沙鋼鐵水“一包到底”流程運行狀況

江蘇沙鋼集團有限公司

沙鋼鐵水“一包到底”流程運行狀況

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一、前言

沙鋼是中國目前最大的民營鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，粗鋼年產(chǎn)能為3600萬噸，主要工序有焦化、燒結(jié)、球團、高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼、高速線材、棒材、熱軋卷板、寬厚板等，主要工藝裝備達到國際先進、國內(nèi)領(lǐng)先水平，主導產(chǎn)品有棒材、線材、熱軋板卷、寬厚板等。

沙鋼堅持走創(chuàng)新發(fā)展之路，密切關(guān)注全球鋼鐵業(yè)前沿技術(shù)發(fā)展動向，不斷探索追求技術(shù)進步，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，深化節(jié)能減排，發(fā)展低碳經(jīng)濟、循環(huán)經(jīng)濟，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營持續(xù)保持良好的發(fā)展態(tài)勢。2010年沙鋼集團粗鋼產(chǎn)量3010萬噸，實現(xiàn)銷售收入1786億元、利稅130億元。2009、2010年名列世界500強第444位和第415位。

“一包到底”流程是沙鋼在已有的小高爐到電爐熱裝鐵水、小高爐到小轉(zhuǎn)爐鐵水直裝入爐實踐的基礎(chǔ)上，探索大型高爐、大型轉(zhuǎn)爐、鐵鋼界面緊湊流程，在沙鋼650萬噸鋼板工程中首次研發(fā)應用，并于2004年成功投入運行。實踐證明，該流程在節(jié)能減排、環(huán)境保護、節(jié)約用地、節(jié)省投資、降低運行成本方面對企業(yè)產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益，對社會產(chǎn)生了巨大的環(huán)保效益，在業(yè)內(nèi)產(chǎn)生巨大影響。

二、鐵鋼界面流程及比較

目前，鐵鋼界面主要有3種常規(guī)流程：1.高爐→受鐵罐→混鐵爐→兌鐵包→轉(zhuǎn)爐；2.高爐→受鐵罐→兌鐵包→轉(zhuǎn)爐；3.高爐→魚雷罐車→兌鐵包→轉(zhuǎn)爐。

“一包到底”是第4種，即高爐→鐵水包→轉(zhuǎn)爐流程。 （見圖1）

三、沙鋼“一包到底”流程運行狀況

1.沙鋼鐵水“一包到底”流程相關(guān)配置情況

高爐：3座2500m3，1座5800m3

轉(zhuǎn)爐：6座180t

鐵水包容量：180t

鐵水包壽命：610-620次

運輸方式：準軌鐵路運輸

運輸距離：近端230m，遠端1600m

2.鐵水“一包到底”流程的技術(shù)特點

①多功能鐵水包：集鐵水承接、運輸、緩沖、預處理、轉(zhuǎn)爐直接兌鐵于一體；

②鐵鋼工序界面銜接緊湊，簡化生產(chǎn)作業(yè)工序，加快生產(chǎn)節(jié)奏，提高煉鐵-煉鋼連鑄生產(chǎn)效率；

③取消中間倒包和縮短運輸、等待時間，減少鐵水溫降，節(jié)約能源消耗，降低生產(chǎn)成本；

④有利于煉鋼前鐵水預處理，為構(gòu)筑潔凈鋼生產(chǎn)平臺、生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品創(chuàng)造良好條件；

⑤減少污染物的產(chǎn)生和排放，有利于清潔生產(chǎn)，節(jié)約土地資源。

3.鐵水溫降分析

魚雷罐流程：高爐-魚雷罐-兌鐵包-鐵水預處理-轉(zhuǎn)爐

“一包到底”流程：高爐-鐵水包-鐵水預處理-轉(zhuǎn)爐

在前提條件一致的情況下，通過上述流程對比可見，高爐出鐵至鐵水預處理前的溫度差能代表兩種不同流程溫降差異，是比較科學的，可以避免鐵水預處理工藝不同對流程溫降比較的影響。

