转炉炼钢工序能耗计算与分析

、ｒ０Ｉ．２９　Ｎｏ．４　冶　金能源　１５　Ｊｕｌｙ．２０１０　ＥＮＥＲＧＹ　ＦＯＲ　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　转炉炼钢工序能耗计算与分析　富志生　由，、：　（酒泉钢铁集团公司炼轧厂）　摘要通过转炉炼钢工序能耗计算与分析，对酒钢炼轧厂转炉炼钢工序耗能现状进行了评　价。结合生产实践提出了节能措施，探讨了今后转炉炼钢工序节能的方向和途径，指出转炉　炼钢工序节能应注重基础管理和先进技术的开发应用。　关键词转炉工序能耗节能　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙ’ｓｉｓ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　Ｆｕ　Ｚｈｉｓｈｅｎｇ　（Ｊｉｕｑｕａｎ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｊｉ－　ｕｑｕａｎ　ｓｔｅｅｌ　ｃｏｍｐａｎｙ，ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｅｎｅｒｇｙ　ｗａｓ　ｅｖａｌｕ￣ｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ，ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐａｔｈ．Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｓｔｅｅｌ—ｍａｋｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｅｎｅｒｙ　ｓｈｏｕｇｌｄ　ｐａｙ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｄ－　ｖａｎｃｅｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　转炉炼钢生产过程的能耗可分为三个部分：　（１）直接能耗，指转炉炼钢生产过程中所消耗　的能源介质；（２）间接能耗，指转炉炼钢工序　间接（辅助、附属、损失）耗能量；（３）转炉　炼钢工序回收的能源。影响转炉炼钢工序能耗的　因素很多，不仅有工艺、设备和操作条件方面的　因素，也有原料条件、产品种类和产量等方面的　因素，不仅有能流本身的因素，也有物流方面的　节能提供方向。　酒钢炼轧厂炼钢工序现有２套１４０ｔ铁水罐　镁基复合喷吹装置，铁水脱硫年处理能力２５０万　ｔ，６００ｔ混铁炉２座，５０ｔ转炉３座。精炼系统有　３座６０ｔ　ＡＣ—ＬＦ精炼炉，年处理能力２００万ｔ。　四机四流方坯连铸机３台，１６０／２２０×（８５０—　１３５０）ｍｍ板坯连铸机２台。主要生产工艺流程　为：高炉铁水　预处理（脱硫）一转炉吹炼－＋　因素，在不同的因素水平下，工序能耗也不同。　能耗计算与分析的目的在于确定转炉炼钢工序本　身经过努力能够实现的节能量或能够达到的能耗　水平，从而为能源管理规划和节能潜力分析提供　可靠的依据，为改进工艺、实现转炉最佳操作探　索途径，并为降低原材料消耗及合理利用能源和　收稿日期：２０１０—０２—１０　富志生（１９６９一　），工程师；７３５１００甘肃省嘉峪关市。　ＬＦ炉精炼＿＋连铸一轧钢。转炉炼钢工序能耗计　算范围主要包括：铁水预处理、转炉冶炼、炉外　精炼和连铸等环节。转炉炼钢工序耗能量是从铁　水进入工序至钢坯生产全过程消耗的能源（包　括一次、二次能源和耗能工质），等于直接生产　系统（工序）与间接生产系统（辅助、附属、　损失）耗能量之和减去回收能源外供量。