聯(lián)合特鋼120 t轉(zhuǎn)爐工序能效提升實踐

崔 猛，許衛(wèi)軍

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

1 前 言

我國是世界最大的鋼鐵生產(chǎn)國，但資源與能源相對匱乏，鋼鐵行業(yè)從粗獷型高產(chǎn)模式，亟須轉(zhuǎn)變?yōu)榈统杀尽⒌湍芎?、高效率的生產(chǎn)模式，提高低碳生產(chǎn)能力迫在眉睫。轉(zhuǎn)爐工序是鋼鐵生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其能效的提升不僅降低能源消耗和環(huán)境污染，還能提高經(jīng)濟(jì)效益，因此降低轉(zhuǎn)爐工序能耗對保證鋼鐵工業(yè)健康發(fā)展具有重要意義［1-2］。2022年發(fā)布的《鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳改造升級實施指南》中指出，轉(zhuǎn)爐工序能效標(biāo)桿水平為-30 kgce/t，為鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展提供重要指引。

天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司煉鋼廠（簡稱聯(lián)合特鋼煉鋼廠）配套3座120 t轉(zhuǎn)爐，2019年轉(zhuǎn)爐工序綜合能耗為-21.3 kgce/t，離能效標(biāo)桿水平有一定差距。為此，聯(lián)合特鋼煉鋼廠對轉(zhuǎn)爐工序能效進(jìn)行深入分析和研究，對轉(zhuǎn)爐高廢鋼比冶煉、高效冶煉、煤氣回收等技術(shù)進(jìn)行綜合改進(jìn)，提高了工序能效。

2 轉(zhuǎn)爐能效分析

2.1 轉(zhuǎn)爐工序能耗構(gòu)成

轉(zhuǎn)爐工序能耗計算公式為：

式中：Ezl為轉(zhuǎn)爐工序能耗，kgce／t；Ezlz為轉(zhuǎn)爐工序消耗能源介質(zhì)折合為標(biāo)準(zhǔn)煤總量，kg；Ezlh為轉(zhuǎn)爐工序回收能源折合標(biāo)準(zhǔn)煤總量，kg；Pzl為轉(zhuǎn)爐工序合格鋼產(chǎn)量，t。

2.2 生產(chǎn)效率對煉鋼工序能耗的影響

轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率提高后，可以有效降低煉鋼工序各類介質(zhì)的平均消耗，煉鋼流程的熱效率提高，各環(huán)節(jié)的能源損耗大幅降低［3］。對國內(nèi)部分冶金企業(yè)轉(zhuǎn)爐年產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計表明，當(dāng)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率＞0.7 萬t/（t·a）時，煉鋼流程可以實現(xiàn)負(fù)能煉鋼［4］。

2.3 鐵鋼比對轉(zhuǎn)爐能效影響

2022年中鋼協(xié)會員單位能耗數(shù)據(jù)顯示，高爐煉鐵工序的平均能耗為387.91 kgce，約占長流程鋼鐵企業(yè)全流程能耗的70%。廢鋼是綠色鐵素資源，轉(zhuǎn)爐采用大廢鋼比可有效降低碳排放，還可降低氧氣消耗，減少SO2的排放，減少煉鋼對環(huán)境的污染，轉(zhuǎn)爐煉鋼過程高廢鋼比，負(fù)能煉鋼水平將進(jìn)一步提高，整個鋼鐵流程的能耗也將降低。通過統(tǒng)計聯(lián)合特鋼噸鋼綜合能耗和鐵鋼比控制關(guān)系，鐵鋼比升高時，煉鋼綜合能耗升高明顯。

2.4 煤氣回收對能效的影響

轉(zhuǎn)爐工序消耗大量的水、電、氣能源介質(zhì)，回收二次能源為轉(zhuǎn)爐煤氣和蒸汽，其中轉(zhuǎn)爐煤氣回收所占比例較大。提高轉(zhuǎn)爐煤氣的回收能力，可降低煉鋼成本，降低污染物排放，高效回收轉(zhuǎn)爐煤氣可以有效提升轉(zhuǎn)爐工序能效。

3 提高轉(zhuǎn)爐工序能效措施

為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐高能效生產(chǎn)，聯(lián)合特鋼煉鋼廠針對影響轉(zhuǎn)爐能效的主要因素，從提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率、提高廢鋼比以及提高煤氣回收3個方面采取了系列措施。

3.1 轉(zhuǎn)爐高效生產(chǎn)技術(shù)

