李超，于海岐，尹宏軍，王富亮，馬寧，趙自鑫，陳晨
（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007）
摘要： 結合鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司 260 t 轉(zhuǎn)爐的能耗情況，對涉及煤氣回收、蒸汽回收、電耗、氣體介質(zhì)消耗的相關設備、工藝和管理進行了研究和優(yōu)化。通過采取優(yōu)化煤氣回收連鎖條件、優(yōu)化蒸汽回收系統(tǒng)、優(yōu)化電耗管理方式和開發(fā)高效氧槍等措施，取得了較好的效果,轉(zhuǎn)爐煉鋼工序能耗由-16 kgce/t 降至-20 kgce/t。
關鍵詞： 轉(zhuǎn)爐；負能煉鋼；煤氣回收；蒸汽回收；電耗；氧耗
隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，能源需求激增。 鋼鐵企業(yè)一直是用能大戶， 煉鋼廠是鋼鐵企業(yè)最重要的中間環(huán)節(jié)， 從液體原料鐵水到固態(tài)原料鑄坯的轉(zhuǎn)化，能源消耗種類繁多、工藝復雜，其中轉(zhuǎn)爐能源指標非常重要［1-3］。 經(jīng)過多年的探索，專家提出轉(zhuǎn)爐負能煉鋼的概念， 即轉(zhuǎn)爐煉鋼工序消耗的總能耗小于轉(zhuǎn)爐回收總能，為負數(shù)。 轉(zhuǎn)爐工序設備復雜，主要消耗介質(zhì)是氧氣和電，回收能源為煤氣和蒸汽［4］。開展轉(zhuǎn)爐煤氣與蒸汽優(yōu)化回收技術對于鋼鐵工業(yè)大幅度降低能耗水平、提高資源利用率、保證可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。
鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉鋼部（簡稱“煉鋼部”）2008 年投產(chǎn)，擁有三座260 t 頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐，除塵系統(tǒng)為 OG系統(tǒng)，兩座LF 和兩座 RH，設計年產(chǎn) 650 萬 t 鋼。 建廠以來能源指標一直不穩(wěn)定，與國內(nèi)外優(yōu)秀鋼鐵企業(yè)有一定差距。
2017 年煉鋼部開始進行系統(tǒng)的攻關， 通過研究與分析能源的一系列指標，結合現(xiàn)有設備情況，對涉及煤氣回收、蒸汽回收、電耗、氣體介質(zhì)消耗的相關設備、工藝和管理進行了優(yōu)化。
1 轉(zhuǎn)爐煤氣回收優(yōu)化實踐
1.1 轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝流程
轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝流程圖見圖 1。校驗煤氣計量系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集。 對煤氣煙氣流量表、氧氣分析儀和煤氣分析儀進行定期校準， 保證儀表計量準確。 開發(fā)煤氣回收相關指標數(shù)據(jù)的自動采集程序，實現(xiàn)相關數(shù)據(jù)收集準確、及時、方便。
1.2 優(yōu)化轉(zhuǎn)爐煤氣回收連鎖條件
（1） 優(yōu)化前期 CO 連鎖條件，實現(xiàn)煤氣早收。首先，解決設計缺陷，將風機及煤氣分析儀前移，縮短前期煤氣回收的時間。 其次，完善程序控制，設定 O2 含量小于 1%且 CO 含量大于 15%開始收煤氣。 最后，重新規(guī)范了前期的冶煉制度，開吹打著火后， 活動煙罩降至下限，2 min 后氧槍槍位降至 2.3~2.1 m，盡快促成前期碳氧反應，4 min 前加入總渣量的 1/3，減少渣層厚度以減小 CO 的排出阻力。
（2） 優(yōu)化過程 CO 控制條件，減少煤氣中途放散。 中期煤氣放散的原因有兩個，一是 CO 含量低放散， 二是高硅鐵水的雙渣操作或設備等原因引起中途抬槍。 對此采取的措施有：優(yōu)化加料制度與供氧制度，保持過程碳溫協(xié)調(diào)和物料的合理加入，減少過程噴濺引起的 CO 含量波動； 增加過程程序控制，在煤氣回收畫面增加了“繼續(xù)回收”按鈕，實現(xiàn)中途抬槍后繼續(xù)回收煤氣。
（3） 優(yōu)化后期煤氣放散的時間、CO 含量等連鎖條件，實現(xiàn)后期安全放散。 將后期吹氧時間和回收時間的限制去掉， 改成達到煉鋼模型實時計算總氧累的 85%時煤氣自動放散。 這樣既能充分利用碳氧反應規(guī)律提高煤氣回收量， 還能避免因為其它故障等不可預知原因引起的安全風險。
