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）

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(fù)雜，其中轉(zhuǎn)爐能源指標(biāo)非常重要。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(shè)備復(fù)雜，主要消耗介質(zhì)是氧氣和電，回收能源為煤氣和蒸汽。開展轉(zhuǎn)爐煤氣與蒸汽優(yōu)化回收技術(shù)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?fù)吹轉(zhuǎn)爐，除塵系統(tǒng)為OG系統(tǒng)，兩座LF和兩座RH，設(shè)計年產(chǎn)650萬t鋼。建廠以來能源指標(biāo)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(guān)，通過研究與分析能源的一系列指標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)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(guān)設(shè)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(zhǔn)，保證儀表計量準(zhǔn)確。開發(fā)煤氣回收相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)的自動采集程序，實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)收集準(zhǔn)確、及時、方便。

圖1 轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝流程圖Fig.1 Process Flow Diagram for Gas Recycling from Converter

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(shè)計缺陷，將風(fēng)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(shè)定O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(yīng)，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(shè)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(yīng)規(guī)律提高煤氣回收量，還能避免因為其它故障等不可預(yù)知原因引起的安全風(fēng)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(yīng)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(shè)置為90%；其它時間包括兌鐵、吹氧量75%后、副槍測試等階段，設(shè)置為40%～65%。

圖2 轉(zhuǎn)爐冶煉過程中CO的變化規(guī)律Fig.2 Law of Change of CO during Smelting by Converter

另外，正在開發(fā)爐口微壓差控制技術(shù)，包括安裝爐口煙道壓力檢測表，并傳遞給PLC；對相關(guān)管路結(jié)構(gòu)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(yù)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(dāng)提高鍋爐汽包安全閥壓力，由原來的2.8 MPa提高至3.4 MPa。并對蒸汽輸出量重新設(shè)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(shè)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(jié)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(shè)溫度檢測裝置，并根據(jù)除氧器的工作要求設(shè)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(dāng)除氧器內(nèi)工作溫度高于上限值時，關(guān)閉此處的蒸汽閥門；當(dāng)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(shù)，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(biāo)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。

圖3 大汽包排污水選擇性回收利用流程圖Fig.3 Flow Diagram for Selective Recycling of Waste Water Removed from Steam Packet

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(shè)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(fēng)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(shù)，主要設(shè)備有三臺型號為HRV50-1800K的變頻一次風(fēng)機。為了降低一次風(fēng)機電耗，生產(chǎn)期間風(fēng)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(shè)備操作崗位啟停或節(jié)電運行相應(yīng)設(shè)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(guān)閉時關(guān)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(biāo)準(zhǔn)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 m/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 m/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。

表1 優(yōu)化前后轉(zhuǎn)爐工序能耗指標(biāo)對比Table 1 Comparison of Energy Consumption Indexes during Steelmaking by Converter before and after Optimization

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(fēng)、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(jié)論

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉鋼部結(jié)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(guān)設(shè)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 m/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(shè)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(fēng)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 m/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。