鐵包烘烤器節(jié)能實(shí)踐

張 建 魏繼東 沙遠(yuǎn)洋 任曉彬 王洪璐

(1.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司煉鐵作業(yè)部，2.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司制造部)

首鋼京唐公司一期300 t鐵包烘烤器8臺(tái)、二期200 t鐵包烘烤器6臺(tái)，合計(jì)14臺(tái)。一期8臺(tái)鐵包烘烤器都是普通的直燃式，由于直燃式烘烤器對(duì)空氣和煤氣都不預(yù)熱，而且控制系統(tǒng)落后，存在冒火現(xiàn)象，能量逸散嚴(yán)重，燃燒過程中高溫?zé)煔庥酂嵛椿厥眨芎妮^高，不利于能源的有效利用和環(huán)境保護(hù)。因此，公司于2020年對(duì)一期8臺(tái)300 t鐵包烘烤器進(jìn)行蓄熱式改造，實(shí)現(xiàn)了34.5%的節(jié)能率[1]。

為了保證鐵鋼界面的平穩(wěn)，14臺(tái)烘烤器的作業(yè)率在95%以上，時(shí)刻保證在短時(shí)間內(nèi)上線10臺(tái)鐵包的能力。每年用于鐵包烘烤器的焦?fàn)t煤氣消耗仍然極大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年京唐公司鐵包修砌作業(yè)區(qū)的焦?fàn)t煤氣耗用量高達(dá)5 000萬m3以上，平均每天138 453 m3，甚至單日最高可達(dá)160 000 m3以上。單是用于鐵包烘烤器的焦?fàn)t煤氣一項(xiàng)，每年支出就高達(dá)3 000萬元。此外，烘烤結(jié)束后不能立即上線的周轉(zhuǎn)鐵包，由于長時(shí)間的中火保溫，可能導(dǎo)致再次上線時(shí)鐵水在鐵包內(nèi)翻騰[2]；而大修包過度烘烤，則可能造成工作層耐材在運(yùn)行初期劇烈剝落。從長期角度來看，過度烘烤在較大程度上限制了鐵包的長壽與安全運(yùn)行。

文章分析了影響鐵包烘烤器能耗較高的因素，從生產(chǎn)運(yùn)行角度提出若干可行性措施，降低了焦?fàn)t煤氣消耗和鐵包耐材的過度烘烤，為鐵包的長壽和安全運(yùn)行提供了有力保障，而且達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

1 鐵包烘烤器能耗高的原因

1.1 生產(chǎn)備包數(shù)量多

大多數(shù)情況下，高爐鐵水的生產(chǎn)能力超過煉鋼對(duì)鐵水的消化能力，或者進(jìn)煉鋼廠房的鐵包數(shù)量超過出煉鋼廠房鐵包的數(shù)量，所以需要大規(guī)模鐵包上線。

鐵包在煉鋼廠內(nèi)周轉(zhuǎn)時(shí)間長，是因?yàn)殍F包進(jìn)出煉鋼廠主要依靠脫磷跨的鋼1線和鋼2線。該跨3臺(tái)天車負(fù)責(zé)鐵水進(jìn)脫硫站、脫磷爐兌鐵及空鐵包返回運(yùn)輸架車，3臺(tái)天車作業(yè)時(shí)的相互干擾較多，一定程度上影響了作業(yè)效率。同時(shí)，受到KR、脫磷轉(zhuǎn)爐周期匹配方面的影響，鐵包占用KR車時(shí)間長，導(dǎo)致鐵水無法及時(shí)進(jìn)站脫硫[3]。

其次，煉鋼生產(chǎn)隨時(shí)可能波動(dòng)，比如連鑄機(jī)斷澆、轉(zhuǎn)爐爐役檢修以及其他突發(fā)性故障等，烘烤器除了烘烤大修包之外，煉鐵部必須具備隨時(shí)在4 h內(nèi)上線10臺(tái)鐵包的能力。因此，14臺(tái)烘烤器絕大多數(shù)情況下都在連續(xù)工作。

