新能源車(chē)輛在冶金項(xiàng)目上的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：新能源；車(chē)輛；冶金工程；節(jié)能；成本；碳排放

0 引言

在冶金工程項(xiàng)目中，由于傳統(tǒng)的車(chē)輛需要軌道和在線(xiàn)供電設(shè)施等，因此在車(chē)輛拐彎、過(guò)跨、鋼包和鐵包的旋轉(zhuǎn)等方面，需要配備其它設(shè)備（如起重機(jī)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)等）來(lái)倒運(yùn)鋼包、鐵包等，這就不可避免地造成了運(yùn)輸高溫液體的包體（鋼包、鐵包、渣包等）在車(chē)間的停留時(shí)間延長(zhǎng)，造成大量的熱量散失（滿(mǎn)包、空包等待）、生產(chǎn)耽誤、耐材損失，金屬損失、設(shè)備投資增加、運(yùn)行成本升高。因此，采用一種無(wú)需軌道的、可行走自由的、可離線(xiàn)工作的新能源車(chē)，可以解決該問(wèn)題，同時(shí)還可以減少高溫液體的運(yùn)輸時(shí)間、減少散熱和碳排放、節(jié)約能耗、無(wú)電纜燒損，降低了運(yùn)行成本。

所謂新能源車(chē)輛就是采用磷酸鐵鋰電池組或超級(jí)電容電池組來(lái)供電、驅(qū)動(dòng)的運(yùn)輸設(shè)備，其車(chē)載電源通常采用磷酸鐵鋰電池組。隨著新能源技術(shù)的發(fā)展、成熟、完善，已經(jīng)出現(xiàn)了大能量密度電池，這給新能源車(chē)輛在煉鋼項(xiàng)目中的應(yīng)用帶來(lái)了發(fā)展機(jī)會(huì)，如2022年寶武集團(tuán)寶山基地在80 t渣包車(chē)和吉安鋼鐵有限公司在100 t渣包車(chē)上應(yīng)用新能源供電，2024年8月山東永鋒鋼鐵有限公司載重量達(dá)520 t的新能源鋼包車(chē)投入使用，用來(lái)運(yùn)輸2臺(tái)150 t鋼包。

1 新能源車(chē)輛在冶金項(xiàng)目的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)車(chē)輛相比，新能源車(chē)在冶金工程中的應(yīng)用具有如下優(yōu)勢(shì)。

1）運(yùn)行靈活，實(shí)現(xiàn)地面設(shè)備安全、人身安全。

由于沒(méi)有軌道和在線(xiàn)供電設(shè)施限制，新能源車(chē)可以任意拐彎、過(guò)跨和旋轉(zhuǎn)，運(yùn)行靈活。采用新能源車(chē)運(yùn)輸高溫液體，鋼包在各冶煉工位轉(zhuǎn)移只在地面行走，沒(méi)有吊車(chē)吊運(yùn)過(guò)程（鋼水、鐵水、液渣）經(jīng)過(guò)設(shè)備，減少了高溫液體泄漏造成的設(shè)備安全、人身安全問(wèn)題。

2）降低起重機(jī)作業(yè)率，減少維護(hù)工作量。

采用新能源車(chē)運(yùn)輸高溫液體，可以任意拐彎、過(guò)跨、旋轉(zhuǎn)，無(wú)需車(chē)間起重機(jī)的幫助，起重機(jī)作業(yè)率顯著下降，因此增加了起重機(jī)的安全性。同時(shí)，由于起重機(jī)的作業(yè)率顯著下降，故障率顯著降低，因此維護(hù)次數(shù)和工作量也顯著下降，起重機(jī)的維護(hù)成本降低。

3）減少起重機(jī)數(shù)量，降低相互干擾。

由于起重機(jī)的作業(yè)率顯著下降，車(chē)間起重機(jī)數(shù)量可以減少。同時(shí)降低了車(chē)間起重機(jī)的相互干擾，減少了無(wú)效運(yùn)行，降低操作費(fèi)用。

4）熱周轉(zhuǎn)的包體數(shù)量減少。

由于占用熱包的時(shí)間減少，包體熱周轉(zhuǎn)數(shù)量可以相應(yīng)地減少。同時(shí)，由于熱包停留時(shí)間減少，包體散熱減少，可以減少出鋼溫度或減少精煉加熱時(shí)間，降低升溫電耗和電極消耗，也縮短了加熱時(shí)間，節(jié)約能耗。

