降低精煉工序綜合能耗的關鍵技術

尹 寬，趙 艷，姜名貞，王勃超

（唐山不銹鋼有限責任公司,河北063000）

0 引言

煉鋼作為鋼鐵聯合企業的主要生產工序，它的能源消耗指標在某種程度上代表著企業科技發展水平，而精煉作為煉鋼生產主要耗能的工序，降低其能耗尤為重要[1]。持續優化精煉各環節能源管理，以工序耗能最小化為目標，以煉鋼系統綜合分析為前提，在滿足成分約束、溫度約束、時間約束的條件下，查找節能管理工作中的薄弱環節，確定精煉系統各環節的節能目標，以多種優化措施的綜合應用為手段，探索RH 吹氧比例和LF 電極消耗的最佳平衡，優化鋼包周轉個數，將噸鋼電極消耗、噸鋼電量消耗等指標控制在最佳水平，從而有效降低煉鋼成本[2]。經過近一年的節能攻關，唐山不銹鋼有限責任公司（不銹鋼公司）煉鋼分廠的各種消耗指標明顯降低。

1 煉鋼系統現狀調查

不銹鋼公司煉鋼分廠現有3 座轉爐、3 座LF 精煉爐、1 座RH 精煉爐、3 座板坯連鑄機。精煉工序的主要作用是去氣脫硫、去雜質、調整成分和溫度，為后續連鑄工序做好準備，LF 和RH 主要技術參數見表1。

表1 LF 爐和RH 爐主要技術參數

經現場調查分析，不銹鋼公司由于轉爐終點溫度波動、鋼包不加蓋、鋼包周轉次數低、鋼水壓站時間長等原因造成鋼水溫度損失大，致使精煉工序因升溫任過重增加了各類材料和能源的消耗。RH 吹氧比例與LF 爐電極、電量消耗較高，2018 年上半年較明顯，RH 爐吹氧比例平均57.3%，LF 爐噸鋼平均電極消耗0.35 kg、平均電量消耗38.3 kW·h。

2 煉鋼系統工藝優化

2.1 提高轉爐終點溫度命中率

轉爐終點溫度提高，可以減少LF 爐給電處理升溫的時間；同時轉爐終點溫度提高可以降低RH爐為了升溫而進行的吹氧比例。如果鋼水溫度低，導致精煉合金融化速度慢、合金成分擴散效果差，增加了鋼水成分的控制難度，同時會造成精煉鋼包頂渣料熔化難或不熔化，渣料容易成團、結塊，增加精煉工序的負擔。

（1）針對轉爐-RH 工藝路線投用備用包造成的包溫降低現象，應規范轉爐出鋼的目標溫度設定。根據不同類型鋼包溫降不同的特點，結合現場實際溫降情況，制定了投入不同類型鋼包設定不同出鋼目標溫度的措施。過RH 工藝路線投用B 類鋼包（全修或大修鋼包投入生產用的第二次使用、小修鋼包投入生產用的第一次使用）時，終點溫度提高20 ℃。投用C 類鋼包（做為B 類鋼包使用過一次后間隔小于3 小時再次使用）時，終點溫度提高10 ℃。

（2）針對廢鋼調整頻繁導致終點出鋼溫度不穩定的情況，對現有廢鋼資源制定合理廢鋼加入配比，形成制度下發作業區，確保廢鋼調整有據可依且將對溫度命中的影響降至最低。

2.2 提高鋼包加蓋率

鋼包不加蓋運行會造成溫度損失，在生產過程中對周轉鋼包進行加蓋操作，能夠減緩鋼包的散熱，并能保證生產過程中鋼水的溫度均衡、穩定，可以降低生產過程中鋼水的熱量損失，對煉鋼廠的節能減排、降本增效有重要作用。

因此，將鋼包加蓋率目標定為100%，并要求鋼包作業區建立鋼包加蓋臺賬，針對未加蓋原因進行分析，不斷改善確保目標達成。

2.3 提高轉爐直接出鋼比例

一倒出鋼可以合理控制轉爐出鋼結束至連鑄機開澆時間，減少鋼水到達精煉后的停留時間、減少介質消耗，可同時達到提高生產能力和降低煉鋼成本的雙重目的。

2.3.1 提高轉爐P 命中率

醫療旅游者在印度接受醫療服務的范圍十分廣泛，涉及到牙科、眼科、心臟手術、美容和整形手術、健康體檢、兒科、五官科、腸胃科、泌尿生殖、腫瘤科、神經外科以及替代醫學項目，但最受歡迎的醫療旅游項目是骨髓移植、心臟搭橋手術、眼科手術、矯形外科等，其在心臟手術、髖關節置換、以及其他美容手術方面享有盛譽。

冶煉轉爐-RH 工藝路線鋼種時，提高轉爐P 的命中率，可以減少鋼包脫P 比例，降低鋼水溫度損失，提高RH 鋼水進站溫度，降低RH 吹氧比例，既有利于提升鋼水質量，又有利于降低能源消耗。

2.3.2 提高轉爐S 命中率

冶煉轉爐-LF 爐工藝路線鋼種時，提高轉爐S的命中率，可以降低LF 爐進站S 含量，尤其對于一些成品要求≤0.006%的低硫鋼，降低LF 爐進站S含量可大大降低LF 冶煉負荷，減少渣料加入量與鋼水大攪時間，降低鋼水溫度損失，從而降低LF 爐電耗。