此外，需要額外投包上線還有高爐的原因。2021年之前，京唐公司一期2座高爐的爐缸活躍度與預(yù)期值始終有不小的差距，分析認(rèn)為與多數(shù)時(shí)候采用2個(gè)鐵口對(duì)稱出鐵的方法存在一定的聯(lián)系[4]。當(dāng)高爐爐缸的活躍性變差，會(huì)出現(xiàn)不同鐵口渣鐵量偏差較大的情況。某一個(gè)鐵口突然渣鐵量偏大，比其他鐵口多出1～2包鐵水，則會(huì)造成爐下配包緊張。在這種情況下，實(shí)際需要的鐵包數(shù)量要比正常的鐵包數(shù)量多，則需要額外的鐵包上線。

1.2 鐵包烘烤制度問題

1.2.1 大修包烘烤周期長

鐵包大修后需要進(jìn)行自然干燥，其干燥程度主要決定于環(huán)境溫度與干燥時(shí)間，一般要求砌筑完成后約7 d自然干燥養(yǎng)護(hù)，方可進(jìn)行烘烤。但是，京唐公司生產(chǎn)節(jié)奏緊湊，大修包的干燥養(yǎng)護(hù)時(shí)間為24 h，遠(yuǎn)低于其他企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。尤其在冬季溫度和氣壓低時(shí)，澆注料表面水分排出的速度和比例要更小[5]。

沿襲早期烘烤制度，京唐公司大修鐵包的烘烤周期長達(dá)84 h，而業(yè)內(nèi)其他鋼鐵廠的大修包烘烤周期在72 h左右。常年保持較高作業(yè)率的背景下，烘烤器消耗的煤氣存在相當(dāng)一部分浪費(fèi)。

1.2.2 周轉(zhuǎn)包保溫時(shí)間長

規(guī)定周轉(zhuǎn)包大火烘烤8 h，包底溫度達(dá)到850 ℃以上即可上線。生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，在烘烤結(jié)束后8 h內(nèi)不能上線的周轉(zhuǎn)包比例高達(dá)50%～60%。烘烤結(jié)束后不能立即上線的周轉(zhuǎn)鐵包，不得不對(duì)其進(jìn)行中火保溫。不僅增加不必要的能源消耗，而且長時(shí)間的中火保溫可能導(dǎo)致殘留于包底和包壁表面的脫硫劑或脫流渣與鐵包工作層耐材發(fā)生某些化學(xué)反應(yīng)，再次上線時(shí)鐵水在鐵包內(nèi)翻騰的概率增大。這種鐵包內(nèi)的鐵水翻騰不僅不利于環(huán)保工作，而且極有可能導(dǎo)致鐵包耐材的異常侵蝕，嚴(yán)重制約鐵包包齡和安全運(yùn)行。

2 節(jié)能降耗措施

2.1 動(dòng)態(tài)輪換停用烘烤器

生產(chǎn)模式分為正常模式、檢修模式和極端模式，根據(jù)高爐生產(chǎn)能力、煉鋼/軋鋼消納鐵水能力及鐵包周轉(zhuǎn)情況計(jì)算出理論上合適的在線周轉(zhuǎn)鐵包數(shù)量，分別建立了不同生產(chǎn)模式對(duì)應(yīng)的備包模式。正常模式下，有計(jì)劃地輪換停用大、小鐵包烘烤器各2臺(tái)，即在8臺(tái)300 t鐵包烘烤器下留出2臺(tái)烘烤大修包，保證4臺(tái)烘烤備用包；在6臺(tái)200 t鐵包烘烤器下留出1臺(tái)烘烤大修包，保證3臺(tái)烘烤備用包。根據(jù)鐵水包高效周轉(zhuǎn)原則、高爐出鐵量與爐下配包匹配原則及煉鋼廠內(nèi)鐵包“先進(jìn)先出”原則進(jìn)行優(yōu)化生產(chǎn)組織，尾包及時(shí)補(bǔ)滿，有效減少鐵水包數(shù)量，加快鐵水包周轉(zhuǎn)，壓縮空包時(shí)間[3，6]。一旦煉鋼部或鋼軋部生產(chǎn)有波動(dòng)，立即切換為檢修模式或極端模式，啟動(dòng)已經(jīng)停用的烘烤器，以準(zhǔn)備足夠數(shù)量的鐵包，保障生產(chǎn)的平穩(wěn)過渡。這種計(jì)劃性停烤不僅使鐵包備用數(shù)量與生產(chǎn)節(jié)奏形成了良性的動(dòng)態(tài)匹配,而且避免了鐵包的過度烘烤,大幅節(jié)約能源。

