轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼的應(yīng)用研究

韓鋒

（河鋼集團(tuán)承鋼公司，河北 承德 067102）

1 概述

我國是產(chǎn)鋼大國，同時也是資源、能源相對匱乏的國家，推廣節(jié)能減排技術(shù)是保證鋼鐵工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵?！柏?fù)能煉鋼”是煉鋼節(jié)能的主要技術(shù)，我國轉(zhuǎn)爐鋼比例超過90%，推廣“負(fù)能煉鋼”對實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，保證鋼鐵工業(yè)健康發(fā)展具有重要意義。通常轉(zhuǎn)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(xiàn)“負(fù)能煉鋼”一方面要努力降低煉鋼能耗，另一方面要加強(qiáng)回收，提高能量回收效率。

2 自動化技術(shù)在轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼的應(yīng)用研究

2.1 簡介

河鋼集團(tuán)承德分公司線材事業(yè)部120噸系統(tǒng)有2座120噸轉(zhuǎn)爐，1座轉(zhuǎn)爐提釩，1座轉(zhuǎn)爐煉鋼。在投產(chǎn)初期，因為120噸系統(tǒng)一次除塵的特殊性及二次除塵綜合除塵系統(tǒng)的復(fù)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(fù)能煉鋼指標(biāo)水平。幾大問題主要表現(xiàn)如下：第一，除塵風(fēng)機(jī)速度控制不合理，采取定速控制，不能隨生產(chǎn)工藝自動調(diào)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(jù)生產(chǎn)情況自動調(diào)節(jié)流量。

2.2 環(huán)保節(jié)能攻關(guān)

2.2.1 對風(fēng)機(jī)除塵系統(tǒng)的攻關(guān),降低電耗

120噸系統(tǒng)二次除塵器有三套，鐵水預(yù)處理除塵兩套，倒罐站除塵一套，上料系統(tǒng)除塵一套。120噸系統(tǒng)1號二次除塵器負(fù)責(zé)1號轉(zhuǎn)爐本體二次除塵，1號LF爐、2號LF除塵；2和3號轉(zhuǎn)爐二次除塵器并聯(lián)使用，負(fù)責(zé)2號、3號轉(zhuǎn)爐二次除塵、塔樓內(nèi)上料系統(tǒng)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(fù)責(zé)接鐵倒罐處除塵；上料系統(tǒng)除塵器負(fù)責(zé)地下料倉處除塵；鐵水預(yù)處理1-2號除塵器負(fù)責(zé)脫硫、脫磷以及主廠房三次除塵。為實現(xiàn)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(xiàn)除塵器的互為備用。為節(jié)約電能消耗，分別作了如下工作：

第一，2,3號轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)速度進(jìn)行聯(lián)鎖，優(yōu)化除塵風(fēng)機(jī)的調(diào)速控制，使風(fēng)機(jī)實現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場除塵點的狀態(tài)自動調(diào)速。1#轉(zhuǎn)爐二次除塵風(fēng)機(jī)設(shè)置4檔調(diào)速。1#轉(zhuǎn)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(fēng)機(jī)高速運行；當(dāng)1#轉(zhuǎn)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(fēng)機(jī)中速運行；當(dāng)1#轉(zhuǎn)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(fēng)機(jī)低速運行；當(dāng)1#轉(zhuǎn)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(fēng)機(jī)低低速運行。地下料倉除塵，地下料倉除塵設(shè)置兩檔調(diào)速。當(dāng)上料皮帶有至少一條開啟后，風(fēng)機(jī)高速運行，當(dāng)上料皮帶均未啟動時風(fēng)機(jī)低速運行。鐵水倒罐除塵系統(tǒng)設(shè)置四檔調(diào)速，鐵水倒罐除塵系統(tǒng)負(fù)責(zé)倒罐站魚雷罐出鐵過程中產(chǎn)生煙氣捕集及凈化。對此除塵系統(tǒng)共設(shè)四檔調(diào)速（低低、低、高、高高），當(dāng)?shù)构拚舅膫€除塵閥全部處于關(guān)閉狀態(tài)，風(fēng)機(jī)低低速運行（暫定40%），一個除塵閥開啟，風(fēng)機(jī)低速運行，兩個除塵閥開啟，風(fēng)機(jī)高速運行，兩個以上除塵閥開啟，風(fēng)機(jī)高高速運行。鐵水預(yù)處理除塵系統(tǒng)設(shè)置四檔調(diào)速，鐵水預(yù)處理除塵系統(tǒng)負(fù)責(zé)脫硫、脫磷、1#LF精煉爐及廠房三次除塵。當(dāng)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(fēng)機(jī)高高速運行。當(dāng)僅1#LF精煉爐高壓合閘時風(fēng)機(jī)高速運行，當(dāng)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(fēng)機(jī)低速運行。當(dāng)脫硫、脫磷和1#LF精煉爐均未投用（小于2小時）風(fēng)機(jī)低低速運行。2#、3#轉(zhuǎn)爐二次除塵風(fēng)機(jī)設(shè)置四檔調(diào)速，因2#、3#爐二次除塵風(fēng)機(jī)屬于并列運行，將2臺風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制與2#、3#轉(zhuǎn)爐的狀態(tài)進(jìn)行如下聯(lián)鎖：當(dāng)2#、3#轉(zhuǎn)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(fēng)機(jī)高速運行；當(dāng)2#、3#轉(zhuǎn)爐只有一個出鋼或只有一個合鐵時，風(fēng)機(jī)中速運行；當(dāng)2#、3#轉(zhuǎn)爐不出鋼也不合鐵時，風(fēng)機(jī)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(shù)方案。①優(yōu)化汽包水位控制：將原設(shè)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(zhì)。②優(yōu)化蒸汽并網(wǎng)管道、自用蒸汽管道輸水：更換一批疏水器，重新敷設(shè)一條蒸汽輸水排水管道，便于及時檢查發(fā)現(xiàn)疏水器工作情況。③優(yōu)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(yōu)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(shù)方案。一是供氧制度。①設(shè)定供氧曲線，由PLC自動控制。供氧嚴(yán)格按照供氧曲線執(zhí)行，穩(wěn)定正常供氧流量在28000～30000m3/h，進(jìn)行恒流量吹煉。②根據(jù)入爐鐵水或半鋼條件，選擇合適的吹煉模式。吹煉正常時，嚴(yán)格按照二級下發(fā)槍位進(jìn)行控制；過程中未能及時化渣或出現(xiàn)異常時，進(jìn)行手動調(diào)整，杜絕大幅度的升降槍操作，每次調(diào)整控制在200mm以內(nèi)。③優(yōu)化副槍TSC測量時機(jī)，最佳碳含量控制在0.20%～0.40%時，進(jìn)行副槍測量，降低副槍測量時CO含量的波動。④優(yōu)化生產(chǎn)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(dá)到28000立/小時，降活動煙罩自動降至下限位，吹煉結(jié)束升罩至上限。②吹煉過程中，活動煙罩一律不準(zhǔn)升至上限；（活動煙罩上限和除塵風(fēng)機(jī)參數(shù)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(shè)備穩(wěn)定運行，提高煤氣回收質(zhì)量。提釩轉(zhuǎn)爐利用半鋼煉鋼屬國內(nèi)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(biāo)況，其它單位采用常溫20℃。