針對廢鋼結構中增加鐵塊爐次，需考慮鐵塊帶入的S 含量，依據冶煉鋼種成品S 含量的要求，嚴格規范鐵水預處理工序的出站S 含量的控制，同時在轉爐出鋼過程增加100 kg 頂渣石灰，出鋼3/4 前底吹大氣量攪拌，出鋼3/4 后關閉底吹，轉爐出鋼設定堿度要求≥3.5。

2.4 優化真空浸漬電極使用方法

2.4.1 真空浸漬電極技術

炭素制品生產過程中采用真空浸漬工藝，通過浸漬劑填滿孔洞再被碳化成殘留碳，從而使碳素制品的體積密度和機械強度顯著提高，電阻率明顯下降，抗氧化能力增強。

2.4.2 真空浸漬電極的應用

電極端面的熔損與電流強度、加熱時間成正比。因此，根據鋼水進站溫度、工藝要求，選用合理的電弧電壓和電流值進行化渣、升溫，保持電弧的穩定性，優化配電工藝，同時兼顧鋼水升溫速度和供電系統功率因數變化。在精煉后期，根據鋼種要求選擇適當的輸電功率，精準的控制鋼水溫度，同時嚴格控制鋼水增碳，以同時滿足鋼水成分和溫度的要求。

吹氬攪拌與電弧長度若配合不好，會造成鋼水侵蝕電極，導致電極消耗增加。因此，分階段動態控制氬氣流量，優化LF 爐全程吹氬供氣模型。根據精煉目的和時間，調節底吹氬流量，保證鋼水液面的穩定，避免電極振動過大，延長電極壽命[4]。

2.5 優化生產組織

2.5.1 減少等待時間

等待時間是指轉爐出鋼結束到精煉進站冶煉、精煉出站到RH 進站、RH 出站到連鑄機鋼包回轉臺的時間，在沒有任何干擾因素的情況下，此時間為10 min 左右，但是在實際生產中要受到各工序的工藝要求、節奏控制、天車運行、連鑄機拉速等諸多因素的限制，等待時間會比理想狀態長得多。等待時間越長、鋼水溫降越大、電耗越高，不利于節能。生產組織的穩定可以極大限度的縮短等待時間。

不銹鋼公司煉鋼分廠采用準時化法，將各工序工作時間進行分解和固化，并針對前一步驟時間的變化后續都有補救方法，從而達到綜合生產組織的平衡、連貫和穩定，減少了精煉給電處理時間，降低了電耗。

2.5.2 優化鋼包周轉

鋼包的周轉是從轉爐出鋼開始，經精煉工序后至連鑄工序，鑄畢鋼包再經空包處理后回到轉爐出鋼位的整個循環過程，鋼包的運行控制不足導致轉爐出鋼等包或空包轉運時間過長、包襯溫度太低的情況發生，對煉鋼生產作業率和鋼水溫度都會造成較大的影響。因此，應以等待時間最小和投入鋼包數最少為目標。

不銹鋼公司煉鋼分廠鋼包總數為42 個，每個單爐對單機生產流程使用四個鋼包周轉，每班每個鋼包周轉次數僅為3.5 次，鋼包周轉慢，不僅造成轉爐出鋼溫度損失大，而且影響了煉鋼工序的生產節奏。四包周轉存在壓站時間較長的現象且鋼水精煉周期較長，精煉出站天車存在運行相互阻擋現象，影響吊包上臺時間，導致連鑄澆注速度低，進而影響生產作業計劃。

為了提高鋼包周轉次數和鋼包熱效率，提升控制水平，優化現有工藝，將四包周轉優化為三包周轉，需要整個煉鋼工序相互配合，嚴格按照標準時間執行操作。為提高協作水平，各工序將固定操作步驟和采集信號、動態內容等詳細統計。

以微觀流程的形式細化每一個動作，加強鋼包周轉的統籌安排和精細化管理，科學詳盡的制訂了各工序停留時間和操作，上下工序協同分工，充分保證了三包周轉的順利進行，三包周轉以來，鋼包周轉次數增加，鋼水溫降得到明顯改善，平均鋼水出鋼溫降由90 ℃減小為75 ℃。三包周轉時長與四包周轉時長對比，見表2。

3 消耗指標改善效果

2018 年7 月至12 月，不銹鋼公司煉鋼分廠通過落實了以上措施，各項能源和耗材消耗指標發生明顯改善。其中，RH 月均吹氧比例由57.3%降低至26.75%，過RH 鋼種噸鋼鋁耗由1.88 kg 降低至1.67 kg，LF 爐電耗由噸鋼 38.3 kW·h 降至 25.4kW·h，LF爐電極消耗由噸鋼0.35 kg 降至0.23 kg。

表2 精煉三包轉周期數據

4 結論

（1）針對不同鋼包類型制定不同的對應轉爐終點命中率的目標成分要求、優化廢鋼加入配比、提高鋼包加蓋率可以有效的提高轉爐終點溫度，可降低LF 精煉電極消耗、電耗和RH 吹氧量。

（2）提高轉爐終點P、S 命中率可以提高轉爐直出比例，減少鋼水到達精煉后的停留時間，可降低精煉電耗。

（3）優化配電制度與底吹工藝，使真空浸漬電極成功應用，極大的降低了電極消耗。

（4）通過優化生產組織縮短了等待時間，提高鋼包周轉率，降低了精煉電耗。