4.兩種流程溫降比較

從高爐出鐵1507℃至鐵水預處理前1414℃ ，沙鋼“一包到底”流程（鐵水包不加蓋）平均溫降93℃，魚雷罐流程平均溫降149℃，沙鋼“一包到底”流程比傳統(tǒng)流程減少溫降56℃。

（1）減少溫降的主要環(huán)節(jié)：減少一次倒包，加快鐵水包周轉(zhuǎn)。

（2）鐵水包周轉(zhuǎn)時間：魚雷罐流程平均為455min，沙鋼“一包到底”流程平均229min。

（3）鐵水包周轉(zhuǎn)時間極限值：沙鋼鐵水包不加蓋,鐵水溫降速率為0.44℃/min。國內(nèi)相關(guān)資料顯示，魚雷罐鐵水溫降速率為0.21 ℃ /min。兩者溫降速率差為0.23 ℃ /min。

可見，鐵水包不加蓋，鐵水溫降速率大于魚雷罐。因此，要獲得更少的鐵水溫降，必須加快鐵水包周轉(zhuǎn)。考慮減少一次倒包可減少鐵水溫降30 ℃，則鐵水包周轉(zhuǎn)時間至少需縮短130min。而沙鋼鐵水包周轉(zhuǎn)時間實際縮短了226min。

5.鐵水包加蓋

根據(jù)國內(nèi)相關(guān)資料，鐵水罐盛滿鐵水，其損失熱量分布為：鐵水表面熱輻射損失20%-30%，包殼綜合散熱20%，內(nèi)襯蓄熱損失45%-50%。內(nèi)襯蓄熱損失占的比重最大。

內(nèi)襯蓄熱損失主要是空包空冷造成。鐵水包加蓋對減少內(nèi)襯熱損失效果明顯，同時對減少鐵水表面熱輻射也有較好效果。

鐵水包加蓋，其溫降速率可視為與魚雷罐相同，按沙鋼現(xiàn)有鐵水包周轉(zhuǎn)節(jié)奏，與不加蓋相比，理論上可再減少溫降46℃。但鐵水包加蓋需要解決若干技術(shù)問題。

6.鐵水包在線烘烤

大量文獻報道表明，冷包烘烤2h，內(nèi)襯溫度可達到1000℃以上，上下溫差小于50℃ ，主線周轉(zhuǎn)包烘烤8min-20min，烘包溫度可從400℃升到1000℃ ，甚至更高，減少鐵水溫降20℃以上。

鐵水包在線烘烤，能解決內(nèi)襯熱損失，減少鐵水溫降，但不能解決鐵水表面熱輻射損失。同樣，鐵水包在線烘烤也增加了新的能源消耗。此外，鐵水包在線烘烤，也為鐵水緩沖能力的動態(tài)變動提供方便。

7.尾包管理

“一包到底”流程中，尾包去煉鋼難以處理，沙鋼在高爐等待補缺作為常規(guī)處理手段。尾包對加快鐵水包周轉(zhuǎn)不利，從而增加了鐵水溫降。

經(jīng)實測統(tǒng)計，尾包等待時間比正常情況增加120min，其等待時間主要為靜置溫降，其溫降損失折合流程溫降增加5℃-8℃。

“一包到底”流程，要求高爐生產(chǎn)管理對尾包盡快予以補足，尾包等待時間可以控制在20min-50min，這樣，高爐尾包對流程增加溫降可控制在1℃-3℃。

8.沙鋼650萬噸”一包到底”流程的生產(chǎn)實績

大型高爐轉(zhuǎn)爐鋼鐵界面“一包到底”流程2004年3月首次應用，生產(chǎn)業(yè)績：

2006年煉鋼廠日產(chǎn)達到121爐，平了寶鋼2005年創(chuàng)造的轉(zhuǎn)爐日產(chǎn)121爐的世界紀錄；2007年生產(chǎn)水平再創(chuàng)佳績，創(chuàng)造出日產(chǎn)爐數(shù)126爐的最好水平，打破了世界大型轉(zhuǎn)爐日產(chǎn)的新紀錄。2009年，煉鋼廠180噸轉(zhuǎn)爐創(chuàng)造出轉(zhuǎn)爐煉鋼工序能耗為15.489kgce/t鋼的新水平。見表1。

