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關(guān)于轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中降低能耗的一些建議

2021/1/5

鋼鐵工業(yè)是高耗能行業(yè)，耗能量占全國能耗量的 10% 左右。在進(jìn)行鋼鐵作業(yè)生產(chǎn)過程中，轉(zhuǎn)爐煉鋼環(huán)節(jié)的能源損耗占比極高，同時(shí)也是產(chǎn)生二次能源最多的一個(gè)環(huán)節(jié)，因此，降低轉(zhuǎn)爐煉鋼環(huán)節(jié)的能源損耗才是從根本上推動(dòng)鋼鐵產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本。
很多學(xué)者及實(shí)踐工作者提出了轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的節(jié)能降耗措施，包括節(jié)能設(shè)備的更新、冶煉技術(shù)的優(yōu)化、產(chǎn)品工藝結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、能源的轉(zhuǎn)換、回收再利用等等。

在說這個(gè)之前，我們先了解一下轉(zhuǎn)爐煉鋼的過程，轉(zhuǎn)爐煉鋼是以鐵水、廢鋼、鐵合金為主要原料，不借助外加能源，靠鐵液本身的物理熱和鐵液組分間化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量而在轉(zhuǎn)爐中完成煉鋼過程，主要用于生產(chǎn)碳鋼、合金鋼及銅和鎳的冶煉。