5）錯(cuò)峰用電。

新能源車(chē)輛可以實(shí)現(xiàn)了錯(cuò)峰用電，利用夜間峰谷電充電，降低用電成本。根據(jù)各地的峰谷電價(jià)的差異，可節(jié)約用電成本30 %～40 %。

由于如上優(yōu)點(diǎn)，新能源車(chē)已經(jīng)在寶武集團(tuán)寶山基地100 t渣罐車(chē)上應(yīng)用，數(shù)量12臺(tái)，2022年10月投產(chǎn)至今，十分安全可靠，如圖1所示。吉安鋼鐵有限公司在80 t渣罐車(chē)上應(yīng)用新能源車(chē)輛（如圖2所示），數(shù)量2臺(tái)，2022年8月投產(chǎn)至今，經(jīng)歷出鋼、出渣、溢渣、噴濺的考驗(yàn)，運(yùn)行安全，效果良好。另外山東永鋒鋼鐵有限公司120 t轉(zhuǎn)爐車(chē)間應(yīng)用新能源車(chē)輛運(yùn)輸2臺(tái)150 t鋼包，投產(chǎn)時(shí)間2024年8月；寶武集團(tuán)湛江基地在220 t電爐車(chē)間鋼包車(chē)應(yīng)用新能源車(chē)輛，投產(chǎn)時(shí)間2025年3月。

2 新能源車(chē)輛的煉鋼項(xiàng)目應(yīng)用

無(wú)論是新建還是改造的煉鋼工程項(xiàng)目，均可以使用新能源車(chē)替代傳統(tǒng)車(chē)輛。

2.1 新設(shè)計(jì)項(xiàng)目的應(yīng)用

2.1.1 車(chē)間配置

車(chē)間設(shè)備配置：1座220 t電爐、1座220 t LF、1座220 t RH裝置、1臺(tái)2 150 mm連鑄機(jī)，年新增煉鋼產(chǎn)能180萬(wàn)t鋼水。

2.1.2 工藝流程比較

傳統(tǒng)方式運(yùn)輸流程：電爐冶煉→傳統(tǒng)鋼包車(chē)1→起重機(jī)1→傳統(tǒng)鋼包車(chē)2（或3）→LF精煉→傳統(tǒng)鋼包車(chē)2（或3）→起重機(jī)2→傳統(tǒng)鋼包車(chē)4（或5）→RH精煉→傳統(tǒng)鋼包車(chē)4 （或5）→起重機(jī)→連鑄。

新能源車(chē)運(yùn)輸流程：電爐冶煉→新能源鋼包車(chē)→新能源橫移車(chē)→新能源鋼包車(chē)→LF精煉→新能源橫移車(chē)→新能源鋼包車(chē)→RH精煉→起重機(jī)→連鑄。

2.1.3 設(shè)備配置差別

新建220 t電爐煉鋼車(chē)間工藝布置如圖3所示，可以看出：1）取消了鋼包車(chē)的供電設(shè)施（電纜、卷筒等），減少電纜的磨損和燒損；2）增加2臺(tái)新能源橫移車(chē)代替鑄造起重機(jī)來(lái)擺渡鋼包車(chē)；3）鑄造起重機(jī)的重載時(shí)間下降到原來(lái)的1/3（少吊2鉤）；4）EAF、LF、RH之間無(wú)縫連接，縮短了鋼水的停留時(shí)間，減少了散熱，節(jié)約了加熱電耗、電極消耗、耐材，提高了鋼包壽命。

新能源車(chē)與傳統(tǒng)車(chē)輛運(yùn)輸在設(shè)備配置上的差別如表1所示，可見(jiàn)：1）采用新能源車(chē)，鋼包車(chē)數(shù)量減少3臺(tái)，降低了投資；2）鑄造起重機(jī)減少1臺(tái)，降低投資3 000余萬(wàn)元；3）增加2臺(tái)新能源橫移車(chē)擺渡鋼包車(chē)和鋼水，替代了鑄造起重機(jī)吊運(yùn)鋼水2次；減少了鋼水的停留時(shí)間（LF 6.2 min+RH 4.6 min），減少了散熱，從而節(jié)約了加熱電耗和電極消耗，縮短了精煉時(shí)間，減少了高溫鋼水在鋼包耐材中停留時(shí)間，提高了耐材壽命等。

