50噸轉爐熱平衡測算與能耗評價

50噸轉爐熱平衡測算與能耗評價富志生（酒鋼宏興煉軋廠）【摘要】通過對酒鋼煉軋廠煉鋼工序50噸轉爐物料平衡與熱平衡測算，以及對轉爐工序能耗的分析，對轉爐用能現狀進行了評價，結合生產實踐提出了節(jié)能措施，指出轉爐節(jié)能應注重基礎管理和先進技術的開發(fā)應用，探討了今后轉爐節(jié)能方向和途徑?！娟P鍵詞】轉爐熱平衡工序能耗評價節(jié)能措施前言煉鋼過程的物料平衡和熱平衡測算是建立在物質與能量守恒的基礎上的。其主要目的是比較整個冶煉過程中物料、能量的收入項和支出項，為改進操作工藝制度，確定合理的設計參數和提高煉鋼技術經濟指標提供某些定量依據。按照載能體的概念，轉爐生產過程的能耗可分為三類：一、直接能耗，轉爐煉鋼生產過程中所消耗的能源介質稱為直接能耗，在概念上與“工序能耗”相同；二、間接能耗，指轉爐生產過程中使用各種原材料和其它非能源物質所消耗的能源；三、完全能耗，產品的直接能耗與各次間接能耗的總和稱為完全能耗。影響轉爐煉鋼工序能耗的因素很多，不僅有工藝、設備和操作條件方面的因素，也有原料條件、產品種類和產量等方面的因素，不僅有能流本身的因素，也有物流方面的因素。在不同的因素水平下，工序能耗也不同。轉爐生產過程中的熱量收支受物料平衡與熱平衡的制約，通過物料平衡和熱平衡的測算可以全面的掌握轉爐的物料和能量的利用情況，了解轉爐的工作能力和熱效率，從而為改進工藝、實現轉爐最佳操作探索途徑，并為降低原材料消耗及合理利用能源和節(jié)能提供方向。因此結合轉爐熱平衡測算對轉爐能耗狀況評價更全面、科學合理。酒鋼煉軋廠煉鋼工序現有2套140噸鐵水罐鎂基復合噴吹裝置，鐵水脫硫年處理能力250萬噸，600噸混鐵爐2座，50噸轉爐3座。精煉系統(tǒng)有3座60噸AC-LF精煉爐，年處理能力200萬噸。四機四流方坯連鑄機3臺，160/220X850—1350mm板坯連鑄機2臺。主要生產工藝流程為：高爐鐵水一預處理（脫硫）一轉爐吹煉一LF爐精煉一連鑄一軋鋼。轉爐工序能耗計算范圍主要包括:鐵水預處理、轉爐冶煉、煤氣回收、蒸汽回收、鋼包吹氬等環(huán)節(jié)。轉爐熱平衡測算氧氣轉爐煉鋼是在高溫下有多相參與的復雜的物理化學過程，從鐵水到鋼水的生產過程中含鐵原料、輔助原料和氧氣等物質在發(fā)生物理化學變化的同時伴隨著能量的消耗與轉換。轉爐物料平衡與熱平衡測算對全面了解轉爐熱能利用水平，合理評價轉爐用能狀況有重要意義。以2008年1月生產數據對一號轉爐進行熱平衡測試，以100Kg鐵水為基礎測算，忽略廢鋼中與生鐵塊中含硅、錳元素的氧化損失，從而確定了轉爐熱收入及支出、熱效率等項技術經濟指標見表1。表1熱平衡表熱收入熱支出項目熱量（kJ）所占比例項目熱量（kJ）所占比例鐵水物理熱1150348.7257.14%鋼水物理熱1298917.4764.49%C-CO412718.9420.50%爐渣物理熱234053.6211.62%C-CO137245.966.82%爐氣123011.926.11%2Si-SiO122648.406.09%煙塵1872.550.09%2Mn-MnO36267.001.80%渣中鋼珠8298.780.41%Fe-FeO40269.282.00%噴濺14323.150.71%Fe-FeO37096.551.84%白云石分解熱22891.001.14%23P-PO16322.800.81%氧化鐵皮分解熱4218.840.21%2―5PO-4CaO*PO9613.600.48%其它損失2057.690.10%25 