降低精煉工序綜合能耗的關(guān)鍵技術(shù)

尹 寬，趙 艷，姜名貞，王勃超

（唐山不銹鋼有限責(zé)任公司,河北063000）

0 引言

煉鋼作為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的主要生產(chǎn)工序，它的能源消耗指標(biāo)在某種程度上代表著企業(yè)科技發(fā)展水平，而精煉作為煉鋼生產(chǎn)主要耗能的工序，降低其能耗尤為重要[1]。持續(xù)優(yōu)化精煉各環(huán)節(jié)能源管理，以工序耗能最小化為目標(biāo)，以煉鋼系統(tǒng)綜合分析為前提，在滿(mǎn)足成分約束、溫度約束、時(shí)間約束的條件下，查找節(jié)能管理工作中的薄弱環(huán)節(jié)，確定精煉系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的節(jié)能目標(biāo)，以多種優(yōu)化措施的綜合應(yīng)用為手段，探索RH 吹氧比例和LF 電極消耗的最佳平衡，優(yōu)化鋼包周轉(zhuǎn)個(gè)數(shù)，將噸鋼電極消耗、噸鋼電量消耗等指標(biāo)控制在最佳水平，從而有效降低煉鋼成本[2]。經(jīng)過(guò)近一年的節(jié)能攻關(guān)，唐山不銹鋼有限責(zé)任公司（不銹鋼公司）煉鋼分廠(chǎng)的各種消耗指標(biāo)明顯降低。

1 煉鋼系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)查

不銹鋼公司煉鋼分廠(chǎng)現(xiàn)有3 座轉(zhuǎn)爐、3 座LF 精煉爐、1 座RH 精煉爐、3 座板坯連鑄機(jī)。精煉工序的主要作用是去氣脫硫、去雜質(zhì)、調(diào)整成分和溫度，為后續(xù)連鑄工序做好準(zhǔn)備，LF 和RH 主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 LF 爐和RH 爐主要技術(shù)參數(shù)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，不銹鋼公司由于轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度波動(dòng)、鋼包不加蓋、鋼包周轉(zhuǎn)次數(shù)低、鋼水壓站時(shí)間長(zhǎng)等原因造成鋼水溫度損失大，致使精煉工序因升溫任過(guò)重增加了各類(lèi)材料和能源的消耗。RH 吹氧比例與LF 爐電極、電量消耗較高，2018 年上半年較明顯，RH 爐吹氧比例平均57.3%，LF 爐噸鋼平均電極消耗0.35 kg、平均電量消耗38.3 kW·h。

2 煉鋼系統(tǒng)工藝優(yōu)化

2.1 提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度命中率

轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度提高，可以減少LF 爐給電處理升溫的時(shí)間；同時(shí)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度提高可以降低RH爐為了升溫而進(jìn)行的吹氧比例。如果鋼水溫度低，導(dǎo)致精煉合金融化速度慢、合金成分?jǐn)U散效果差，增加了鋼水成分的控制難度，同時(shí)會(huì)造成精煉鋼包頂渣料熔化難或不熔化，渣料容易成團(tuán)、結(jié)塊，增加精煉工序的負(fù)擔(dān)。

（1）針對(duì)轉(zhuǎn)爐-RH 工藝路線(xiàn)投用備用包造成的包溫降低現(xiàn)象，應(yīng)規(guī)范轉(zhuǎn)爐出鋼的目標(biāo)溫度設(shè)定。根據(jù)不同類(lèi)型鋼包溫降不同的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫降情況，制定了投入不同類(lèi)型鋼包設(shè)定不同出鋼目標(biāo)溫度的措施。過(guò)RH 工藝路線(xiàn)投用B 類(lèi)鋼包（全修或大修鋼包投入生產(chǎn)用的第二次使用、小修鋼包投入生產(chǎn)用的第一次使用）時(shí)，終點(diǎn)溫度提高20 ℃。投用C 類(lèi)鋼包（做為B 類(lèi)鋼包使用過(guò)一次后間隔小于3 小時(shí)再次使用）時(shí)，終點(diǎn)溫度提高10 ℃。

（2）針對(duì)廢鋼調(diào)整頻繁導(dǎo)致終點(diǎn)出鋼溫度不穩(wěn)定的情況，對(duì)現(xiàn)有廢鋼資源制定合理廢鋼加入配比，形成制度下發(fā)作業(yè)區(qū)，確保廢鋼調(diào)整有據(jù)可依且將對(duì)溫度命中的影響降至最低。

2.2 提高鋼包加蓋率

鋼包不加蓋運(yùn)行會(huì)造成溫度損失，在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)周轉(zhuǎn)鋼包進(jìn)行加蓋操作，能夠減緩鋼包的散熱，并能保證生產(chǎn)過(guò)程中鋼水的溫度均衡、穩(wěn)定，可以降低生產(chǎn)過(guò)程中鋼水的熱量損失，對(duì)煉鋼廠(chǎng)的節(jié)能減排、降本增效有重要作用。