2.1.4 采用新能源車(chē)的安全措施

采用新能源車(chē)的安全措施：1）車(chē)載電源、控制系統(tǒng)安裝于車(chē)上全封閉的電氣室內(nèi)；2）電氣室四周均采用復(fù)合層結(jié)構(gòu)，中間夾層設(shè)有隔熱耐火材料，避免周邊輻射熱對(duì)電氣室溫度產(chǎn)生影響；3）電氣室頂部設(shè)有多層防護(hù)層，避免鋼水飛濺或穿包時(shí)損壞電氣室，確保電池安全；4）電池模組內(nèi)、控制柜內(nèi)、電氣室內(nèi)均設(shè)置有溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)輛運(yùn)行環(huán)境變化情況；5）車(chē)載電源配有電池?zé)峁芾砗鸵豪洌?）電氣室配有空調(diào)系統(tǒng)，確保電池在特殊情況下也不會(huì)超過(guò)許用溫度，車(chē)輛仍能繼續(xù)運(yùn)行駛離危險(xiǎn)區(qū)域。

此外，還研發(fā)了新能源車(chē)智慧運(yùn)維云平臺(tái)，對(duì)電池系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，用戶(hù)多終端實(shí)時(shí)查看相關(guān)運(yùn)行記錄，電量、溫度、PLC故障等報(bào)警信息實(shí)時(shí)傳遞。

生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用以上安全措施后，可以保證新能源車(chē)輛在使用過(guò)程的安全性，即不過(guò)熱、不自燃、不會(huì)發(fā)生爆炸；即使在出現(xiàn)大量的噴濺的情況下，也能安全使用（參見(jiàn)圖2）。

2.1.5 新能源車(chē)輛的結(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)車(chē)輛相比，新能源車(chē)具有如下特點(diǎn)：1）取消在線(xiàn)供電設(shè)施，如電纜、電纜卷筒等，減少了電纜磨損、燒損，降低了電纜消耗，降低了運(yùn)行成本；2）傳統(tǒng)車(chē)輛的速度控制需要交流-直流-交流轉(zhuǎn)換，而新能源車(chē)采用直流電，減少了交流-直流轉(zhuǎn)換，控制更加簡(jiǎn)單；3）新能源車(chē)的電源是蓄電池和超級(jí)電容，所以可以實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰充電，降低了運(yùn)行成本。

新能源車(chē)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4，主要包含：車(chē)載控制系統(tǒng)、自動(dòng)充電裝置、車(chē)載電源（新能源電池組或超級(jí)電容，通常采用磷酸鐵鋰超級(jí)電容）、吹氬自動(dòng)對(duì)接裝置。

2.1.6 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

1）EAF-LF工序

新能源車(chē)從電爐出鋼結(jié)束到鋼包爐接受工位時(shí)長(zhǎng)為3.7 min， 而傳統(tǒng)鋼包車(chē)需要9.79 min， 新能源車(chē)行走時(shí)間縮短6.09 min； 采用鋼包加蓋，溫降損失按約0.5 ℃/min計(jì)算；與傳統(tǒng)鋼包車(chē)相比，其成本分析見(jiàn)表2?？芍河捎诓捎眯履茉窜?chē)，EAF-LF工序每年可以降低運(yùn)行成本353.21萬(wàn)元，噸鋼成本降低1.96元。能耗方面，按當(dāng)量值計(jì)算，每年可節(jié)約能耗485.17×104 kWh， 相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤596.28 t， 噸鋼節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤0.331 kg。碳排放計(jì)算，每年可減少碳排放3808.61 t， 噸鋼碳排放減少2.116 kg。

2）LF-RH工序

新能源車(chē)從LF出鋼結(jié)束到RH爐接受工位時(shí)長(zhǎng)為4.033 min， 而傳統(tǒng)包車(chē)需要8.625 min， 新能源車(chē)行走時(shí)間縮短4.592 min（空包返回，減少溫降未計(jì)算）；采用鋼包加蓋，溫降損失按約0.5 ℃/min計(jì)算；與傳統(tǒng)鋼包車(chē)相比，其成本分析見(jiàn)表3。可見(jiàn)：由于采用新能源車(chē)，LF-RH工序，每年可以降低運(yùn)行成本264.74萬(wàn)元，噸鋼成本降低1.47元/t。能耗方面，按當(dāng)量值計(jì)算，每年可節(jié)約能耗363.66×104 kWh， 相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤446.94 t， 噸鋼節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤0.248 kg。碳排放計(jì)算，每年可減少碳排放2 854.73 t， 噸鋼碳排放減少1.586 kg。