25SiO-2CaO*SiO15876.000.79%鐵塊與廢鋼物理熱304521.1015.12%2 2煙塵氧化熱34338.451.71%爐襯中碳放熱332.70.02%合計2013078.4100.00%合計2014166.12100.00%熱效率二鋼水物理熱+氧化鐵皮分解熱+廢鋼吸熱+白云石分解熱x100%=80.99%'、'、 熱收入總值 ° °轉爐的熱量主要來源是鐵水的物理熱和化學熱，通過測試可以得出一號轉爐熱效率為80.99%，余下的為爐渣、爐氣帶走的熱量和其它熱損失，因此充分利用轉爐熱量和回收轉爐損失熱量是轉爐節(jié)能的重要方向。轉爐工序的直接能耗狀況3.1轉爐工序能耗計算轉爐工序直接能耗是指轉爐工序每生產1噸合格鋼消耗的能源量減去回收的能源量的差值即通常所指轉爐工序能耗：E=kO2XQO2+kELCXQELC+QOTH-kLDGXQLDG-kSTXQST式中E一轉爐工序能耗，kgce/t；QO2,QELC,QLDG,QST 分別為氧氣消耗量，ma/t；電力消耗量，kWh/t；轉爐煤氣回收量，m；/t；蒸汽回收量，kg/t。kO2,kELC，kLDG，kST 分別為氧氣、電力、轉爐煤氣和蒸汽的折算系數。qoTh 生產1t鋼消耗水、蒸汽、氮氣、氬氣和焦爐煤氣等輔助能源介質的總量，統(tǒng)稱噸鋼其它能耗，kgce/t鋼。轉爐工序能耗分析的目的在于確定轉爐工序本身經過努力能夠實現的節(jié)能量或能夠達到的能耗水平，從而為能源管理規(guī)劃和節(jié)能潛力分析提供可靠的依據。3.2轉爐直接能耗的總體趨勢酒鋼煉軋廠轉爐工序能耗從2006年以來顯著降低，達到負能煉鋼，節(jié)能降耗工作取得效果。到到2008年煉鋼轉爐工序能耗達到-12.08kgce/t,具體變化見表3。表2年酒鋼50噸轉爐工序能耗變化趨勢單位:kgce/t年份2003年2004年2005年2006年2007年2008年轉爐工序能耗21.9710.360.13-9.71-15.68-12.083.3轉爐工序直接能耗的構成轉爐直接消耗的能源介質為氧氣、電、氬氣、氮氣、壓縮空氣、蒸汽和水等，回收部分為轉爐煤氣和蒸汽。表4為近年來酒鋼50噸轉爐近年來主要能源介質消耗和回收趨勢。依據2008表3近年酒鋼50噸轉爐工序主要能耗介質消耗和回收趨勢項目單位2003年2004年2005年2006年2007年2008年氧氣消耗Nm3/t56.6452.0952.4249.4245.7447.11氮氣消耗Nm3/t38.3730.1416.9611.0714.5114.56電力消耗kWh/t9.114.324.905.7310.1611.45氬氣消耗Nm3/t0.650.340.590.790.290.30煤氣回收Nm3/t41.0534