因此，將鋼包加蓋率目標(biāo)定為100%，并要求鋼包作業(yè)區(qū)建立鋼包加蓋臺(tái)賬，針對(duì)未加蓋原因進(jìn)行分析，不斷改善確保目標(biāo)達(dá)成。

2.3 提高轉(zhuǎn)爐直接出鋼比例

一倒出鋼可以合理控制轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束至連鑄機(jī)開(kāi)澆時(shí)間，減少鋼水到達(dá)精煉后的停留時(shí)間、減少介質(zhì)消耗，可同時(shí)達(dá)到提高生產(chǎn)能力和降低煉鋼成本的雙重目的。

2.3.1 提高轉(zhuǎn)爐P 命中率

醫(yī)療旅游者在印度接受醫(yī)療服務(wù)的范圍十分廣泛，涉及到牙科、眼科、心臟手術(shù)、美容和整形手術(shù)、健康體檢、兒科、五官科、腸胃科、泌尿生殖、腫瘤科、神經(jīng)外科以及替代醫(yī)學(xué)項(xiàng)目，但最受歡迎的醫(yī)療旅游項(xiàng)目是骨髓移植、心臟搭橋手術(shù)、眼科手術(shù)、矯形外科等，其在心臟手術(shù)、髖關(guān)節(jié)置換、以及其他美容手術(shù)方面享有盛譽(yù)。

冶煉轉(zhuǎn)爐-RH 工藝路線(xiàn)鋼種時(shí)，提高轉(zhuǎn)爐P 的命中率，可以減少鋼包脫P(yáng) 比例，降低鋼水溫度損失，提高RH 鋼水進(jìn)站溫度，降低RH 吹氧比例，既有利于提升鋼水質(zhì)量，又有利于降低能源消耗。

2.3.2 提高轉(zhuǎn)爐S 命中率

冶煉轉(zhuǎn)爐-LF 爐工藝路線(xiàn)鋼種時(shí)，提高轉(zhuǎn)爐S的命中率，可以降低LF 爐進(jìn)站S 含量，尤其對(duì)于一些成品要求≤0.006%的低硫鋼，降低LF 爐進(jìn)站S含量可大大降低LF 冶煉負(fù)荷，減少渣料加入量與鋼水大攪時(shí)間，降低鋼水溫度損失，從而降低LF 爐電耗。

針對(duì)廢鋼結(jié)構(gòu)中增加鐵塊爐次，需考慮鐵塊帶入的S 含量，依據(jù)冶煉鋼種成品S 含量的要求，嚴(yán)格規(guī)范鐵水預(yù)處理工序的出站S 含量的控制，同時(shí)在轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程增加100 kg 頂渣石灰，出鋼3/4 前底吹大氣量攪拌，出鋼3/4 后關(guān)閉底吹，轉(zhuǎn)爐出鋼設(shè)定堿度要求≥3.5。

2.4 優(yōu)化真空浸漬電極使用方法

2.4.1 真空浸漬電極技術(shù)

炭素制品生產(chǎn)過(guò)程中采用真空浸漬工藝，通過(guò)浸漬劑填滿(mǎn)孔洞再被碳化成殘留碳，從而使碳素制品的體積密度和機(jī)械強(qiáng)度顯著提高，電阻率明顯下降，抗氧化能力增強(qiáng)。

2.4.2 真空浸漬電極的應(yīng)用

電極端面的熔損與電流強(qiáng)度、加熱時(shí)間成正比。因此，根據(jù)鋼水進(jìn)站溫度、工藝要求，選用合理的電弧電壓和電流值進(jìn)行化渣、升溫，保持電弧的穩(wěn)定性，優(yōu)化配電工藝，同時(shí)兼顧鋼水升溫速度和供電系統(tǒng)功率因數(shù)變化。在精煉后期，根據(jù)鋼種要求選擇適當(dāng)?shù)妮旊姽β剩珳?zhǔn)的控制鋼水溫度，同時(shí)嚴(yán)格控制鋼水增碳，以同時(shí)滿(mǎn)足鋼水成分和溫度的要求。

吹氬攪拌與電弧長(zhǎng)度若配合不好，會(huì)造成鋼水侵蝕電極，導(dǎo)致電極消耗增加。因此，分階段動(dòng)態(tài)控制氬氣流量，優(yōu)化LF 爐全程吹氬供氣模型。根據(jù)精煉目的和時(shí)間，調(diào)節(jié)底吹氬流量，保證鋼水液面的穩(wěn)定，避免電極振動(dòng)過(guò)大，延長(zhǎng)電極壽命[4]。

2.5 優(yōu)化生產(chǎn)組織

2.5.1 減少等待時(shí)間

等待時(shí)間是指轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束到精煉進(jìn)站冶煉、精煉出站到RH 進(jìn)站、RH 出站到連鑄機(jī)鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的時(shí)間，在沒(méi)有任何干擾因素的情況下，此時(shí)間為10 min 左右，但是在實(shí)際生產(chǎn)中要受到各工序的工藝要求、節(jié)奏控制、天車(chē)運(yùn)行、連鑄機(jī)拉速等諸多因素的限制，等待時(shí)間會(huì)比理想狀態(tài)長(zhǎng)得多。等待時(shí)間越長(zhǎng)、鋼水溫降越大、電耗越高，不利于節(jié)能。生產(chǎn)組織的穩(wěn)定可以極大限度的縮短等待時(shí)間。

