聯合特鋼120 t轉爐工序能效提升實踐

崔 猛，許衛軍

（天津市新天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

1 前 言

我國是世界最大的鋼鐵生產國，但資源與能源相對匱乏，鋼鐵行業從粗獷型高產模式，亟須轉變為低成本、低能耗、高效率的生產模式，提高低碳生產能力迫在眉睫。轉爐工序是鋼鐵生產過程中的關鍵環節之一，其能效的提升不僅降低能源消耗和環境污染，還能提高經濟效益，因此降低轉爐工序能耗對保證鋼鐵工業健康發展具有重要意義［1-2］。2022年發布的《鋼鐵行業節能降碳改造升級實施指南》中指出，轉爐工序能效標桿水平為-30 kgce/t，為鋼鐵行業低碳發展提供重要指引。

天津市新天鋼聯合特鋼有限公司煉鋼廠（簡稱聯合特鋼煉鋼廠）配套3座120 t轉爐，2019年轉爐工序綜合能耗為-21.3 kgce/t，離能效標桿水平有一定差距。為此，聯合特鋼煉鋼廠對轉爐工序能效進行深入分析和研究，對轉爐高廢鋼比冶煉、高效冶煉、煤氣回收等技術進行綜合改進，提高了工序能效。

2 轉爐能效分析

2.1 轉爐工序能耗構成

轉爐工序能耗計算公式為：

式中：Ezl為轉爐工序能耗，kgce／t；Ezlz為轉爐工序消耗能源介質折合為標準煤總量，kg；Ezlh為轉爐工序回收能源折合標準煤總量，kg；Pzl為轉爐工序合格鋼產量，t。

2.2 生產效率對煉鋼工序能耗的影響

轉爐生產效率提高后，可以有效降低煉鋼工序各類介質的平均消耗，煉鋼流程的熱效率提高，各環節的能源損耗大幅降低［3］。對國內部分冶金企業轉爐年產量進行統計表明，當轉爐生產效率＞0.7 萬t/（t·a）時，煉鋼流程可以實現負能煉鋼［4］。

2.3 鐵鋼比對轉爐能效影響

2022年中鋼協會員單位能耗數據顯示，高爐煉鐵工序的平均能耗為387.91 kgce，約占長流程鋼鐵企業全流程能耗的70%。廢鋼是綠色鐵素資源，轉爐采用大廢鋼比可有效降低碳排放，還可降低氧氣消耗，減少SO2的排放，減少煉鋼對環境的污染，轉爐煉鋼過程高廢鋼比，負能煉鋼水平將進一步提高，整個鋼鐵流程的能耗也將降低。通過統計聯合特鋼噸鋼綜合能耗和鐵鋼比控制關系，鐵鋼比升高時，煉鋼綜合能耗升高明顯。

2.4 煤氣回收對能效的影響

轉爐工序消耗大量的水、電、氣能源介質，回收二次能源為轉爐煤氣和蒸汽，其中轉爐煤氣回收所占比例較大。提高轉爐煤氣的回收能力，可降低煉鋼成本，降低污染物排放，高效回收轉爐煤氣可以有效提升轉爐工序能效。

3 提高轉爐工序能效措施

為了實現轉爐高能效生產，聯合特鋼煉鋼廠針對影響轉爐能效的主要因素，從提高轉爐生產效率、提高廢鋼比以及提高煤氣回收3個方面采取了系列措施。

3.1 轉爐高效生產技術

3.1.1 氧槍吹煉工藝改進

聯合特鋼煉鋼廠主要采用低鐵耗生產模式，通過分析轉爐低鐵耗入爐物料結構和主要成分特點，開發轉爐大流量供氧分階段耦合技術，以提高氧氣吹煉利用率，降低轉爐氧氣噸鋼消耗。

氧槍常規開吹槍位1.6～2.0 m，由于采用低鐵耗冶煉，前期加入大量廢鋼，熔池內液面較高，需要調整轉爐吹煉工藝參數，氧槍的開吹槍位設定在4 m，可實現更好的廢鋼前期熔化；進入硅錳反應期，適當降槍升溫；吹煉中期“返干”時可小幅提高槍位，過程中根據碳氧反應強度及爐口火焰狀況，選取合適的氧槍操作模式；終點前，將氧槍降到1.0～1.2 m，槍位按照“高低高低”模式，吹煉全程較為平穩，噴濺率大幅降低［5］。槍位與吹煉時間控制見圖1。

圖1 槍位與吹煉時間控制

3.1.2 氧槍銅頭參數調整

高廢鋼比模式下，為縮短轉爐供氧時間，對氧槍及供氧系統進行研究與開發，保持有效沖擊深度的同時，促進轉爐快速成渣。聯合特鋼煉鋼廠120 t轉爐采用新設計氧槍，新氧槍將噴孔中心線與氧槍軸線的夾角由12.5°調整至12°。根據水模與數模實驗結果，確立轉爐煉鋼氧槍合理參數：實際流量25 000～28 000 m3/h 時，熔池獲得較好的攪拌能，混勻時間最短；實際槍位1 388～1 808 mm 時，熔池攪拌能力較好，混勻時間短；實際槍位1 488～1 648 mm時可得到較好的液面擾動效果。

