薛長(zhǎng)江 張弘弼 李泉 叢海濤

摘 要：本鋼煉鋼廠受工序之間運(yùn)輸限制，對(duì)出鋼溫度要求極為嚴(yán)格，各項(xiàng)煉鋼指標(biāo)控制水平較低，碳排放水平較高，為了解決此類問(wèn)題，通過(guò)工藝技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新，推進(jìn)轉(zhuǎn)爐低溫低氧出鋼控制技術(shù)，減少能源消耗，提高鋼水質(zhì)量，同時(shí)降低脫氧鋁的消耗，降低鋼鐵料消耗，提高負(fù)能煉鋼指標(biāo)，減少碳排放，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；低溫低氧；負(fù)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(yùn)輸時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)出鋼溫度要求極為嚴(yán)格，高氧化性及高溫鋼水對(duì)轉(zhuǎn)爐脫磷、爐況維護(hù)、鋼水質(zhì)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(wèn)題，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少碳排放，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的需求也越來(lái)越嚴(yán)格。實(shí)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(wèn)題，2022年以來(lái)，板材煉鋼廠堅(jiān)持“以效益為中心”原則，重點(diǎn)圍繞提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗。開(kāi)始研發(fā)和推進(jìn)轉(zhuǎn)爐低溫低氧出鋼控制技術(shù)（轉(zhuǎn)爐“雙低”技術(shù)），提高鋼水質(zhì)量，同時(shí)降低脫氧鋁的消耗，提升負(fù)能煉鋼指標(biāo)，減少過(guò)程損失導(dǎo)致的能源浪費(fèi)，降低碳排放，實(shí)現(xiàn)煉鋼廠的低成本、高質(zhì)量、綠色、低碳生產(chǎn)的先進(jìn)生產(chǎn)廠。

1? ? 轉(zhuǎn)爐低成本、高質(zhì)量、綠色、低碳生產(chǎn)實(shí)施目標(biāo)

生產(chǎn)組織實(shí)現(xiàn)“快干長(zhǎng)?！蹦Ｊ?，提高生產(chǎn)效率，達(dá)到最大限度利用熱能，降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度，降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧，進(jìn)而達(dá)到減少活性石灰消耗，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)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(fù)能煉鋼的指標(biāo)，減少能源消耗，降低碳排放，最終通過(guò)實(shí)施低溫低氧冶煉技術(shù)，快干長(zhǎng)停模式，提高負(fù)能煉鋼指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)煉鋼廠的低成本、高質(zhì)量、綠色、低碳發(fā)展目標(biāo)。

2? ? 轉(zhuǎn)爐低溫低氧工藝實(shí)施

2.1? ? 轉(zhuǎn)爐低溫低氧冶煉工藝的優(yōu)點(diǎn)

實(shí)施轉(zhuǎn)爐低溫低氧冶煉技術(shù)可以獲得多方面的效益，具體情況如圖1所示。

2.2? ? 轉(zhuǎn)爐低溫低氧冶煉技術(shù)實(shí)施過(guò)程

在不影響鋼水質(zhì)量前提下，通過(guò)優(yōu)化全流程溫度制度充分利用熱能條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐低溫出鋼。通過(guò)“快干長(zhǎng)?！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(zhuǎn)爐出鋼時(shí)間減少溫降，適當(dāng)降低連鑄中間包過(guò)熱度，最后LF爐適當(dāng)升溫等措施實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐低溫出鋼。

1）“快干長(zhǎng)?！鄙a(chǎn)模式提高生產(chǎn)效率，減少各工序投入運(yùn)行設(shè)備數(shù)量，達(dá)到最大限度利用熱能。例如產(chǎn)量在32 000 t/d以內(nèi)，轉(zhuǎn)爐由原來(lái)七臺(tái)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)→六臺(tái)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，停一臺(tái)轉(zhuǎn)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(gè)數(shù)，通過(guò)效率提升來(lái)提高熱能利用。