3）EAF+LF+RH定量分析

由于采用新能源車(chē)，從EAF+LF+RH工序，每年可以降低運(yùn)行成本617.95萬(wàn)元，噸鋼成本降低3.43元。能耗方面，按當(dāng)量值計(jì)算，每年可節(jié)約能耗848.83×104 kWh， 相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1 043.22 t， 噸鋼節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤0.579 kg。碳排放計(jì)算，每年可減少碳排放6 663.34 t， 噸鋼碳排放減少3.702 kg。

2.1.7 綜合效益

在新建煉鋼項(xiàng)目中，新能源車(chē)輛運(yùn)行靈活，實(shí)現(xiàn)了地面設(shè)備安全、人身安全；鑄造起重機(jī)重載時(shí)間下降50 %，安全系數(shù)增加；起重機(jī)維護(hù)工作量減少50 %，成本下降；車(chē)間起重機(jī)作業(yè)率降低40 %～50 %，數(shù)量可以減少1臺(tái)；相互干擾減少；熱周轉(zhuǎn)的鋼包數(shù)量減少1個(gè)；精煉時(shí)間縮短約0.5 min， 精煉電耗降低約5 kWh/t； 鋼包壽命提高7 %，耐材消耗降低；噸鋼成本降低3.43元；年增效益617.95萬(wàn)元；年節(jié)約能耗848.83×104 kWh/a， 相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤1043.22 t； 年減少碳排放6 663.34 t， 噸鋼碳排放減少3.7 kg； 節(jié)約設(shè)備投資約3 000萬(wàn)元。

2.2 在現(xiàn)車(chē)間改造中的應(yīng)用

2.2.1 車(chē)間設(shè)備配置

電爐車(chē)間現(xiàn)有1座120 t帶廢鋼預(yù)熱水平連續(xù)加料的超高功率交流電爐、1座120 t LF、1座120 t VOD真空精煉爐（預(yù)留）、1臺(tái)6流小方連鑄機(jī)（半徑9 m）、鑄坯熱裝熱送。主要生產(chǎn)鋼種為碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼，年產(chǎn)合格鋼水123.7萬(wàn)t、合格鑄坯120萬(wàn)t。

2.2.2 工藝流程比較

現(xiàn)有運(yùn)輸方式：電爐冶煉→鋼包車(chē)1→起重機(jī)→鋼包車(chē)2→過(guò)跨和吹氬→起重機(jī)→鋼包車(chē)3→LF精煉→鋼包車(chē)3→起重機(jī)→連鑄。

新能源車(chē)運(yùn)輸方式：新能源車(chē)→轉(zhuǎn)臺(tái)→新能源車(chē)→轉(zhuǎn)臺(tái)→新能源車(chē)→LF→連鑄。

2.2.3 設(shè)備配置差別

電爐車(chē)間布置是否合理，直接影響生產(chǎn)操作的順行，同時(shí)也影響建設(shè)投資。改造前后120 t電爐煉鋼車(chē)間的工藝布置圖見(jiàn)圖5，新能源車(chē)與傳統(tǒng)車(chē)輛運(yùn)輸在設(shè)備配置上的差別見(jiàn)表4。

由圖5、表4看出：1）采用新能源車(chē)，鋼包車(chē)數(shù)量減少2臺(tái)；2）電爐跨的鑄造起重機(jī)重載時(shí)間減少50 %以上；3）取消了鋼包車(chē)的供電設(shè)施（電纜、卷筒等），減少電纜的磨損和燒損；4）增加2臺(tái)回轉(zhuǎn)臺(tái)擺渡鋼包車(chē)和鋼水，替代了鑄造起重機(jī)吊運(yùn)鋼水2次；減少了鋼水的停留時(shí)間9.52 min， 減少了散熱，從而節(jié)約了加熱電耗和電極消耗，縮短了精煉時(shí)間，減少了高溫鋼水在鋼包耐材中停留時(shí)間，提高了耐材壽命等；5）電爐出鋼車(chē)、鋼包過(guò)跨車(chē)、LF鋼包車(chē)的軌道均適當(dāng)延長(zhǎng)。

