轉爐負能煉鋼的應用研究

韓鋒

（河鋼集團承鋼公司，河北 承德 067102）

1 概述

我國是產鋼大國，同時也是資源、能源相對匱乏的國家，推廣節能減排技術是保證鋼鐵工業發展的關鍵。“負能煉鋼”是煉鋼節能的主要技術，我國轉爐鋼比例超過90%，推廣“負能煉鋼”對實現節能減排目標，保證鋼鐵工業健康發展具有重要意義。通常轉爐煉鋼消耗的能量波動在15～30kgce/t，而回收煤氣、蒸汽的能量可折合25～35kgce/t。因此，實現“負能煉鋼”一方面要努力降低煉鋼能耗，另一方面要加強回收，提高能量回收效率。

2 自動化技術在轉爐負能煉鋼的應用研究

2.1 簡介

河鋼集團承德分公司線材事業部120噸系統有2座120噸轉爐，1座轉爐提釩，1座轉爐煉鋼。在投產初期，因為120噸系統一次除塵的特殊性及二次除塵綜合除塵系統的復雜性，在能源利用和回收方面都存在著不同程度的問題，一度制約著負能煉鋼指標水平。幾大問題主要表現如下：第一，除塵風機速度控制不合理，采取定速控制，不能隨生產工藝自動調速，造成電能浪費。第二，煤氣回收、蒸汽回收水平偏低。第三，氮封控制不合理，不能根據生產情況自動調節流量。

2.2 環保節能攻關

2.2.1 對風機除塵系統的攻關,降低電耗

120噸系統二次除塵器有三套，鐵水預處理除塵兩套，倒罐站除塵一套，上料系統除塵一套。120噸系統1號二次除塵器負責1號轉爐本體二次除塵，1號LF爐、2號LF除塵；2和3號轉爐二次除塵器并聯使用，負責2號、3號轉爐二次除塵、塔樓內上料系統除塵、中間包傾翻除塵、熱修除塵以及其他零星除塵點的除塵；倒罐站除塵器負責接鐵倒罐處除塵；上料系統除塵器負責地下料倉處除塵；鐵水預處理1-2號除塵器負責脫硫、脫磷以及主廠房三次除塵。為實現除塵器互為備用，在二次除塵各除塵器管道之間加串通管及閥門，可實現除塵器的互為備用。為節約電能消耗，分別作了如下工作：

第一，2,3號轉爐風機由耦合器改為高壓變頻控制。

第二，編寫連鎖控制程序及控制畫面，將各個除塵點的運行情況與除塵風機運轉速度進行聯鎖，優化除塵風機的調速控制，使風機實現根據現場除塵點的狀態自動調速。1#轉爐二次除塵風機設置4檔調速。1#轉爐兌鐵或出鋼且2#LF精煉爐高壓合閘，1#LF爐高壓合閘三個條件同時滿足時，風機高速運行；當1#轉爐兌鐵、出鋼、2#LF精煉爐高壓合閘、2#LF精煉爐高壓合閘三個條件滿足兩個時，風機中速運行；當1#轉爐兌鐵、出鋼、2#LF精煉爐高壓合閘、2#LF精煉爐高壓合閘三個條件滿足一個時，風機低速運行；當1#轉爐兌鐵、出鋼、2#LF精煉爐高壓合閘、2#LF精煉爐高壓合閘都不滿足條件時，風機低低速運行。地下料倉除塵，地下料倉除塵設置兩檔調速。當上料皮帶有至少一條開啟后，風機高速運行，當上料皮帶均未啟動時風機低速運行。鐵水倒罐除塵系統設置四檔調速，鐵水倒罐除塵系統負責倒罐站魚雷罐出鐵過程中產生煙氣捕集及凈化。對此除塵系統共設四檔調速（低低、低、高、高高），當倒罐站四個除塵閥全部處于關閉狀態，風機低低速運行（暫定40%），一個除塵閥開啟，風機低速運行，兩個除塵閥開啟，風機高速運行，兩個以上除塵閥開啟，風機高高速運行。鐵水預處理除塵系統設置四檔調速，鐵水預處理除塵系統負責脫硫、脫磷、1#LF精煉爐及廠房三次除塵。當1#LF精煉爐高壓合閘并且脫硫或脫磷有至少一個工位工作時，風機高高速運行。當僅1#LF精煉爐高壓合閘時風機高速運行，當脫硫或脫磷至少一個工位工作而1#LF精煉爐高壓未合閘時風機低速運行。當脫硫、脫磷和1#LF精煉爐均未投用（小于2小時）風機低低速運行。2#、3#轉爐二次除塵風機設置四檔調速，因2#、3#爐二次除塵風機屬于并列運行，將2臺風機的轉速控制與2#、3#轉爐的狀態進行如下聯鎖：當2#、3#轉爐滿足一個出鋼、一個合鐵或兩個同時出鋼或兩個同時合鐵時，風機高速運行；當2#、3#轉爐只有一個出鋼或只有一個合鐵時，風機中速運行；當2#、3#轉爐不出鋼也不合鐵時，風機低速運行。