不銹鋼公司煉鋼分廠(chǎng)采用準(zhǔn)時(shí)化法，將各工序工作時(shí)間進(jìn)行分解和固化，并針對(duì)前一步驟時(shí)間的變化后續(xù)都有補(bǔ)救方法，從而達(dá)到綜合生產(chǎn)組織的平衡、連貫和穩(wěn)定，減少了精煉給電處理時(shí)間，降低了電耗。

2.5.2 優(yōu)化鋼包周轉(zhuǎn)

鋼包的周轉(zhuǎn)是從轉(zhuǎn)爐出鋼開(kāi)始，經(jīng)精煉工序后至連鑄工序，鑄畢鋼包再經(jīng)空包處理后回到轉(zhuǎn)爐出鋼位的整個(gè)循環(huán)過(guò)程，鋼包的運(yùn)行控制不足導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐出鋼等包或空包轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、包襯溫度太低的情況發(fā)生，對(duì)煉鋼生產(chǎn)作業(yè)率和鋼水溫度都會(huì)造成較大的影響。因此，應(yīng)以等待時(shí)間最小和投入鋼包數(shù)最少為目標(biāo)。

不銹鋼公司煉鋼分廠(chǎng)鋼包總數(shù)為42 個(gè)，每個(gè)單爐對(duì)單機(jī)生產(chǎn)流程使用四個(gè)鋼包周轉(zhuǎn)，每班每個(gè)鋼包周轉(zhuǎn)次數(shù)僅為3.5 次，鋼包周轉(zhuǎn)慢，不僅造成轉(zhuǎn)爐出鋼溫度損失大，而且影響了煉鋼工序的生產(chǎn)節(jié)奏。四包周轉(zhuǎn)存在壓站時(shí)間較長(zhǎng)的現(xiàn)象且鋼水精煉周期較長(zhǎng)，精煉出站天車(chē)存在運(yùn)行相互阻擋現(xiàn)象，影響吊包上臺(tái)時(shí)間，導(dǎo)致連鑄澆注速度低，進(jìn)而影響生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃。

為了提高鋼包周轉(zhuǎn)次數(shù)和鋼包熱效率，提升控制水平，優(yōu)化現(xiàn)有工藝，將四包周轉(zhuǎn)優(yōu)化為三包周轉(zhuǎn)，需要整個(gè)煉鋼工序相互配合，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間執(zhí)行操作。為提高協(xié)作水平，各工序?qū)⒐潭ú僮鞑襟E和采集信號(hào)、動(dòng)態(tài)內(nèi)容等詳細(xì)統(tǒng)計(jì)。

以微觀流程的形式細(xì)化每一個(gè)動(dòng)作，加強(qiáng)鋼包周轉(zhuǎn)的統(tǒng)籌安排和精細(xì)化管理，科學(xué)詳盡的制訂了各工序停留時(shí)間和操作，上下工序協(xié)同分工，充分保證了三包周轉(zhuǎn)的順利進(jìn)行，三包周轉(zhuǎn)以來(lái)，鋼包周轉(zhuǎn)次數(shù)增加，鋼水溫降得到明顯改善，平均鋼水出鋼溫降由90 ℃減小為75 ℃。三包周轉(zhuǎn)時(shí)長(zhǎng)與四包周轉(zhuǎn)時(shí)長(zhǎng)對(duì)比，見(jiàn)表2。

3 消耗指標(biāo)改善效果

2018 年7 月至12 月，不銹鋼公司煉鋼分廠(chǎng)通過(guò)落實(shí)了以上措施，各項(xiàng)能源和耗材消耗指標(biāo)發(fā)生明顯改善。其中，RH 月均吹氧比例由57.3%降低至26.75%，過(guò)RH 鋼種噸鋼鋁耗由1.88 kg 降低至1.67 kg，LF 爐電耗由噸鋼 38.3 kW·h 降至 25.4kW·h，LF爐電極消耗由噸鋼0.35 kg 降至0.23 kg。

表2 精煉三包轉(zhuǎn)周期數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

（1）針對(duì)不同鋼包類(lèi)型制定不同的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)命中率的目標(biāo)成分要求、優(yōu)化廢鋼加入配比、提高鋼包加蓋率可以有效的提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度，可降低LF 精煉電極消耗、電耗和RH 吹氧量。

（2）提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)P、S 命中率可以提高轉(zhuǎn)爐直出比例，減少鋼水到達(dá)精煉后的停留時(shí)間，可降低精煉電耗。

（3）優(yōu)化配電制度與底吹工藝，使真空浸漬電極成功應(yīng)用，極大的降低了電極消耗。

（4）通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)組織縮短了等待時(shí)間，提高鋼包周轉(zhuǎn)率，降低了精煉電耗。