2）提高鋼包保溫性能，對(duì)鋼包砌筑工藝進(jìn)行改進(jìn)，永久層采用澆注方式，同時(shí)對(duì)鋼壁內(nèi)襯增加保溫板（圖2），增加鋼包的保溫效果，同時(shí)對(duì)鋼包進(jìn)行加蓋保溫（圖3），保證紅罐接鋼。從標(biāo)定情況看，轉(zhuǎn)爐平均出鋼溫度降低15.2 ℃以上，運(yùn)輸溫降由原來(lái)的1.6 ℃/min降低到0.9 ℃/min以下，有較好的保溫效果。

3）對(duì)轉(zhuǎn)爐出鋼口進(jìn)行擴(kuò)徑，降低出鋼時(shí)間，減少出鋼溫降，出鋼口內(nèi)徑從160 mm擴(kuò)徑到180 mm，平均出鋼時(shí)間從5.7 min降低到4.5 min（圖4），通過(guò)標(biāo)定，相比擴(kuò)徑之前轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐更換出鋼口的次數(shù)，每次更換出鋼口時(shí)間約60～90 min，提高了轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)效率，也減少了熱損失。

通過(guò)上述措施減少了過(guò)程溫降，目前轉(zhuǎn)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(shí)施低溫出鋼后，出鋼過(guò)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(zhuǎn)爐實(shí)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(yùn)輸溫降降低，降低連鑄中間包過(guò)熱度等措施實(shí)施，LF爐升溫時(shí)間沒(méi)有變化（圖5），節(jié)能降本效果明顯。

3? ? 轉(zhuǎn)爐低溫低氧工藝實(shí)施效果

3.1? ? 轉(zhuǎn)爐低溫低氧出鋼

通過(guò)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐的造渣工藝和氧槍的槍位控制，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度對(duì)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(guò)程槍位和終點(diǎn)拉碳槍位最低降至1.2 m等措施，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)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(shí)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(diǎn)溫度的上升，鋼水中磷含量增加，實(shí)際與理論相符，采用低溫出鋼技術(shù)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(zhì)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(guò)計(jì)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(yùn)往轉(zhuǎn)爐料倉(cāng)，而在轉(zhuǎn)爐內(nèi)又要升溫到煉鋼溫度，這一過(guò)程浪費(fèi)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(wàn)t。通過(guò)低溫出鋼技術(shù)實(shí)施散裝料消耗明顯降低，同時(shí)為后續(xù)多吃廢鋼降鐵耗，繼續(xù)降低終點(diǎn)氧、降低碳氧積，提供了技術(shù)保障。

3.3? ? 降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧，碳氧積，提高轉(zhuǎn)爐復(fù)吹壽命

轉(zhuǎn)爐低溫低氧出鋼后，轉(zhuǎn)爐的耐材侵蝕速度下降，提高了轉(zhuǎn)爐的耐材壽命，有利于復(fù)吹磚的維護(hù)，使得復(fù)吹壽命大幅度提升，目前1號(hào)轉(zhuǎn)爐第3爐役復(fù)吹爐齡達(dá)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(shí)施后復(fù)吹壽命的提高，使得吹煉過(guò)程轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)鋼水?dāng)嚢璧木鶆?，?fù)吹效果明顯提升，化渣效果更好。