1.3 優(yōu)化 RD 閥開度及爐口微壓差控制
圖 2 為轉(zhuǎn)爐冶煉過程中 CO 的變化規(guī)律。 由圖 2 看出，冶煉中期碳氧反應煙氣量大。 根據(jù)轉(zhuǎn)爐冶煉過程中 CO 的變化規(guī)律優(yōu)化煤氣回收系統(tǒng)RD 閥的開度。 靜態(tài) RD 閥開度控制：在吹氧量20%~70%的碳氧激烈氧化期，設置為90%；其它時間包括兌鐵、吹氧量 75%后、副槍測試等階段， 設置為 40%~65%。
另外，正在開發(fā)爐口微壓差控制技術，包括安裝爐口煙道壓力檢測表，并傳遞給 PLC；對相關管路結構進行優(yōu)化保證其通暢； 開發(fā)取樣管清渣反吹系統(tǒng)；開發(fā) RD 閥爐口微壓差控制模型等。
1.4 優(yōu)化冶煉制度
優(yōu)化前期加料制度，縮短回收前的吹氧時間；優(yōu)化造渣制度，減少過程噴濺， 減少中途放渣比例；優(yōu)化后期氧槍制度，減少 CO 濃度下降速度；改進氧槍參數(shù)，包括改進氧槍噴孔數(shù)量、 喉口直徑、噴口夾角等參數(shù)，提高供氧強度，提高氧氣利用率以提高煤氣回收量。 保證轉(zhuǎn)爐煤氣物流平穩(wěn)，杜絕煤氣柜高位放散；監(jiān)控煤氣柜狀態(tài)，預計某個煤氣柜高位時， 在條件允許的情況下進行回收煤氣柜切換。
2 轉(zhuǎn)爐蒸汽回收優(yōu)化實踐
2.1 優(yōu)化蒸汽回收系統(tǒng)
修改蒸汽回收系統(tǒng)的運行壓力， 適當提高鍋爐汽包安全壓力 ，由原來的2.8 MPa 提高至3.4 MPa。 并對蒸汽輸出量重新設定，優(yōu)化汽包水位的自動調(diào)節(jié)、冷卻等工藝參數(shù)，減少因系統(tǒng)壓力過高而放散蒸汽的現(xiàn)象。 提高了外供蒸汽量，同時也提高了汽化系統(tǒng)的循環(huán)率，改善冷卻效果，提高設備壽命。 選擇合適的蓄熱器水位，充分發(fā)揮蓄熱器的蓄熱能力，減少汽化蒸汽的放散。
2.2 提高蒸汽回收率和利用率
將轉(zhuǎn)爐煙罩爐口段與裙罩的蒸汽密封的啟閉與轉(zhuǎn)爐工藝開爐、補爐、換出鋼口及停爐檢修結合起來。 在轉(zhuǎn)爐吹煉期，開啟此處的密封蒸汽；在轉(zhuǎn)爐非吹煉期，切斷此處的密封蒸汽。
在除氧器位置增設溫度檢測裝置，并根據(jù)除氧器的工作要求設定其工作溫度的上、下限，并將此數(shù)值與此處蒸汽閥門的啟閉進行連鎖。 當除氧器內(nèi)工作溫度高于上限值時， 關閉此處的蒸汽閥門；當除氧器內(nèi)工作溫度低于下限值時，開啟此處的蒸汽閥門。 開發(fā)低 CO 煙氣轉(zhuǎn)變?yōu)轱@熱的回收利用技術，通過研究低 CO 煙氣的燃燒放熱，實現(xiàn)低CO 煙氣轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)爐顯熱，從而提高轉(zhuǎn)爐的蒸汽回收量。 轉(zhuǎn)爐廠區(qū)內(nèi)盡量使用轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽，以提高蒸汽利用率。
2.3 選擇性回收排污水
煉鋼部轉(zhuǎn)爐采用余熱鍋爐對轉(zhuǎn)爐煙氣進行汽化冷卻，除鹽水經(jīng)過除氧器后進入到余熱鍋爐，余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進入到大汽包。 經(jīng)檢測，部分爐次的大汽包排污水水質(zhì)檢測指標完全滿足除氧器水質(zhì)要求，可以直接進除氧器替代新水，而實際生產(chǎn)中卻是作為污水排放，造成浪費。
對大汽包的排污水進行選擇性回收利用，流程圖見圖 3。 如圖 3 所示，水質(zhì)滿足要求時進行回收，不滿足則進行排污處理。
2.4 優(yōu)化轉(zhuǎn)爐吹煉的生產(chǎn)組織
根據(jù)三級列車時刻表， 整體上掌握轉(zhuǎn)爐冶煉節(jié)奏。 通過 ERP 煉鋼生產(chǎn)實際，掌握轉(zhuǎn)爐加料、吹煉和出鋼情況。 強化生產(chǎn)管理，對調(diào)度系統(tǒng)的生產(chǎn)組織進行優(yōu)化，有效實現(xiàn)節(jié)能停機，減少轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)設備的熱停時間，提高蒸汽回收的品質(zhì)。
3 降低電耗及其它介質(zhì)消耗實踐