我们　以２００９年为一个报告期，对酒钢炼轧厂转炉炼　钢工序能耗进行计算与分析，用来评价工序能耗　冶１６　金能源　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．４　ＥＮＥＲＧＹ　ＦＯＲ　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　Ｊｕｌｙ．２０１０　水平，探索今后的节能途径。　１　转炉炼钢工序能耗的计算　１．１　转炉炼钢工序直接生产耗能量　转炉炼钢工序直接生产耗能量包括以下几个　Ｅ＝Ｅ　＋Ｅ　—Ｅ＾　（４）　式中：Ｅ为转炉炼钢工序总耗能量，ｔｃｅ。　转炉炼钢工序能耗按（５）式计算：　ｅ＝ＩＯ００Ｅ／Ｍ　（５）　式中：ｅ为转炉炼钢工序能耗，ｋｇｃｅ／ｔ；Ｍ为转　炉钢坯产品产量，转炉钢坯以本企业检验合格品　部分：（１）铁水预处理，主要是铁水脱硫等的　耗能量，Ｅ。ｔｃｅ；（２）转炉炼钢耗能量，Ｅ２ｔｅｅ；　（３）炉外精炼、炉外处理等耗能量，Ｅ，ｔｃｅ；（４）　连铸耗能量，包括钢坯精整耗能量及产品出厂耗　能量，Ｅ４ｔｃｅ。转炉炼钢工序直接生产耗能量按　（１）式计算：　ｎ　Ｅ　＝∑Ｅ　（１）　式中：Ｅ：为２００９年转炉炼钢工序直接生产耗能　量，ｔｅｅ；　为２００９年转炉炼钢工序第ｓ道直接　生产工序耗能量，ｔｃｅ；　为２００９年该产品直接　生产工序数。　１．２转炉炼钢工序间接耗能量　转炉炼钢工序间接（辅助、附属、损失）　耗能量包括：（１）辅助生产系统耗能量包括烤　包（钢包、中间包）、冷却系统（泵站）、采暖、　原料及产品化验、环保设施、浴室、休息室等实　际消耗的电、气、煤、水等各种能源实物量分别　折算为标准煤后的总和，Ｅ　ｔｃｅ；（２）损失耗能　量为各种能源及耗能工质在转炉炼钢工序生产界　区内的损失量（如库损、变损、线损、各类管　网损失等实物量）分别折算为标准煤后的总和，　Ｅ２ｔｃｅ。炼钢工序间接生产耗能量按（２）式计　算：　＝Ｅ１＋Ｅ２　（２）　式中：Ｅ　为炼钢工序间接生产耗能量，ｔｃｅ。　１．３转炉炼钢工序回收能源　转炉炼钢工序回收能源包括两部分：（１）转　炉煤气回收外供量折算成标准煤量，Ｅ　ｔｃｅ；（２）蒸　汽回收系统回收蒸汽外供量折算成标准煤量，　Ｅ　ｔｃｅ。转炉炼钢工序回收能源外供量按（３）式计　算：　Ｅ＾＝Ｅ１＋Ｅ２　（３）　式中：Ｅ　为转炉炼钢工序回收能源外供量，ｔｅｅ。　１．４转炉炼钢工序总耗能量及转炉炼钢工序能　耗　转炉炼钢工序耗能量按（４）式计算：　产量计算，ｔ。　１．５报告期内转炉炼钢工序能耗的计算　由以上五个公式，以２００９年为一个报告期，　对酒钢炼轧厂转炉炼钢工序能耗进行计算，结果　见表１。　表１　２００９年转炉炼钢工序能耗　项目　数值　直接耗能　４０９５８ｔｅｅ　间接耗能　ｌ８７５０ｔｃｅ　回收能源　４４００６ｔｅｅ　总耗能量　１５７０２ｔｅｅ　产品产量肘　２２６２５３３ｔ　工序能耗ｅ　６．９４ｋｇｃｅ／ｔ　２转炉炼钢工序的能耗分析　２．１　转炉炼钢工序能耗对标情况　对比２００９年中国钢铁工业协会发布的８３家　钢铁行业指标排序结果，酒泉钢铁集团公司转炉　炼钢工序能耗为１２．８９６２ｋｇｃｅ／ｔ，处于第５８位。　通过计算确定了酒钢炼轧厂转炉炼钢工序能耗为　６．９４ｋｇｃｅ／ｔ，在酒钢集团内几个转炉炼钢工序相　比处于领先地位。但在同行业内对标的８３家企　业中，有２７家实现了负能炼钢，转炉炼钢工序　能耗在６ｋｇｃｅ／ｔ以内的有４５家，因此该厂仍处于　一个较落后的水平。　２．２转炉炼钢工序能耗构成分析　转炉炼钢工序消耗的能源介质主要是氧气、　电、煤气、氩气、氮气、压缩空气、蒸汽和水　等，回收部分为转炉煤气和蒸汽。表２为２００９　年转炉炼钢工序主要的能源消耗和回收情况。　