3.1.1 氧槍吹煉工藝改進(jìn)

聯(lián)合特鋼煉鋼廠主要采用低鐵耗生產(chǎn)模式，通過分析轉(zhuǎn)爐低鐵耗入爐物料結(jié)構(gòu)和主要成分特點，開發(fā)轉(zhuǎn)爐大流量供氧分階段耦合技術(shù)，以提高氧氣吹煉利用率，降低轉(zhuǎn)爐氧氣噸鋼消耗。

氧槍常規(guī)開吹槍位1.6～2.0 m，由于采用低鐵耗冶煉，前期加入大量廢鋼，熔池內(nèi)液面較高，需要調(diào)整轉(zhuǎn)爐吹煉工藝參數(shù)，氧槍的開吹槍位設(shè)定在4 m，可實現(xiàn)更好的廢鋼前期熔化；進(jìn)入硅錳反應(yīng)期，適當(dāng)降槍升溫；吹煉中期“返干”時可小幅提高槍位，過程中根據(jù)碳氧反應(yīng)強(qiáng)度及爐口火焰狀況，選取合適的氧槍操作模式；終點前，將氧槍降到1.0～1.2 m，槍位按照“高低高低”模式，吹煉全程較為平穩(wěn)，噴濺率大幅降低［5］。槍位與吹煉時間控制見圖1。

圖1 槍位與吹煉時間控制

3.1.2 氧槍銅頭參數(shù)調(diào)整

高廢鋼比模式下，為縮短轉(zhuǎn)爐供氧時間，對氧槍及供氧系統(tǒng)進(jìn)行研究與開發(fā)，保持有效沖擊深度的同時，促進(jìn)轉(zhuǎn)爐快速成渣。聯(lián)合特鋼煉鋼廠120 t轉(zhuǎn)爐采用新設(shè)計氧槍，新氧槍將噴孔中心線與氧槍軸線的夾角由12.5°調(diào)整至12°。根據(jù)水模與數(shù)模實驗結(jié)果，確立轉(zhuǎn)爐煉鋼氧槍合理參數(shù)：實際流量25 000～28 000 m3/h 時，熔池獲得較好的攪拌能，混勻時間最短；實際槍位1 388～1 808 mm 時，熔池攪拌能力較好，混勻時間短；實際槍位1 488～1 648 mm時可得到較好的液面擾動效果。

新氧槍銅頭相關(guān)技術(shù)參數(shù)在高廢鋼比模式下的操作更加合理，加之新氧槍氧氣流量增加，攪拌強(qiáng)度加大，冶煉效果好。工藝優(yōu)化后新氧槍供氧強(qiáng)度噸鋼達(dá)到4 m3/min（優(yōu)化前為3.5 m3/min），供氧時間11 min/爐（優(yōu)化前13 min/爐）。

3.1.3 轉(zhuǎn)爐出鋼系統(tǒng)效率提升

轉(zhuǎn)爐出鋼時間是影響轉(zhuǎn)爐節(jié)奏一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。減少出鋼時間，可以有效提高轉(zhuǎn)爐吹煉節(jié)奏。聯(lián)合特鋼煉鋼廠原使用的出鋼口內(nèi)孔通徑為180 mm，出鋼時間4～7 min，通過采用錐形出鋼口，均勻鋼水流速，出鋼孔外側(cè)湍流明顯減小，出鋼口孔徑提高至220 mm，大幅降低了出鋼時間。在出鋼過程，通過爐口向轉(zhuǎn)爐渣面分散性加入除塵鋼泥作為冷卻壓渣料，主要組分為：TFe 為48%～55%，SiO2為4%～6%，CaO 為10%～15%，MgO 為3%～5%，MnO為1%～2%，Zn＜0.03%，S＜0.15%，H2O＜8%～12%，起到冷卻壓渣作用，減少了出鋼過程的爐口溢渣。出鋼時間縮短為3～5 min，提高了轉(zhuǎn)爐效率，出鋼溫度損失減小。

3.1.4 提高過LF處理占比

采用全程過精煉生產(chǎn)模式，利用精煉作為轉(zhuǎn)爐與連鑄的緩沖，精煉比不低于95%，減輕轉(zhuǎn)爐出鋼壓力，鋼水成分和溫度在滿足基本要求的情況下即可出鋼，提升轉(zhuǎn)爐高效出鋼的穩(wěn)定性，供連鑄鋼水合格率高達(dá)99%以上。