3.1 轉(zhuǎn)爐風機節(jié)電措施
煉鋼部配置 3 座 260 t 轉(zhuǎn)爐，采用 OG 除塵技術，主要設備有三臺型號為 HRV50-1800K 的變頻一次風機。 為了降低一次風機電耗，生產(chǎn)期間風機一 直 以 1 300 r/min的高速運行 ， 生產(chǎn)間隙以500 r/min的低速運行 ， 補爐等非生產(chǎn)期間以450 r/min 的速度節(jié)電運行。
制定轉(zhuǎn)爐節(jié)能停機獎勵辦法， 鼓勵按 “三吹 二”模式組織生產(chǎn)，滿足生產(chǎn)情況下，盡量組織兩座轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)。 生產(chǎn)間隙的機組停機，由機組崗位操作人員根據(jù)停機時間通知設備操作崗位啟?；蚬?jié)電運行相應設備。
3.2 降低氣體介質(zhì)消耗的措施
（1） 氧氣消耗。 開發(fā)高效的氧槍噴頭，吹氧時間平均縮短 1 min，轉(zhuǎn)爐作業(yè)率提高了 2%~3%。
（2） 氮氣消耗。 散料氮封改為轉(zhuǎn)爐氧槍氮封打開時開啟，轉(zhuǎn)爐氧槍氮封關閉時關閉。
（3） 氬氣消耗。 針對各個鋼種控制模式單一，氬氣成本浪費大等問題， 根據(jù)鋼種氮含量要求不同，分鋼種進行區(qū)別控制，優(yōu)化了一級鋼種的底吹控制模型，細化了二級鋼種的底吹控制模型。
3.3 其它節(jié)能措施
對除塵系統(tǒng)進行了系統(tǒng)改造。 對 3# 轉(zhuǎn)爐不僅改造了一次除塵系統(tǒng)，還增加了三次除塵系統(tǒng)。改造后，煤氣回收也有小幅度提升。 另外，正在開展煉鋼鋼水罐全程加蓋改造，初期評價對鋼水溫降的影響達 5~6 ℃，具有較好的轉(zhuǎn)爐節(jié)能 效果。
4 轉(zhuǎn)爐負能煉鋼效果
表 1 為優(yōu)化前后轉(zhuǎn)爐工序能耗對比， 轉(zhuǎn)爐工序能耗為各種能源介質(zhì)的消耗量與回收量換算 成標準煤的加和值。 由表 1得知，優(yōu)化后，煉鋼部轉(zhuǎn)爐工序煤氣回收提高10.6 m3 /t，蒸汽回收提高8.54 kg/t,電耗降低 1.37（kW·h）/t，氧耗降低1.15 m3 /t，氮氣和氬氣消耗均有所降低，煉鋼工序能耗由-16 kgce/t 降至-20 kgce/t。
此外， 煉鋼部還計劃利用現(xiàn)有生產(chǎn)廢水直接補給連鑄濁環(huán)系統(tǒng)替代新水使用， 實現(xiàn)連鑄濁環(huán)新水補水量為零；優(yōu)化操作制度，杜絕夏季 RH 和1450 鑄機凈環(huán)溢流問題；降低 RH 底部槽冷卻風、RH真空室下線烘烤能耗以及RH 低碳鋼蒸汽消耗； 降低 LF 升溫電耗； 縮短RH脫氫時間并對RH、轉(zhuǎn)爐蒸汽放散冷凝水進行回收。
5 結論
鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉鋼部結合轉(zhuǎn)爐工序能耗實際情況， 對涉及煤氣回收、蒸汽回收、電耗、氣體介質(zhì)消耗的相關設備、工藝和管理進行了優(yōu)化。
（1） 通過優(yōu)化煤氣回收工藝，優(yōu)化 RD 閥開度控制，轉(zhuǎn)爐工序煤氣回收提高了 10.6 m3 /t。
（2） 通過優(yōu)化蒸汽回收系統(tǒng)， 改進排污水利用， 縮短轉(zhuǎn)爐吹煉周期內(nèi)的輔助時間和轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)設備的熱停時間，提高了蒸汽利用率，蒸汽回收提高了 8.54 kg/t。
（3） 通過優(yōu)化風機運行、開發(fā)高效氧槍噴頭、優(yōu)化散料氮封和優(yōu)化一、二級鋼種底吹模型，轉(zhuǎn)爐 電耗和氧耗分別降低 1.37（kW·h）/t 和 1.15 m3 /t，氮氣和氬氣消耗均有所降低。 與優(yōu)化前相比，煉鋼工序能耗由-16 kgce/t 降至-20 kgce/t。
參考文獻
［1］ 龍承俊, 李東生, 朱建偉, 等. 全干法除塵技術在鞍鋼 2580 m3高爐的應用［J］. 鞍鋼技術, 2012（4）: 60-63.
［2］ 韓仁志, 謝安國, 蔡紅鑫. 軋鋼工序噸鋼綜合能耗及其影響因素分析［J］. 鞍鋼技術, 2006（2）: 23-24.
［3］ 蔡九菊. 鋼鐵企業(yè)能耗分析與未來節(jié)能對策研究析［J］. 鞍鋼技術, 2009（2）: 1-5.
［4］ 蒲國慶. 八鋼 150 噸轉(zhuǎn)爐負能煉鋼實踐 ［J］. 新疆鋼鐵, 2014（3）：40-43.