2.2.2 提高煤氣、蒸汽回收水平

（1）提高蒸汽回收技術方案。①優化汽包水位控制：將原設計的汽包水位控制由1100mm降低到900mm，減少蒸汽帶水。提高蒸汽品質。②優化蒸汽并網管道、自用蒸汽管道輸水：更換一批疏水器，重新敷設一條蒸汽輸水排水管道，便于及時檢查發現疏水器工作情況。③優化汽包自動放散控制：提高汽包自動放散壓力到2.0MPa，保證安全的前提下最大限量的回收蒸汽。④優化自用蒸汽量控制：增加除氧器蒸汽閥門與除氧器溫度的自動連鎖。保證除氧效果的前提下，降低蒸汽消耗。

（2）提高煤氣回收技術方案。一是供氧制度。①設定供氧曲線，由PLC自動控制。供氧嚴格按照供氧曲線執行，穩定正常供氧流量在28000～30000m3/h，進行恒流量吹煉。②根據入爐鐵水或半鋼條件，選擇合適的吹煉模式。吹煉正常時，嚴格按照二級下發槍位進行控制；過程中未能及時化渣或出現異常時，進行手動調整，杜絕大幅度的升降槍操作，每次調整控制在200mm以內。③優化副槍TSC測量時機，最佳碳含量控制在0.20%～0.40%時，進行副槍測量，降低副槍測量時CO含量的波動。④優化生產組織，杜絕吹煉過程提槍等待。二是降罩管理。①氧槍開吹時，吹氧量達到28000立/小時，降活動煙罩自動降至下限位，吹煉結束升罩至上限。②吹煉過程中，活動煙罩一律不準升至上限；（活動煙罩上限和除塵風機參數有連鎖），特殊情況：爐口有粘渣，活動煙罩無法降至下限位時，要求活動煙罩距爐口積渣距離小于100mm。③完善煤氣回收程序，設備穩定運行，提高煤氣回收質量。提釩轉爐利用半鋼煉鋼屬國內首例，半鋼含碳量約3.7，其它單位全鐵煉鋼含碳量約4.3，在計量上我單位采用標況，其它單位采用常溫20℃。

2.3 其他方面自動化技術節能的應用

（1）降低氮氣消耗。對氮封氮氣、濺渣護爐氮氣、轉爐底吹氣體、鋼包底吹等控制程序進行優化，在保證工藝使用要求的情況下最大限度的降低介質消耗。對于濺渣氮氣，優化調節閥控制曲線，將氮氣最大流量控制在35000立/小時；對于活動煙罩氮封、氧槍口氮封、下料溜管氮封、匯總斗氮封優化控制方式，將下料溜管氮封、活動煙罩氮封、氧槍口氮封控制與吹氧信號進行連鎖，即在吹氧時將下料溜管氮封、活動煙罩氮封、氧槍口氮封打開，并根據吹煉時煙氣量自動調節氮封氮氣的流量，在不吹煉時自動關閉；將匯總斗氮封與加料進行連鎖，即加料時閥門自動打開，不加料時閥門自動關閉。將電除塵器電場密封冷卻氮氣安裝調節閥，實現在吹煉時大流量控制，在不吹煉時自動調整為小流量控制。

（2）降低氬氣消耗。①轉爐底吹N2-AR切換氧步值由75%調整為85%。②轉爐底吹出鋼前期1分鐘之內吹氬氣。1分鐘后吹氮氣。流量設定值以出鋼信號做為切換條件。③對原有的鋼包吹氬自動模型進行修訂：建立兩種自動吹氬模型，即多合金模式和少合金模式。當合金料重量大于1噸時，自動選為多合金模式；當合金料重量小于1噸時，自動選為少合金模式。方坯自動吹氬模型為在合金料電振振動時（同時在出鋼期間，合金料有重量），吹氬流量自動設定為1100標升/分鐘，延時20s后設定為880標升/分鐘，延時40s后設定為660標升/分鐘。延時60s后吹氬自動停止。板坯吹氬自動模型描述如下：在合金料電振振動時，吹氬流量自動設定為880標升/分鐘，延時20S后吹氬自動停止。

（3）降低切割煤氣消耗。連鑄切割煤氣控制與切割信號實現自動連鎖，在沒有切割信號時，焦爐煤氣主燃氣電磁閥關閉，在有切割信號后，焦爐煤氣主燃氣電磁閥打開，焦爐煤氣流量增大，開始切割連鑄坯。

3 生產實績

120噸系統在投產以來，高度重視提高“負能煉鋼”水平。經過采取各項攻關措施，風機、水泵電耗噸鋼下降10度，蒸汽回收和煤氣回收都達到先進水平。負能煉鋼指標由初期的-7kgce/噸鋼達到目前的-11kgce/噸鋼，實現了能源的高效回收利用。

4 結語

當前，鋼鐵業耗能高，是國家節能減排和環境保護治理的重要關注的行業。在鋼鐵業中，鋼鐵基礎自動化已經普及，PLC、DCS以及變頻傳動技術得到了普遍應用。在這一前提下，利用先進的自動化控制技術，在節約能源、降低能耗方面都可大有所為。通過承鋼120噸成功的經驗來看，通過自動化控制技術與生產工藝的緊密結合，對鋼鐵業節能可以起到積極的作用。

參考文獻：

[1]自動化信息化在節能減排工作中的應用支點網,2010,(03)17.

[2]李艷東, 韓鋒, 程建民.自動化控制技術在一次除塵節能環保領域的應用研究冶金設備,2017,（3）.

[3]李艷東,程建民.承鋼120噸轉爐干法除塵高效煤氣回收研究山東工業技術,2015,(21）.