新氧槍銅頭相關技術參數在高廢鋼比模式下的操作更加合理，加之新氧槍氧氣流量增加，攪拌強度加大，冶煉效果好。工藝優化后新氧槍供氧強度噸鋼達到4 m3/min（優化前為3.5 m3/min），供氧時間11 min/爐（優化前13 min/爐）。

3.1.3 轉爐出鋼系統效率提升

轉爐出鋼時間是影響轉爐節奏一個關鍵環節。減少出鋼時間，可以有效提高轉爐吹煉節奏。聯合特鋼煉鋼廠原使用的出鋼口內孔通徑為180 mm，出鋼時間4～7 min，通過采用錐形出鋼口，均勻鋼水流速，出鋼孔外側湍流明顯減小，出鋼口孔徑提高至220 mm，大幅降低了出鋼時間。在出鋼過程，通過爐口向轉爐渣面分散性加入除塵鋼泥作為冷卻壓渣料，主要組分為：TFe 為48%～55%，SiO2為4%～6%，CaO 為10%～15%，MgO 為3%～5%，MnO為1%～2%，Zn＜0.03%，S＜0.15%，H2O＜8%～12%，起到冷卻壓渣作用，減少了出鋼過程的爐口溢渣。出鋼時間縮短為3～5 min，提高了轉爐效率，出鋼溫度損失減小。

3.1.4 提高過LF處理占比

采用全程過精煉生產模式，利用精煉作為轉爐與連鑄的緩沖，精煉比不低于95%，減輕轉爐出鋼壓力，鋼水成分和溫度在滿足基本要求的情況下即可出鋼，提升轉爐高效出鋼的穩定性，供連鑄鋼水合格率高達99%以上。

3.2 轉爐高廢鋼比工藝創新

聯合特鋼作為一家長流程鋼鐵生產企業，積極開發全流程高廢鋼比技術，用最少的鐵生產最多的鋼，降低能源消耗和碳排放，將長流程煉鋼廢鋼比提到35%以上。

3.2.1 鋼包加蓋減少流程熱損失

采用鋼包加蓋工藝，減少鋼水向環境的散熱，轉爐出鋼至澆鑄過程的鋼水溫降進一步降低，出鋼溫度降低5～10 ℃，節約精煉環節的電力消耗。

3.2.2 生產組織優化

加強鐵包、鋼包跟蹤管理與實際生產相結合，減少熱損失。主要措施：

（1）確保轉爐爐后溫度在1 560 ℃以上，轉爐根據鐵水條件及時調整廢鋼加入量和廢鋼種類配比，優化生產節奏，達到穩產高產。轉爐出鋼后溫度達到1 580 ℃以上時，在爐后加入1～2 t 廢鋼小料或者鐵塊，以達到增加鋼水量的目的，降低鋼鐵料消耗，提高金屬收得率。（2）鋼水進精煉站后，根據鋼水進站溫度、供鋼節奏、連鑄的拉速周期確定精煉給電時間和加入廢鋼小料的量，以達到合理的供鋼時機和足夠的鋼液軟吹時間。（3）轉爐冶煉周期按22 min，每座連鑄機的拉速周期按平均28 min 計算，在三轉爐三精煉四連鑄機的生產情況下，嚴控最大在線鋼包數為15個。

3.2.3 轉爐爐后廢鋼預熱

為降低廢鋼降溫幅度，采用爐外廢鋼預熱模式，把廢鋼預熱后再加入鋼包或精煉爐中［6］。廢鋼預熱系統布置在轉爐后，合金、廢鋼預熱量每爐3～5 t，預熱15～20 min，預熱廢鋼溫度接近800 ℃。

3.3 轉爐煤氣高效回收與利用

3.3.1 轉爐煤氣回收

對影響轉爐煤氣回收的因素進行分析，確定影響煤氣回收的關鍵因素，調整轉爐操作、優化喉口設定、改進回收條件、爐口微差壓控制、加強操作以及設備管理等措施，使煤氣回收量由110 m3/t 提高到170 m3/t以上，實現轉爐煤氣零放散。

3.3.2 鋼包烘烤器節能改造

鋼包經過煤氣烘烤后才能夠使用，普通烘烤器排出煙氣溫度在800 ℃以上，熱量損失占燃料總熱量的50%～70%，聯合特鋼煉鋼廠通過對烘烤器節能改造，將空氣預熱到接近1 000 ℃，而排出煙氣溫度可低于150 ℃。結合鋼包烘烤溫度，通過合理控制烘烤器空氣與燃氣比例，將鋼包烘烤溫度、煤氣用量控制在合理區間，節省煤氣840 萬m3/a，提高了設備熱效率，減少了對大氣的溫室氣體排放。

4 結 語

聯合特鋼煉鋼廠120 t 轉爐通過提高生產效率、減少鐵水消耗、增加煤氣回收，平均冶煉周期由35 min 降低至22 min，轉爐全爐役平均鐵鋼比達到720 kg/t以下，實現了轉爐煤氣資源高效回收利用，轉爐工序能耗達到-30 kgce/t 以下，經濟和社會效益顯著，經天津市發改委認定，轉爐工序能效“優于標桿水平”，該項技術對實現行業的高質量發展，具有良好的借鑒意義。