現(xiàn)有傳統(tǒng)車(chē)輛改造成新能源車(chē)輛的方法：1）將電池或超級(jí)電容設(shè)置在車(chē)上作為車(chē)輛的供電方式，現(xiàn)有的電纜、滑觸線(xiàn)等供電設(shè)施取消；2）在線(xiàn)或離線(xiàn)給電池充電，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的持續(xù)供電；3）在不具備在線(xiàn)或離線(xiàn)充電的工況下，通過(guò)快速更換電池的方式實(shí)現(xiàn)持續(xù)供電；4）除了供電方式改變外，車(chē)輛的原有功能全部保持；5）增加2套鋼包車(chē)回轉(zhuǎn)臺(tái)。

2.2.4 綜合效益

新能源車(chē)從電爐出鋼結(jié)束到鋼包爐接受工位時(shí)長(zhǎng)為5.73 min， 而傳統(tǒng)包車(chē)需要15.24 min， 可見(jiàn)新能源車(chē)行走時(shí)間縮短9.52 min； 因鋼包未加蓋，溫降損失按約1 ℃/min計(jì)算。與傳統(tǒng)鋼包車(chē)相比，其成本分析見(jiàn)表5?？梢?jiàn)：由于采用新能源車(chē)，該120 t電爐車(chē)間每年可以降低運(yùn)行成本822.73萬(wàn)元，噸鋼成本降低6.65元。能耗方面，按當(dāng)量值計(jì)算，每年可節(jié)約能耗1130.12×104 kWh， 相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1 388.92 t， 噸鋼節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.123 kg。碳排放計(jì)算，每年可減少碳排放8 871.47 t， 噸鋼碳排放減少7.172 kg， 效果顯著。

在現(xiàn)煉鋼車(chē)間的改造項(xiàng)目中，采用新能源車(chē)輛替代傳統(tǒng)車(chē)輛在取得良好經(jīng)濟(jì)效益、降低能耗和碳排放的同時(shí)，還取得了較好的綜合效益，新能源車(chē)輛運(yùn)行靈活，實(shí)現(xiàn)了地面設(shè)備安全、人身安全；電爐跨鑄造起重機(jī)重載時(shí)間下降50 %，安全系數(shù)增加；起重機(jī)維護(hù)工作量減少50 %，成本下降；車(chē)間起重機(jī)作業(yè)率降低40 %～50 %，數(shù)量可以減少1臺(tái)，相互干擾減少；精煉電耗降低約9 kWh/t， 精煉時(shí)間縮短約2 min； 熱周轉(zhuǎn)的鋼包數(shù)量減少1個(gè)，鋼包壽命提高20 %，耐材消耗降低。

3 結(jié)論

1）冶金項(xiàng)目采用新能源車(chē)輛具有運(yùn)行靈活的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備安全和人身安全。

2）采用新能源車(chē)輛替代傳統(tǒng)車(chē)輛，煉鋼車(chē)間鑄造起重機(jī)重載時(shí)間下降約50 %，維護(hù)工作量減少約50 %，運(yùn)行成本下降；同時(shí)起重機(jī)運(yùn)行時(shí)，相互干擾減少，運(yùn)行效率提高；鋼包壽命可提高7 %～20 %，耐材消耗降低；LF精煉時(shí)間縮短0.5～2 min； 精煉電耗降低5～9 kWh/t， 節(jié)約了能耗。

3）采用新能源車(chē)輛具有較大的經(jīng)濟(jì)效益，可節(jié)約設(shè)備投資；無(wú)電纜燒損，運(yùn)行費(fèi)用低；通過(guò)錯(cuò)峰用電，降低用電成本30 %～40 %；生產(chǎn)成本可降低3.43～6.65元/t； 噸鋼碳排放可降低3.7～7.2 kg， 實(shí)現(xiàn)良好的綜合效益。

4）通過(guò)將傳統(tǒng)車(chē)輛改造成新能源車(chē)輛也很方便，由于新能源車(chē)輛的顯著優(yōu)勢(shì)，煉鋼廠采用新能源車(chē)將會(huì)越來(lái)越多，它將為煉鋼廠帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也為碳中和、碳達(dá)標(biāo)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

本文摘自《煉鋼》2024年第6期