4? ? 提高負(fù)能煉鋼水平，降低碳排放

4.1? ? 提高煤氣回收量

轉(zhuǎn)爐冶煉通過(guò)低溫低氧技術(shù)實(shí)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(shí)間提前，后期深吹，最低槍位降至1.2 m，延長(zhǎng)回收時(shí)間。吹煉過(guò)程實(shí)行降全罩方式操作，吹煉過(guò)程崗位要根據(jù)煙火及煤氣含量情況合理控制喉口開(kāi)度，保證二文喉口微正壓控制；提升一次除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，我廠由于水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重，風(fēng)機(jī)振值高，原來(lái)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)最高1 350 r/min，而且轉(zhuǎn)不住，經(jīng)常降轉(zhuǎn)數(shù)，工作范圍在1 250～1 350 r/min，長(zhǎng)徑文氏管的差壓在16～18 kPa范圍，除塵效果差，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)垢嚴(yán)重，風(fēng)機(jī)一直是偏低速運(yùn)行，轉(zhuǎn)爐吹煉冒煙冒火現(xiàn)象也較嚴(yán)重，通過(guò)水質(zhì)提高后，系統(tǒng)結(jié)垢趨勢(shì)降低，提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)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(dá)到煙氣中的塵與水充分結(jié)合，重力原理沉降下來(lái)，提高煤氣除塵效果，提高煤氣品質(zhì)；煤氣回收通過(guò)程序編程由手動(dòng)請(qǐng)示改為自動(dòng)請(qǐng)示回收，避免人員責(zé)任心問(wèn)題造成人工請(qǐng)示滯后，同時(shí)根據(jù)煤氣柜罐位情況開(kāi)發(fā)三種煤氣回收模式。通過(guò)上述措施最大限度將煤氣回收，經(jīng)標(biāo)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(duì)蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行整合集控，集中調(diào)配；強(qiáng)化鍋爐水水質(zhì)管理理念，推進(jìn)鍋爐水水處理，現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化管路，及時(shí)治理跑冒滴漏，吹煉期間在 CO 濃度未達(dá)到回收條件時(shí)，提升煙罩加快煙氣中 CO 的二次燃燒，促進(jìn)生成蒸汽熱量，提高噸鋼產(chǎn)氣量，經(jīng)標(biāo)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(chǎng)6臺(tái)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(bǔ)水電動(dòng)閥、排水電動(dòng)閥自動(dòng)控制，減少人工長(zhǎng)時(shí)間直排污導(dǎo)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(shè)計(jì)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(shè)備電耗，另一部分為L(zhǎng)F爐工藝造渣和升溫需求電耗。工藝方面通過(guò)采取快干長(zhǎng)停模式，提高生產(chǎn)效率，加快系統(tǒng)物流，減少過(guò)程溫降，降低過(guò)熱度，降低LF爐升溫時(shí)間，節(jié)約電耗。設(shè)備方面做好升級(jí)改造，轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)原采用軟啟動(dòng)-液力偶合器控制方式，該方式高速運(yùn)行時(shí)電流約166 A，低速約36 A，年均噸鋼耗電量約6.5 kWh/t，通過(guò)技術(shù)升級(jí)改造，轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)變頻改造后高速電流145 A，低速電流10 A，7臺(tái)轉(zhuǎn)爐一次除塵噸鋼電耗約5.25 kWh/t，節(jié)電1.25 kWh/t。同時(shí)優(yōu)化設(shè)備投入做到能停機(jī)，電耗呈現(xiàn)逐月降低的趨勢(shì)。

4.4? ? 降低跑冒滴漏

開(kāi)展全員隨手拍活動(dòng)，成立“隨手拍”工作群，鼓勵(lì)職工檢查漏點(diǎn)，對(duì)職工發(fā)現(xiàn)的能源浪費(fèi)現(xiàn)象進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)。同時(shí)廠內(nèi)成立能耗日常檢查小組，不定期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，同時(shí)對(duì)相關(guān)作業(yè)區(qū)進(jìn)行通報(bào)和考核。通過(guò)跑冒滴漏治理，長(zhǎng)流水、直排風(fēng)點(diǎn)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(dá)到-10.1 kgce/噸鋼，8月份到達(dá)-10.34 kgce/噸鋼，再創(chuàng)歷史最好水平，減少了碳排放，實(shí)現(xiàn)了煉鋼廠綠色、低碳發(fā)展。

5? ? 結(jié)? ? 論

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

2）轉(zhuǎn)爐低溫低氧煉鋼技術(shù)實(shí)施為后續(xù)廢鋼量增加，降低鐵耗提供技術(shù)支持。

3）通過(guò)槍位控制，降罩操作，自動(dòng)請(qǐng)示等技術(shù)手段，煤氣回收102 m3/t提升到134 m3/t。

4）通過(guò)吹煉過(guò)程煤氣未回收期時(shí)，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(guò)快干長(zhǎng)停模式，設(shè)備升級(jí)改造，全廠總電耗由82 kWh/t降至70 kWh/t，負(fù)能煉鋼達(dá)到-10.34 kgce/噸鋼。

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