2.2 改變出鐵方式

為了改善高爐爐缸的活躍性，京唐1號(hào)高爐試驗(yàn)3個(gè)鐵口輪流出鐵。通過調(diào)整炮泥配方，打泥方式及調(diào)整沖渣水量、水壓的方法等技術(shù)手段，試驗(yàn)取得了良好的效果，明顯改善了爐缸的活躍度，提高了出鐵、出渣的均勻性[4]，減少了額外上線鐵包的數(shù)量。

2.3 優(yōu)化鐵包烘烤制度

2.3.1 延長大修包養(yǎng)生時(shí)間

大修包養(yǎng)生時(shí)間由24 h延長至48 h，有條件者甚至延長至60 h，增加包口澆注料表面游離水的排出比例。在冬季和早春氣溫低時(shí)，將大修包養(yǎng)生時(shí)間適度延長3～6 h，且拔下包口胎具后，將大修包置于?；鸬暮婵酒飨吗B(yǎng)生。一是可以利用停火的烘烤器的長明火保證大修包的養(yǎng)生溫度，二是利用相鄰烘烤器的輻射熱能削弱低氣溫環(huán)境的影響。保證了砌體的游離水的排出比例，為縮短小火烘烤時(shí)間創(chuàng)造了條件，進(jìn)而為中火加速升溫打下了基礎(chǔ)。

公司將大修包的烘烤周期從84 h縮短至72 h，如圖1所示。新的大修包烘烤曲線壓縮了小火和中火的升溫階段，增加了300和600 ℃的保溫過程，保證了烘烤初期水分緩慢、充分排出，避免了產(chǎn)生局部熱應(yīng)力[7]。按照新的烘烤曲線試烤的大修包包殼溫度在220～250 ℃，包底溫度1 000～1 100 ℃，包殼氣孔無冒煙，滿足上線要求。

圖1 大修包修改后烘烤曲線

2.3.2 縮短備用包中火保溫時(shí)間

公司通過合理配置上線鐵包的包齡結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步縮短中火保溫時(shí)間，降低能源浪費(fèi)。目前，300 t鐵包包齡在230～240次之間，200 t鐵包包齡穩(wěn)定在280次。根據(jù)鐵包的最終包齡，設(shè)置上線鐵包的包齡結(jié)構(gòu)，使其老、中、青包齡比例基本維持在2∶3∶5的范圍內(nèi)，具體如圖2所示。這樣的包齡結(jié)構(gòu)不僅有利于所有鐵包均勻化使用，而且可以縮短備用包中火保溫時(shí)間。

圖2 在線周轉(zhuǎn)鐵包的包齡結(jié)構(gòu)

在線鐵包熱檢崗位與鐵包修砌生產(chǎn)組織崗位緊密溝通，將在線周轉(zhuǎn)鐵包的包齡結(jié)構(gòu)與烘烤器下備用鐵包的包齡結(jié)構(gòu)建立服從性，形成一定的包齡對(duì)應(yīng)關(guān)系，讓鐵包的下線從非計(jì)劃性逐漸向計(jì)劃性過渡，有效地減少了因不定時(shí)的中火保溫造成的焦?fàn)t煤氣浪費(fèi)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2022年4月以后，鐵包的非計(jì)劃下線次數(shù)與前一年同期對(duì)比減少了15%。

3 節(jié)能降耗效果

通過上述針對(duì)性的措施，京唐公司鐵包烘烤器焦?fàn)t煤氣日均耗用量從2021年的138 453 m3降至2022年的123 023 m3，能耗降低了11%，如圖3所示。按年計(jì)算，節(jié)約563.2萬m3焦?fàn)t煤氣，折合成本518.1萬元。

圖3 焦?fàn)t煤氣日均消耗同期對(duì)比

4 結(jié)論

京唐公司分析了鐵包烘烤器能耗過高的原因，包括為了防止生產(chǎn)波動(dòng)而備包數(shù)量多、大修包的烘烤周期過長、備用包的保溫時(shí)間較長等。采取了動(dòng)態(tài)輪換停用烘烤器、改變高爐出鐵方式、縮短大修鐵包的小火烘烤時(shí)長與備用包的中火保溫時(shí)長、合理調(diào)配在線周轉(zhuǎn)包的包齡結(jié)構(gòu)等針對(duì)性措施，不僅減輕了過度烘烤對(duì)鐵包耐材的氧化破壞，而且有效地降低了11%的焦?fàn)t煤氣消耗，理論計(jì)算每年可節(jié)約成本518.1萬元。