转炉炼钢节能减排未来发展方向

转炉炼钢节能减排未来发展方向

苏天森

节能减排已成为钢铁工业进一步发展最重要的科技创新任务之一。转炉炼钢在当代炼钢生产中依然占据主导地位的局面，在可预见的将来也不可能改变。虽然转炉炼钢是当代钢铁生产中耗能最少，且是唯一可以实现总能耗为“负值”的工序，但进一步降低工序能耗、物耗，实现更加高效的能源转换和回收，更加有效地利用二次能源，开发低温余热回收利用新途径等许多问题还有待进行深入研究和优化。本文仅就转炉炼钢工序进一步节能减排的思路，谈几条原则性的建议。

1流程优化应成为炼钢厂进一步节能首先关注的重点

流程优化主要体现在紧凑、高效和自控三个方面。

1．1流程功能的解析、优化、重组，实现转炉炼钢生产的紧凑化，即工序时间的最小化、衔接最优化，这是最首要的节能措施

当前最重要的是推进全量铁水脱硫，转炉预脱硅、脱磷，脱碳转炉少渣炼钢，全量钢水精炼后进行连铸(如果是近终形连铸，则可与轧制直接组成最优化的流程)。这种紧凑流程必然是能耗、物耗最低的。对这种紧凑化模式运行效果可能还有待更加完善的统计分析，有个别工艺还有争议，但流程紧凑化的方向不应怀疑。

1．2高效化是转炉炼钢节能的重要措施

首先，流程紧凑化、优化衔接匹配是高效化的主要内容，其次大型化的方向必须坚持，“钢铁行业产业化政策”和“钢铁行业调整和振兴规划”早已指明了方向，只有大型化才能更好地节能，也已为事实所证明。另外，必须坚持高速化的发展方向(铁水预处理、冶炼、精炼、连铸都适用)。速度是提高效率最重要的标志，也是降低物耗、能耗的重要因素。

1．3自动化是转炉炼钢节能的重要保证

转炉冶炼、铁水预处理、钢水精炼和连铸高效化都需要自动控制来实现。一个重要的思路是以自动化的要求来促进、完善装备，严格执行系统精料标准、控制过程(尤其是终点)等关键技术进步，而不是等条件成熟了再上自动控制手段。

在现代转炉炼钢厂抓好上述流程化措施实际上也是构建洁净钢生产优化平台的过程，无论是节能、降耗、减排还是为产品的开发打好基础都是十分重要的。总之，流程优化了才能实现最大的节能。

2以进一步提高炼钢能源转换效率，更高效地回收和利用二次能源为当前的重要创新方向，突出优化现有重点节能技术，取得更好的节能效果

在整个现代化钢铁生产流

程中，转炉炼钢(包括精炼、连铸)是运行温度最高的工序，最有条件也必须实现能源的高效转换和回收利用。众所周知，这一工序中能量载体主要有炉气、钢水、炉渣、钢坯及冷却水。目前炉气余能转换、回收(回收煤气、蒸汽)、钢坯余热利用(连铸坯热装)已很普遍，但转换效率和利用效率水平的差异很大。钢水能量主要用于保证下工序(精炼、连铸)生产的需要，还谈不上转换与回收，炉渣和冷却水余热的转换与回收利用刚刚起步或将开展研究。

2．1烟气能量的高效转换及回收利用

烟气能量的高效转换与回收利用是转炉工序能耗为“负值”的主要途径。烟气能量回收主要以烟气显热和化学能转换为中、低热值的转炉煤气，中、低压力的蒸汽两种方式并加以回收利用。目前主要的问题是回收水平差距巨大，利用方式的价值评估存在着很大的分歧，有许多值得研究和探讨的地方。至于烟气动能和转炉煤气携带的余热还没有相应的转换与回收利用的方法。

我国转炉煤气回收利用始于1965年，但直至2005年，一些大型企业才刚刚开始回收利用，时间跨度达40年。而且由于每炉钢回收时间长短、工艺稳定程度、装备水平(主要是冶炼终点自动控制水平)等原因，各转炉钢厂回收煤气的数量和质量有很大的差异。按热值2000kcal／m³折算成的标准煤气量(Nm³)来统计，水平高的可达110Nm³／t钢，水平差的则<60Nm³／t钢。大多数钢厂<100Nm³／t钢，与日本钢厂普遍>1 10Nm³／t钢的水平相比，还有很大的差距。至于回收煤气的利用方法，大部分钢厂是作为钢包烘烤与轧钢加热炉的燃料，少数钢厂用于焙烧活性石灰。利用CO含量高达60%以上的转炉煤气作为化工原料(如制H₂，用于合成氨水)或合成高质量燃料的工作早在20世纪60年代就已有研究，近年来也有试验，但至今都无工业化规模的应用。最近，转炉煤气和其它的冶金煤气一起集中用于发电的呼声很高，但鲜见令人信服的技术与经济比较方面的研究成果。