.3960.5360.4671.4848.73蒸汽回收GJ/t0.110.100.120.180.270.26年能耗分析，轉爐工序能耗組成比例如圖1,能源回收組成比例如圖2,從圖中可以得出轉爐工序能源消耗關鍵要素氧氣消耗占62%，它與吹煉過程有關，可見降低氧氣消耗的潛力較大；氬氣的消耗隨著高附加值、高難度產品比例的增加而增加，而電力和氮氣消耗盡管所占比例低于氧氣，但隨著科學的管理，生產的進一步合理組織也會有較大幅度下降，因此降低能源單位消耗量的關鍵是減少氧氣消耗。轉爐出口煙氣總熱量約1112X108kJ/t鋼，其中81.18%為潛熱，顯熱為18.12%，它是屬于二次能源范圍，折合標煤3818kg/t鋼，顯然回收轉爐煤氣、蒸汽等二次能源是實現負能煉鋼的關鍵要素，隨意放散不僅白白浪費了大量能源，還會由于CO有毒而造成公害。圖2能源回收構成比例轉爐能耗評價通過轉爐熱平衡測定和轉爐工序能耗分析，酒鋼50噸轉爐主要技術經濟指標為:熱效率79.86%，噸鋼石灰消耗42Kg,噸鋼鐵水單耗930Kg,噸鋼廢鋼耗量55Kg,噸鋼生鐵塊消耗112Kg,噸鋼鋼鐵料消耗1097Kg,廢鋼比15.22%，轉爐工序能耗噸鋼-12.88kgce。以下從生產組織管理、原材料、設備和操作工藝等方面對酒鋼煉軋廠50噸轉爐用能狀況進行評價，并提出節(jié)能措施。4.1煉鋼生產運行控制從全局的角度優(yōu)化，轉爐冶煉遵循“能耗最小原則”?！澳芎淖钚≡瓌t”主要包括兩層含義：其一，是將煉鋼系統(tǒng)內鋼水在其經歷的工序裝置內部操作過程溫降，或鋼水在不同工位之間傳遞過程的溫降，經過系統(tǒng)調控使其趨于最小化；其二，是指在煉鋼系統(tǒng)運行過程中，諸工序/裝置的作業(yè)時間，或鋼水在不同工位之間傳遞的過程時間經過控制、協(xié)調使其最短。酒鋼煉軋廠煉鋼工序從2007年開始對轉爐-LF精煉爐-連鑄過程時間參數和溫度參數進行運行過程中的優(yōu)化、匹配、合理調控，依據“拉速決定流量”的原則，根據鐵水量多少制定了“三爐對四機”及“定爐對定機”的不同生產組織模式下鋼水在不同工位處理周期和操作過程的溫降。生產組織依據過程溫降最小和過程時間最短的原則組織，使轉爐的出鋼溫度在2007年基礎上平均下降了30°C。對50噸轉爐，出鋼溫度下降30C，可多加1000Kg輕型廢鋼，廢鋼的能值僅為0.2MJ/kg,而鐵水為23.8MJ/kg,所以提高廢鋼比是轉爐節(jié)能的重要途徑。4.2改進轉爐操作，實施精料入爐，降低轉爐輔材與耐材消耗。降低轉爐輔助材料的消耗，即降低載能體的非能源物質的消耗，是降低煉鋼生產的間接能耗的重要措施。⑴石灰是轉爐煉鋼最主要的輔材，降低石灰消耗，減小轉爐渣量是非常必要的。酒鋼煉軋廠幾年來通過提高石灰的質量，將石灰中CaO含量提高到90%以上，活性度提高到350ml，另一方面通過提高轉爐操作水平，根據鐵水Si元素含量及時調整入爐廢鋼量，而石灰的加入量以滿足轉爐終渣堿度為主，禁止終點用石灰調溫。經過幾年的努力，到2008年使噸鋼石灰消耗由80Kg降到42Kg，根據相關資料，噸鋼少加15Kg石灰，節(jié)能4kgce/t鋼。