2.3 其他方面自動化技術(shù)節(jié)能的應(yīng)用

（1）降低氮氣消耗。對氮封氮氣、濺渣護(hù)爐氮氣、轉(zhuǎn)爐底吹氣體、鋼包底吹等控制程序進(jìn)行優(yōu)化，在保證工藝使用要求的情況下最大限度的降低介質(zhì)消耗。對于濺渣氮氣，優(yōu)化調(diào)節(jié)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(yōu)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(jìn)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(jù)吹煉時煙氣量自動調(diào)節(jié)氮封氮氣的流量，在不吹煉時自動關(guān)閉；將匯總斗氮封與加料進(jìn)行連鎖，即加料時閥門自動打開，不加料時閥門自動關(guān)閉。將電除塵器電場密封冷卻氮氣安裝調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)在吹煉時大流量控制，在不吹煉時自動調(diào)整為小流量控制。

（2）降低氬氣消耗。①轉(zhuǎn)爐底吹N2-AR切換氧步值由75%調(diào)整為85%。②轉(zhuǎn)爐底吹出鋼前期1分鐘之內(nèi)吹氬氣。1分鐘后吹氮氣。流量設(shè)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(jìn)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(dāng)合金料重量大于1噸時，自動選為多合金模式；當(dāng)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(shè)定為1100標(biāo)升/分鐘，延時20s后設(shè)定為880標(biāo)升/分鐘，延時40s后設(shè)定為660標(biāo)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(shè)定為880標(biāo)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(xiàn)自動連鎖，在沒有切割信號時，焦?fàn)t煤氣主燃?xì)怆姶砰y關(guān)閉，在有切割信號后，焦?fàn)t煤氣主燃?xì)怆姶砰y打開，焦?fàn)t煤氣流量增大，開始切割連鑄坯。

3 生產(chǎn)實績

120噸系統(tǒng)在投產(chǎn)以來，高度重視提高“負(fù)能煉鋼”水平。經(jīng)過采取各項攻關(guān)措施，風(fēng)機(jī)、水泵電耗噸鋼下降10度，蒸汽回收和煤氣回收都達(dá)到先進(jìn)水平。負(fù)能煉鋼指標(biāo)由初期的-7kgce/噸鋼達(dá)到目前的-11kgce/噸鋼，實現(xiàn)了能源的高效回收利用。

4 結(jié)語

當(dāng)前，鋼鐵業(yè)耗能高，是國家節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)治理的重要關(guān)注的行業(yè)。在鋼鐵業(yè)中，鋼鐵基礎(chǔ)自動化已經(jīng)普及，PLC、DCS以及變頻傳動技術(shù)得到了普遍應(yīng)用。在這一前提下，利用先進(jìn)的自動化控制技術(shù)，在節(jié)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(jīng)驗來看，通過自動化控制技術(shù)與生產(chǎn)工藝的緊密結(jié)合，對鋼鐵業(yè)節(jié)能可以起到積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

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