中国转炉钢厂转炉烟气余热从20世纪70年代开始才由水冷烟罩、烟道改为汽化冷却方式回收利用蒸汽，但大多数以≤12kg／cm²的低压饱和蒸汽方式回收，并人企业的动力管网利用。少数钢厂采用25～45kg／cm²的中压回收蒸汽，却要通过减压才能并入公司蒸汽管网回收利用，浪费了大量能源。由于大都属于低品质蒸汽的低用途回收利用，用户源较少，一些企业还经常将回收的蒸汽再放散，造成更大的浪费。20世纪90年代开始，一些钢厂将回收的饱和蒸汽经加热成过热蒸汽，用作本厂VD、RH蒸汽喷射泵的汽源，富余部分并入公司管网，取得了可观的经济效益。近年来，热议的课题是回收的转炉蒸汽直接用来发电，而VD、RH则改用电能驱动的机械泵来抽真空，据说可节能90%、以上。重钢长寿新区还在实践的世界上第一台机械真空泵RH装置，将提供最直接的应用效果数据，为国内炼钢界高度关注。另外低品质转炉蒸汽用于发电如何提高效率，一些技术与装备的优化等问题还处于研发阶段。我国转炉冶炼蒸汽回收量还较低，一般<80kg／t钢，与日本普遍>100kg／t钢的水平，还有较大差距。

烟气物理热及转炉煤气在回收过程被燃烧部分所放出的化学热是产生蒸汽的热源，因此煤气和蒸汽回收量之间应当有一个合理的组合数值，这是各转炉钢厂在制订转换与回收目标时应考虑的问题。

转炉烟气的除尘、冷却与回收一般采用湿法、干法或近年来称为“半干法”的技术，通常认为干法在回收节能上效果更佳。20世纪90年代初，中国第一台转炉干法除尘装置在宝钢投产，经十几年才迎来了干法除尘技术推广应用的热潮，至今仍在不断改进中，对三种方法优劣的讨论仍在进行，应为大家关注。

2．2连铸坯热送热装是衔接炼钢、轧钢两大工序的重要节能措施

从20世纪90年代中国连铸进入快速发展时期开始，连铸坯热送热装就逐渐在各钢厂普遍推广，但各厂水平差距仍很大。当前的重点应当是抓好生产计划的衔接优化，尽量提高直接热装比。至于热装温度则应结合品种特点和各厂普遍推广轧钢蓄热式加热炉生产情况进行控制，达到保证提高质量和节能效率的目的。

这种控制使连铸坯在输送辊道降温而散失的大量热能是否可以回收利用的技术将成为研究的新课题。

2．3炉渣余热的回收和利用

这部分余热能量很大，但目前基本上没有回收利用。有的钢备，正引起各转炉钢厂的关注。

炉渣经处理实现稳定可靠、高附加值应用的比例也在不断提高。但少渣炼钢技术和稳定降低转炉渣游离CaO的钢渣处理技术还有不少研究开发的内容。

2．4冷却水余热回收利用技术是转炉炼钢厂进一步提高能源转换与利用效率的新课题和难题

至今还没有人认真开展过<100℃余温转换利用的技术研究。相反把转炉钢厂各种闭路循环或开放式循环冷却水由50～80℃降到约35℃再回收利用还要另外增加设备运行和电能的消耗。对于<100℃的余温转换回收利用的技术可行性和经济性长期以来都有争议，并缺乏可靠的认证。但这部分的热能总量仍是相当可观的。

3转炉钢厂节能的其它思路

3．l加大全过程的保温措施是转炉钢厂节能的重要基础

这方面各转炉钢厂的工作力度也有很大的差异，而且近几年来鲜有重要的研究成果和进展，应重新给予高度关注。

例如铁水包、钢包、中间包的保温措施，是降低运行过程温度损失的重要前提。尤其在包衬寿命提高、工作层减薄、运行时间延长的条件下，保温(绝热)层设计与优化、金属液表面绝热覆盖剂与加盖等措施都应以单位降温水平≤0．5℃／min为目标来考察。在各工序都高效化的条件下，尤其应加强管理，确保减少铁水包、钢包、中间包的周转使用个数来实现更少的温降损失。

3．2以稳定的工艺操作，实现全厂低温制度的运行，有效地节能降耗

为此要进行全过程，尤其是各工序终点温度的精确控制。降低出钢温度、连铸低过热度浇铸是全厂低温度制度运行的重要衡量指标，各厂都应抓紧优化。

3．3在钢铁企业能源高效转换利用和构建能量流网络与优化的总体框架思路下，研究转炉炼钢厂更加节能降耗的新措施

主要有前面已提到的≤100℃余温转换利用、炉温余热回收利用、高温铸坯运输过程散热的利用等新技术研究；转炉钢厂与前后工序(炼铁、轧钢)最合理的能源流网络构成(主要是传递、衔接的温度制度优化等)研究；在保证质量前提下，加快能耗、物耗最小化的紧凑流程(尤其是薄带铸轧)的研究和产业化都是转炉钢厂今后应当关注的问题。

至于新的清洁能源在转炉钢厂中应用的可行性研究，也应逐渐提到日程上来了，其重点是否应放在风能和太阳能这两个方面。

以上这些进一步推动转炉钢厂节能的思路，由于只是一些原则性意见，具体的技术措施还有待讨论，有的则可能刚刚开始研究，甚至连可行胜都还有疑问，错误之处，敬请大家批评。转炉钢厂应该，也完全可能为钢铁企业的节能减排做出新的贡献。