⑵在轉爐的各種原材料中，耐材占很大比例，采取濺渣護爐提高爐襯壽命，降低轉爐耐火材料消耗有助于降低鋼的能值。1997年我廠開始推行濺渣護爐，但效果一直不理想，雖然爐齡達到10000爐以上，但基本上依靠貼磚補爐維持高爐齡，造成轉爐作業(yè)率低，熱量損失大。2007年通過技改使影響濺渣效果的氮氣壓力低問題得到了徹底解決，同時對轉爐渣相進行技術攻關，使濺渣的效果大幅度提升。2008年7月，轉爐徹底甩掉了沿用了二十年的大鏟貼補工藝，轉爐爐齡提高的同時補爐磚、噴補料等大幅度下降。4.3降低氧氣消耗是轉爐降低直接能耗的重要措施。轉爐工序直接能耗關鍵要素是氧氣消耗，占能源消耗總量62%。轉爐氧氣消耗應該從操作工藝上采取嚴格控制措施，酒鋼煉軋廠轉爐操作上降低氧氣消耗的措施主要有：⑴降低出鋼溫度，嚴禁出高溫鋼；⑵提高一次拉碳率，保證轉爐終點成分、溫度的雙命中；⑶嚴禁用氧氣吹刷煙罩等。4.4轉爐煤氣回收是轉爐工序能耗組成中最重要的能源介質，噸鋼煤氣回收量的多少對轉爐工序能耗高低影響很大。研究表明轉爐煤氣回收量達到100Nm3/t鋼時，并全部進行綜合利用，可使轉爐工序能耗下降25kgce/t鋼。酒鋼煉軋廠轉爐煤氣回收因技術裝備水平較低，造成回收量波動較大，一般每噸鋼回收的煤氣量在50?75m3。3.5Nm3轉爐煤氣相當于lkg標準煤，即回收3.5Nm3轉爐煤氣就降低了lkg標準煤的工序能耗。因此大力提高轉爐煤氣回收，還可使我廠轉爐工序能耗下降約10kgce。影響提高我廠轉爐煤氣回收量的有以下三個方面：⑴轉爐凈汽化系統(tǒng)為八十年代初投用的OG系統(tǒng)，煙氣凈化除塵效果差，煤氣回收量少，且回收后的煤氣沒有得到充分利用，沒有除塵的轉爐煤氣只能供熱電燒鍋爐用；⑵煙氣凈化系統(tǒng)二文喉口不能隨煙氣發(fā)生量自動調節(jié)，保證爐口微正壓（0?20Pa），爐口保證不了微正壓是造成CO含量低的主要原因，目前只能通過操作使風機轉速在裝入量及供氧壓力隨爐齡前、中、后期采取分段控制，使煤氣回收順利進行；⑶煤氣柜容量相對較小，后續(xù)用戶配置設計不合理造成轉爐煤氣部分放散。4.5大力提高轉爐蒸汽回收。在回收煤氣過程中，靠煤氣顯熱可產生約90kg/t鋼的蒸汽，又可實現節(jié)能30kgce/t鋼。酒鋼煉軋廠轉爐蒸汽回收波動較大，冬季可達到噸鋼100Kg，夏季只有噸鋼60-80Kg的水平，主要是受到后續(xù)用戶的制約，冬季轉爐蒸汽可與廠區(qū)內冬季取暖并網，夏季則因用戶少而大量放散。因此將轉爐蒸汽用于石灰回轉窯、RH精煉爐等，有待于進一步開發(fā)轉爐蒸汽的用戶，從而解決轉爐余能回收的制約因素。結語酒鋼煉軋廠通過合理優(yōu)化生產組織模式，煉鋼生產組織依據過程溫降最小和過程時間最短的原則，降低鐵水單耗，提高廢鋼比使轉爐的熱效率得到很大提升；通過技術攻關降低石灰消耗和耐火材料消耗起到降低轉爐能值的目的。轉爐的節(jié)能應注重基礎管理和先進技術的開發(fā)應用，根據用能狀況評價，今后節(jié)能的方向和途徑是：⑴轉爐熱衡測算是考察轉爐能量構成、分布、流向和利用水平行之有效的科學手段，掌握熱平衡可以進一步優(yōu)化轉爐的操作，提高廢鋼比從而提高