鑄坯120萬t。

2.2.2 工藝流程比較

現(xiàn)有運輸方式：電爐冶煉→鋼包車1→起重機→鋼包車2→過跨和吹氬→起重機→鋼包車3→LF精煉→鋼包車3→起重機→連鑄。

新能源車運輸方式：新能源車→轉(zhuǎn)臺→新能源車→轉(zhuǎn)臺→新能源車→LF→連鑄。

2.2.3 設備配置差別

電爐車間布置是否合理，直接影響生產(chǎn)操作的順行，同時也影響建設投資。改造前后120 t電爐煉鋼車間的工藝布置圖見圖5，新能源車與傳統(tǒng)車輛運輸在設備配置上的差別見表4。

由圖5、表4看出：1）采用新能源車，鋼包車數(shù)量減少2臺；2）電爐跨的鑄造起重機重載時間減少50 %以上；3）取消了鋼包車的供電設施（電纜、卷筒等），減少電纜的磨損和燒損；4）增加2臺回轉(zhuǎn)臺擺渡鋼包車和鋼水，替代了鑄造起重機吊運鋼水2次；減少了鋼水的停留時間9.52 min， 減少了散熱，從而節(jié)約了加熱電耗和電極消耗，縮短了精煉時間，減少了高溫鋼水在鋼包耐材中停留時間，提高了耐材壽命等；5）電爐出鋼車、鋼包過跨車、LF鋼包車的軌道均適當延長。

現(xiàn)有傳統(tǒng)車輛改造成新能源車輛的方法：1）將電池或超級電容設置在車上作為車輛的供電方式，現(xiàn)有的電纜、滑觸線等供電設施取消；2）在線或離線給電池充電，實現(xiàn)對車輛的持續(xù)供電；3）在不具備在線或離線充電的工況下，通過快速更換電池的方式實現(xiàn)持續(xù)供電；4）除了供電方式改變外，車輛的原有功能全部保持；5）增加2套鋼包車回轉(zhuǎn)臺。

2.2.4 綜合效益

新能源車從電爐出鋼結(jié)束到鋼包爐接受工位時長為5.73 min， 而傳統(tǒng)包車需要15.24 min， 可見新能源車行走時間縮短9.52 min； 因鋼包未加蓋，溫降損失按約1 ℃/min計算。與傳統(tǒng)鋼包車相比，其成本分析見表5?？梢姡河捎诓捎眯履茉窜?，該120 t電爐車間每年可以降低運行成本822.73萬元，噸鋼成本降低6.65元。能耗方面，按當量值計算，每年可節(jié)約能耗1130.12×104 kWh， 相當于節(jié)約標準煤1 388.92 t， 噸鋼節(jié)約標準煤1.123 kg。碳排放計算，每年可減少碳排放8 871.47 t， 噸鋼碳排放減少7.172 kg， 效果顯著。

在現(xiàn)煉鋼車間的改造項目中，采用新能源車輛替代傳統(tǒng)車輛在取得良好經(jīng)濟效益、降低能耗和碳排放的同時，還取得了較好的綜合效益，新能源車輛運行靈活，實現(xiàn)了地面設備安全、人身安全；電爐跨鑄造起重機重載時間下降50 %，安全系數(shù)增加；起重機維護工作量減少50 %，成本下降；車間起重機作業(yè)率降低40 %～50 %，數(shù)量可以減少1臺，相互干擾減少；精煉電耗降低約9 kWh/t， 精煉時間縮短約2 min； 熱周轉(zhuǎn)的鋼包數(shù)量減少1個，鋼包壽命提高20 %，耐材消耗降低。

3 結(jié)論

1）冶金項目采用新能源車輛具有運行靈活的優(yōu)勢，實現(xiàn)了設備安全和人身安全。

2）采用新能源車輛替代傳統(tǒng)車輛，煉鋼車間鑄造起重機重載時間下降約50 %，維護工作量減少約50 %，運行成本下降；同時起重機運行時，相互干擾減少，運行效率提高；鋼包壽命可提高7 %～20 %，耐材消耗降低；LF精煉時間縮短0.5～2 min； 精煉電耗降低5～9 kWh/t， 節(jié)約了能耗。

3）采用新能源車輛具有較大的經(jīng)濟效益，可節(jié)約設備投資；無電纜燒損，運行費用低；通過錯峰用電，降低用電成本30 %～40 %；生產(chǎn)成本可降低3.43～6.65元/t； 噸鋼碳排放可降低3.7～7.2 kg， 實現(xiàn)良好的綜合效益。

4）通過將傳統(tǒng)車輛改造成新能源車輛也很方便，由于新能源車輛的顯著優(yōu)勢，煉鋼廠采用新能源車將會越來越多，它將為煉鋼廠帶來顯著的經(jīng)濟效益的同時，也為碳中和、碳達標作出應有的貢獻。

本文摘自《煉鋼》2024年第6期