9.脫硫優(yōu)勢

使用鐵水包KR脫硫，反應動力學條件好，反應十分充分，脫硫劑上浮時間長，與鐵水中的硫有足夠的接觸機會，再加上鐵水溫度高，脫硫效果較好，通過采取良好的扒渣手段后，轉(zhuǎn)爐出鋼后的平均回硫量控制在0.0065%左右。

在低硫鋼鐵水深脫硫的情況下，鐵水中的硫已經(jīng)小于清潔廢鋼中的硫含量，不是鋼水硫的主要來源。

四、幾個關(guān)鍵技術(shù)

1.鐵鋼工序信息系統(tǒng)整合

“一包到底”不設(shè)鐵水緩沖設(shè)施，鐵鋼工序銜接高度緊湊，剛性連接性強，生產(chǎn)調(diào)度難度大，為此研發(fā)了包括鐵鋼生產(chǎn)、鐵水調(diào)度信息管理系統(tǒng)，將高爐渣鐵管理、鐵水測溫取樣、出鐵操作、鐵水精確計量控制和安全裝載、轉(zhuǎn)爐吹煉制度、車輛運行、相關(guān)信息在線實時交換傳輸?shù)扔行д希瑢崿F(xiàn)了長流程

年份 鐵水產(chǎn)量 鐵水消耗量 合格鋼坯產(chǎn)量 備注聯(lián)合鋼廠的高效化管理。

表1 2006-2009年650萬噸鋼鐵工程鐵水產(chǎn)量、鐵水消耗及合格鋼坯產(chǎn)量表 萬噸/年

2.準軌輸送超高超寬鐵水包技術(shù)

超高、超寬的重載鐵水包耳軸與車縱軸方向一致；鐵水包耳軸支撐方向與軌道方向一致；鐵水包車的運行方向與煉鋼廠房柱列線平行，鐵水包車耳軸方向與煉鋼車間兌鐵行車的吊鉤方向一致；設(shè)計滿足超高超寬的鐵水包車運輸?shù)奶厥忤F路限界和出鐵場系統(tǒng)。

3.鐵水準確計量和控制技術(shù)

在高爐受鐵工位設(shè)置了鐵水連續(xù)稱重和雷達液面測量相組合系統(tǒng)，保證鐵水裝入的準確計量和安全裝載，控制精度達到180±1t，為轉(zhuǎn)爐煉鋼創(chuàng)造良好條件。

4.鐵水包快速周轉(zhuǎn)、維護和維修管理技術(shù)

鐵水包與煉鋼鋼包設(shè)置在同一區(qū)域維護維修。鐵水包實現(xiàn)在線清理，鐵水包、車可以任意在線編組，大大加快了鐵水包、車的周轉(zhuǎn)時間。

五、主要經(jīng)濟、社會效益

1.經(jīng)濟效益

以沙鋼650萬噸鋼板工程“一包到底”流程計算：

（1）節(jié)約土地527000m2；噸鋼節(jié)約用地0.081m2；

（2）節(jié)約投資費用約46094萬元，噸鋼節(jié)約投資70.91元；

（3）年節(jié)約生產(chǎn)成本總額50375萬元，噸鋼共節(jié)約成本77.5元。

2.社會效益

（1）沙鋼650萬噸鋼板工程綜合能耗可減少約20.927kgce/t鋼，按年產(chǎn)650萬噸計算，年減少13.6萬噸標準煤。年減少廢氣排放4896噸，減少CO2排放33.63萬噸，減少SO2排放2312噸。

（2）取消鐵水倒包工序，除塵每年減少煙塵產(chǎn)生量5560噸，每年減少煙塵排放約33.6噸。