从表２可以看出：（１）转炉炼钢工序的煤　气消耗所占比例较大，但由于转炉煤气是转炉冶　炼过程产生的副产品，回收的转炉煤气可以冲减　消耗，因此转炉炼钢工序应大力提高转炉煤气回　收，以满足自用，同时减少焦炉煤气的消耗；（２）　氧气消耗占转炉炼钢工序能源消耗的１８．６８％，　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．４　冶　金　能　源　Ｊｕｌｙ．２０１０　ＥＮＥＲＧＹ　ＦＯＲ　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　ｌ７　表２　２ＯＯ９年转炉炼钢工序能源消耗与回收项比例　５０～７５ｍ。。影响该厂转炉煤气回收量的主要原　因是：转炉操作是经验控制，炼钢时为了观察炉　口火焰判断终点，大部分实行不降罩或半降罩回　收，大量空气进入管道，造成ＣＯ燃烧，使ＣＯ　含量下降到４０％～５０％，煤气回收量减少　．转　炉烟气净化系统为８０年代初投用的ＯＧ系统，　烟气净化除尘效果差，回收后的煤气没有得到充　分利用，没有除尘的转炉煤气只能供炼钢烘烤钢　包及热电锅炉掺烧使用，一部分煤气放散，造成　很大浪费。　３．３大力提高转炉蒸汽回收　在回收煤气过程中，靠煤气显热可产生约　９０ｋｇ／ｔ的蒸汽，又可实现节能３０ｋｇｃｅ／ｔ。酒钢炼　氧气消耗与转炉吹炼过程有关，提高操作水平，　轧厂转炉蒸汽回收波动较大，冬季可达到吨钢　降低氧气消耗的潜力较大；（３）电力和氮气消　１００ｋｇ，夏季只有吨钢６０—８０ｋｇ的水平，主要是　耗尽管所占比例也不低，通过科学管理、生产工　受到后续用户的制约，冬季转炉蒸汽可与厂区内　艺优化与生产合理组织，也会有较大幅度下降；　取暖并网，夏季则因用户少而大量放散。将转炉　（４）氩气的消耗在炼钢能源消耗中所占比例较　蒸汽用于石灰回转窑、ＲＨ精炼炉等，可以解决　小，但随着高附加值、高难度产品比例的增加而　转炉余能回收的制约因素，因此应进一步开发转　增加；（５）转炉出口烟气总热量约１１１２×１０　ｋＪ／ｔ，　炉蒸汽的用户。　其中８１．１８％为潜热，显热为１８．１２％，属于二　３．４从全局的角度优化炼钢生产运行控制，降　次能源范围，折合３８１８ｋｇｅｅ／ｔ。显然回收转炉煤　低电力与氮气消耗　气、蒸汽等二次能源是实现负能炼钢的关键要　炼钢厂系统运行控制的原则分别是“炉机　素，随意放散不仅白白浪费了大量能源，还会由　对应原则”、“能耗最小原则”、“拉速决定流量　于ＣＯ有毒而造成公害…。　原则”和“连浇原则”　。　３转炉炼钢工序能耗评价　从２００７年开始，对转炉炼钢工序（铁水预　处理一转炉一ＬＦ精炼炉一连铸过程）的时间参　３．１　降低氧气消耗是转炉降低直接耗能的重要　数、温度参数、铸机拉速进行运行过程中的优　措施　化、匹配、合理调控，制定了“三炉对四机”　转炉炼钢工序的氧气消耗占能源消耗总量的　及“定炉对定机”的不同生产组织模式。分钢　１８．６８％。降低氧气消耗应该在转炉操作工艺上　种优化工艺路线，２００９年将人厂铁水脱硫比控　采取严格的控制措施：（１）降低出钢温度，严　制在３０％以内，钢种精炼比控制在４０％以内。　禁出高温钢；（２）提高一次拉碳率，保证转炉　脱硫氮气消耗为３．５ｍ　／ｔ，电力消耗为３．０ｋＷｈ／　终点成分、温度的双命中；（３）严禁用氧气吹　ｔ，精炼氮气消耗为０．０３ｍ　／ｔ，精炼用电４０ｋＷｈ／　刷烟罩等。这些措施使转炉的氧气消耗由２００３　ｔ。实行生产组织系统优化，铁水脱硫比例与钢　年５７ｍ　／ｔ降低到２００９年４９．４８ｍ。／ｔ，降低转炉　水精炼比例的合理控制，使该厂转炉炼钢工序的　炼钢工序能耗约１　ｋｇｃｅ／ｔ。　吨钢电力消耗降低了２４ｋＷｈ，氮气消耗降低了　３．２吨钢煤气回收量的多少对转炉工序能耗高　ｌｍ。。　低影响很大　转炉煤气是转炉工序能耗组成中最重要的能　４结语　源介质。