3.2 轉(zhuǎn)爐高廢鋼比工藝創(chuàng)新

聯(lián)合特鋼作為一家長流程鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，積極開發(fā)全流程高廢鋼比技術(shù)，用最少的鐵生產(chǎn)最多的鋼，降低能源消耗和碳排放，將長流程煉鋼廢鋼比提到35%以上。

3.2.1 鋼包加蓋減少流程熱損失

采用鋼包加蓋工藝，減少鋼水向環(huán)境的散熱，轉(zhuǎn)爐出鋼至澆鑄過程的鋼水溫降進(jìn)一步降低，出鋼溫度降低5～10 ℃，節(jié)約精煉環(huán)節(jié)的電力消耗。

3.2.2 生產(chǎn)組織優(yōu)化

加強(qiáng)鐵包、鋼包跟蹤管理與實際生產(chǎn)相結(jié)合，減少熱損失。主要措施：

（1）確保轉(zhuǎn)爐爐后溫度在1 560 ℃以上，轉(zhuǎn)爐根據(jù)鐵水條件及時調(diào)整廢鋼加入量和廢鋼種類配比，優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)奏，達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。轉(zhuǎn)爐出鋼后溫度達(dá)到1 580 ℃以上時，在爐后加入1～2 t 廢鋼小料或者鐵塊，以達(dá)到增加鋼水量的目的，降低鋼鐵料消耗，提高金屬收得率。（2）鋼水進(jìn)精煉站后，根據(jù)鋼水進(jìn)站溫度、供鋼節(jié)奏、連鑄的拉速周期確定精煉給電時間和加入廢鋼小料的量，以達(dá)到合理的供鋼時機(jī)和足夠的鋼液軟吹時間。（3）轉(zhuǎn)爐冶煉周期按22 min，每座連鑄機(jī)的拉速周期按平均28 min 計算，在三轉(zhuǎn)爐三精煉四連鑄機(jī)的生產(chǎn)情況下，嚴(yán)控最大在線鋼包數(shù)為15個。

3.2.3 轉(zhuǎn)爐爐后廢鋼預(yù)熱

為降低廢鋼降溫幅度，采用爐外廢鋼預(yù)熱模式，把廢鋼預(yù)熱后再加入鋼包或精煉爐中［6］。廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)布置在轉(zhuǎn)爐后，合金、廢鋼預(yù)熱量每爐3～5 t，預(yù)熱15～20 min，預(yù)熱廢鋼溫度接近800 ℃。

3.3 轉(zhuǎn)爐煤氣高效回收與利用

3.3.1 轉(zhuǎn)爐煤氣回收

對影響轉(zhuǎn)爐煤氣回收的因素進(jìn)行分析，確定影響煤氣回收的關(guān)鍵因素，調(diào)整轉(zhuǎn)爐操作、優(yōu)化喉口設(shè)定、改進(jìn)回收條件、爐口微差壓控制、加強(qiáng)操作以及設(shè)備管理等措施，使煤氣回收量由110 m3/t 提高到170 m3/t以上，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣零放散。

3.3.2 鋼包烘烤器節(jié)能改造

鋼包經(jīng)過煤氣烘烤后才能夠使用，普通烘烤器排出煙氣溫度在800 ℃以上，熱量損失占燃料總熱量的50%～70%，聯(lián)合特鋼煉鋼廠通過對烘烤器節(jié)能改造，將空氣預(yù)熱到接近1 000 ℃，而排出煙氣溫度可低于150 ℃。結(jié)合鋼包烘烤溫度，通過合理控制烘烤器空氣與燃?xì)獗壤?，將鋼包烘烤溫度、煤氣用量控制在合理區(qū)間，節(jié)省煤氣840 萬m3/a，提高了設(shè)備熱效率，減少了對大氣的溫室氣體排放。

4 結(jié) 語

聯(lián)合特鋼煉鋼廠120 t 轉(zhuǎn)爐通過提高生產(chǎn)效率、減少鐵水消耗、增加煤氣回收，平均冶煉周期由35 min 降低至22 min，轉(zhuǎn)爐全爐役平均鐵鋼比達(dá)到720 kg/t以下，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煤氣資源高效回收利用，轉(zhuǎn)爐工序能耗達(dá)到-30 kgce/t 以下，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著，經(jīng)天津市發(fā)改委認(rèn)定，轉(zhuǎn)爐工序能效“優(yōu)于標(biāo)桿水平”，該項技術(shù)對實現(xiàn)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，具有良好的借鑒意義。