煉鋼生產(chǎn)過程的能耗主要分為直接能耗、間接能耗和能源回收，直接能耗是在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中對(duì)能源的消耗，在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中對(duì)輔助設(shè)備等的消耗成為間接消耗，操作工藝、設(shè)備和技術(shù)也同樣影響能源的消耗，能耗計(jì)算的分析與計(jì)算主要目的是加強(qiáng)對(duì)能源的管控和計(jì)劃，減少能源的消耗，提高生產(chǎn)效率，確定轉(zhuǎn)爐煉鋼工序中可以達(dá)到的消耗水平，為能源管理和節(jié)能提供依據(jù)，在改進(jìn)工藝和降低原材料的同時(shí)充分利用能源。
轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中消耗能源介質(zhì)主要包含氧氣、煤氣、氮?dú)狻鍤?、焦炭、電、水、蒸汽等，電力、水及氣體為主要能源消耗，尤其在冷卻過程，能耗非常大，產(chǎn)生大量蒸汽，攜帶大量能量，管控不當(dāng)很容易發(fā)生逸散，造成水和蒸汽資源的浪費(fèi)。中國鋼鐵行業(yè)每年的能耗在全國總能耗中占有的比例為10%,而電力消耗在工業(yè)電耗中占有的比重是11%;新水消耗在總工業(yè)水消耗中占有的比例為9%。
對(duì)于整個(gè)鋼鐵工業(yè)能源消耗結(jié)構(gòu)來講，煤炭為第一消耗品，然后是電力。
在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中，電能和各種煤氣實(shí)際消耗的能量形成負(fù)能煉鋼，負(fù)能煉鋼是影響整個(gè)工序的最大能耗，加強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣的回收量的研究，分析轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率對(duì)能耗的影響。
轉(zhuǎn)爐實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼是衡量現(xiàn)代化鋼廠生產(chǎn)技術(shù)水平的重要標(biāo)志，通過對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼熱平衡的計(jì)算，分析轉(zhuǎn)爐工序中各個(gè)能量消耗及回收利用的情況;影響轉(zhuǎn)爐工序的能耗因素較多，轉(zhuǎn)爐工序可以大幅度降低能耗，降低氧氣和電消耗，提高轉(zhuǎn)爐的蒸汽回收功效，特別是轉(zhuǎn)爐煤氣的回收量。
轉(zhuǎn)爐煉鋼工序能耗中，氧氣和電力消耗占比最大，通過采取相關(guān)技術(shù)措施控制氧氣和電力消耗，可有效降低轉(zhuǎn)爐煉鋼能源消耗。主要方法有：采用副槍動(dòng)態(tài)控制出鋼，提高終點(diǎn)命中率，嚴(yán)格控制出鋼溫度;提高鋼水到精煉爐的成分與溫度達(dá)標(biāo)率，優(yōu)化操作工藝制度，開展標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，控制精煉電耗;采用先進(jìn)煉鋼工藝設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)高產(chǎn)、低成本低能耗;提高生產(chǎn)管理水平，提高生產(chǎn)人員技術(shù)操作水平;實(shí)行全流程保溫措施，控制溫降，以穩(wěn)定的工藝操作，實(shí)現(xiàn)全流程低溫制度的運(yùn)行。
實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的主要措施
(1)轉(zhuǎn)爐煤氣回收受PLC控制的路口和轉(zhuǎn)爐吹煉相互配合完成的，通過計(jì)算機(jī)對(duì)煤氣回收程序的改進(jìn)，控制升降的時(shí)間，確定最佳回收時(shí)間，提高煉鋼煤氣的回收量和熱值。對(duì)爐口采取正壓控制，在生產(chǎn)中將壓力控制在5pa左右，采取分段控制保障煤氣回收的順利進(jìn)行。另外需要控制好升降的時(shí)機(jī)，分配系統(tǒng)點(diǎn)的壓力，縮短回收時(shí)間。
(2)轉(zhuǎn)爐煉鋼工序的氧氣消耗是總消耗量的19%左右，降低氧氣消耗可以通過降低出鋼溫度，控制高溫鋼的數(shù)量，提高拉碳率，嚴(yán)禁使用氧氣吹煙罩等措施，通過該措施轉(zhuǎn)爐氧氣的消耗量逐漸降低，降低轉(zhuǎn)爐煉鋼的工序能耗。轉(zhuǎn)爐煤氣是煉鋼工序中的主要能源，由于轉(zhuǎn)爐煤氣的技術(shù)設(shè)備水平不完善，回收量波動(dòng)較大，轉(zhuǎn)爐操作時(shí)多數(shù)作業(yè)人員按照經(jīng)驗(yàn)控制，不實(shí)行降罩回收，導(dǎo)致管道中充滿大量的空氣，將CO含量降低才能保障煤氣的回收量的下降，回收后的煤氣提供給煉鋼電熱爐使用，部分煤氣放散造成資源的浪費(fèi)。
(3)提高轉(zhuǎn)爐蒸汽的回收，降低電力消耗。回收煤氣時(shí)，煤氣可以產(chǎn)生較多的蒸汽，轉(zhuǎn)爐蒸汽回收波動(dòng)較大，將轉(zhuǎn)爐蒸汽用于石灰回轉(zhuǎn)窯可以減少制約因素對(duì)轉(zhuǎn)爐余能回收的影響。
(4)余熱鍋爐可以對(duì)轉(zhuǎn)爐煙氣冷卻后的蒸汽進(jìn)行回收，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煙氣中的高溫顯熱重復(fù)使用，基于虛熱器的高低壓有機(jī)融合，回收蒸汽。
(5)除塵系統(tǒng)的變頻改造，采用變頻除塵，能夠降低故障發(fā)生概率，增加設(shè)備的穩(wěn)定性，降低設(shè)備之間流轉(zhuǎn)造成的能量損失。
(6)注重造渣方法的選擇與應(yīng)用。少渣冶煉即通過減少渣量完成轉(zhuǎn)爐冶煉工作，基于轉(zhuǎn)爐冶煉前期溫度低有利于發(fā)生脫磷反應(yīng)的特征，倒出前期脫磷渣，放入適量渣料開展吹煉脫碳工作，留下終渣方便下一爐前期脫磷，爐渣重復(fù)使用，能夠減少白云石、石灰等原材料的渣量和消耗量，由于最終的過程渣量少，不倒渣，進(jìn)而能夠提升鋼水金屬收得率與氧氣利用率。開展少渣冶煉這種方式，前期倒好脫磷渣顯得尤為重要，這主要是爐渣的流動(dòng)性決定的，堿度高，爐渣流動(dòng)性就會(huì)變差，堿度低，則磷就很難去除，因此只有在堿度合適的情況下，爐渣的流動(dòng)性才能更好，參考三元相圖，渣中的含量一般控制在11%-16%范圍內(nèi)，為了使?fàn)t渣變成一種均勻液相的狀態(tài)，堿度則嚴(yán)格要求控制在1.6左右，這種情況下，爐渣的溶化性能才能得到改進(jìn)。
(7)控制噴濺現(xiàn)象的產(chǎn)生。噴濺的類型有三種，分別是：金屬噴濺、爆發(fā)性噴濺以及泡沫性噴濺。無論哪種噴濺方式都會(huì)給金屬帶來損失，導(dǎo)致噴濺產(chǎn)生的因素是由于氧槍槍位控制不科學(xué)產(chǎn)生的這種情況，降低金屬損失是轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的首要目標(biāo)，相當(dāng)于增加了鋼的產(chǎn)量，噴濺不但會(huì)引發(fā)燒槍粘槍等事故，甚至還會(huì)對(duì)爐襯造成沖擊，阻礙磷的去除，因此科學(xué)地控制槍位減少噴濺是非常重要的，初期的時(shí)候應(yīng)避免出現(xiàn)爐渣返干的情況，中途階段應(yīng)避免爐渣發(fā)泡，科學(xué)的掌控爐內(nèi)溫度。
(8)減少出鋼倒?fàn)t次數(shù)與等待時(shí)間。在轉(zhuǎn)爐煉鋼的過程中，操作一旦失誤，就會(huì)致使在吹煉的過程中，氧槍槍位過高造成爐渣發(fā)泡，以至于在出鋼前就需要倒?fàn)t倒渣，產(chǎn)生不出鋼的現(xiàn)象，在倒?fàn)t倒渣的過程中，轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)溫度會(huì)相應(yīng)下降，打破原有計(jì)劃。延長出鋼時(shí)間，以至于在出鋼后應(yīng)進(jìn)行的工序無法及時(shí)進(jìn)行，造成經(jīng)濟(jì)損失。因此在爐渣發(fā)泡嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)采用壓渣材料對(duì)爐渣及時(shí)進(jìn)行處理，避免造成溫度降低等不利影響。轉(zhuǎn)爐出鋼的過程，等待時(shí)間是導(dǎo)致溫度降低的首要原因，而造成等待時(shí)間過長的原因包括：等樣品成分與等節(jié)奏兩種。等樣品成分指等樣時(shí)間花費(fèi)過長，因此送樣品的最佳時(shí)間被耽誤，在對(duì)樣品進(jìn)行檢驗(yàn)的流程中還會(huì)出現(xiàn)些許偏差，導(dǎo)致需要生產(chǎn)特殊鋼種時(shí)，無法做到及時(shí)出鋼。
除此之外，在資源方面，還可以在轉(zhuǎn)爐添加催化劑促進(jìn)燃燒，使燒獲取能源率最大化;加強(qiáng)廢鋼的二次利用;在操作方面，也要注意比如轉(zhuǎn)爐冶煉中每爐次的裝入量，裝入量過多會(huì)造成熔池?cái)嚢璨涣?，不能正?；?，最終會(huì)有剩鋼。裝入量過少則產(chǎn)量下降或者損壞爐底。