转炉煤气回收因技术装备水平较低，造　酒钢炼轧厂转炉炼钢工序通过合理优化生产　成回收量波动较大，一般每吨钢回收的煤气量在　（下转第３３页）　Ｖ０Ｌ　２９　Ｎｏ．４　冶　金能　源　Ｊｕｌｙ．２０１０　ＥＮＥＲＧＹ　ＦＯＲ　ＭＥＴＡＩ工ｆＵＲＧＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　３３　断，即通过限制排烟温度（蓄热式加热炉均设　量，这样可以防止在关闭部分烧嘴后其余烧嘴的　定排烟温度检测）已经对支管调节阀温度上限　热负荷过大，进而控制炉压的稳定性。具体控制　进行限制，因此只需将温度作为参考条件，并不　方式是加热段、预热段每关闭一个烧嘴减量　需要继续利用温度来进行调节阀开度的控制。　１６％，当剩下３个烧嘴时减量５０％，如果还要　２．２流量控制系统对炉压的影响　继续关闭烧嘴时，为保证炉子正常生产，不再继　改造后各供热段流量没有和烧嘴的个数相对　续减量，保持减量５０％。均热段每关闭一个烧　应，当强制关闭一定的烧嘴后导致单个烧嘴的供　嘴减量２５％。　热能力增加，造成单个烧嘴的喷口速度增加，影　响空、煤气的混合燃烧及火焰形状等热工状态，　３结论　使炉内局部压力增加，造成炉门冒火。以预热段　（１）蓄热式加热炉由于排烟方式与常规加　为例，上、下预热段各有烧嘴６对，上预热烧嘴　热炉不同，其炉压控制方式也应采用分段控制的　设计流量为１　１００ｍ。／ｈ，下预热烧嘴设计流量为　形式。　１６００ｍ　／ｈ，设计预热段热负荷为１８０００ｍ　／ｈ。进　（２）不能采用类似常规加热炉的集中排烟　料合金台驾烧坏之后，为保护上料设备，被迫停　控制方式，应于各支管调节阀控制各段的烟气　止最后面的两对烧嘴，即同时有４对烧嘴（采　量，以保证每段的压力在控制范围内。　用１托２换向形式，同时关闭上下预热段各两对　（３）各段流量除对应加热炉产量外，还应　烧嘴）不参与燃烧，但自动控制方式下预热段　针对烧嘴个数调节，使单个烧嘴在其额定工作范　流量仍保持在１８ＯＯＯｍ’／ｈ，增加单个烧嘴的负荷　围内工作，使烧嘴能具有合理的火焰形状和燃烧　能力８％左右，炉尾仍然存在冒火的现象。　范围。　总管流量应针对烧嘴个数进行调节，在烧嘴　由于不同原因关闭的情况下，流量应等比例减　参考文献　少，使单个烧嘴总处于合理的燃烧状态，不超过　［１］温良英，雍海泉，张正荣等．蓄热式燃烧器蓄热室　额定热负荷。同样以预热段为例，预热段关闭两　阻力特性研究［Ｊ］．工业加热，２００１，３０（４）：８　只烧嘴后（实际为４只），应将总管流量设定为　—１０．　１２０ＯＯｍ　／ｈ。根据实际燃烧的烧嘴个数来控制流　赵艳编辑　（上接第１７页）　顶底复吹是今后转炉炼钢节能大力推广的技术之　组织模式（依据过程温降最小和过程时间最短　一；（３）转炉煤气回收存在的问题制约了转炉　的原则），优化工艺路线降低铁水脱硫比例及钢　余热的回收利用，今后的改造方向是采用干法除　水精炼比例，使转炉炼钢工序能耗大幅度下降。　尘，转炉煤气含尘量降到１０ｍｇ／ｍ。以下时，可　但是节能是长期的任务和系统性的工程，应注重　取代部分发热值高的焦炉煤气，实现企业综合节　基础管理和先进技术的开发应用。根据耗能分析　能效果。　．　与评价，今后的节能方向和途径是：（１）建立　能源管理和考核体系，对能量构成、分布、流向　参考文献　和利用水平进行行之有效的科学分析，掌握能源　［１］严永红．提高转炉负能炼钢技术水平［Ｊ］．南方金　利用情况，通过不断优化生产工艺提高能源利用　属，２００４，（６）：３１．　率；（２）研究表明转炉顶底复合吹炼可使喷砍　［２］干勇，姜起华，张如斌等．炼钢一连铸新技术　过程平稳、成渣快、喷溅少，终渣ＦｅＯ含量低，　８００问［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００３．　金属收得率提高１％，氧气消耗减少８％，所以　赵艳编辑