转炉负能炼钢的应用研究

韩锋

（河钢集团承钢公司，河北 承德 067102）

1 概述

我国是产钢大国，同时也是资源、能源相对匮乏的国家，推广节能减排技术是保证钢铁工业发展的关键。“负能炼钢”是炼钢节能的主要技术，我国转炉钢比例超过90%，推广“负能炼钢”对实现节能减排目标，保证钢铁工业健康发展具有重要意义。通常转炉炼钢消耗的能量波动在15～30kgce/t，而回收煤气、蒸汽的能量可折合25～35kgce/t。因此，实现“负能炼钢”一方面要努力降低炼钢能耗，另一方面要加强回收，提高能量回收效率。

2 自动化技术在转炉负能炼钢的应用研究

2.1 简介

河钢集团承德分公司线材事业部120吨系统有2座120吨转炉，1座转炉提钒，1座转炉炼钢。在投产初期，因为120吨系统一次除尘的特殊性及二次除尘综合除尘系统的复杂性，在能源利用和回收方面都存在着不同程度的问题，一度制约着负能炼钢指标水平。几大问题主要表现如下：第一，除尘风机速度控制不合理，采取定速控制，不能随生产工艺自动调速，造成电能浪费。第二，煤气回收、蒸汽回收水平偏低。第三，氮封控制不合理，不能根据生产情况自动调节流量。

2.2 环保节能攻关

2.2.1 对风机除尘系统的攻关,降低电耗

120吨系统二次除尘器有三套，铁水预处理除尘两套，倒罐站除尘一套，上料系统除尘一套。120吨系统1号二次除尘器负责1号转炉本体二次除尘，1号LF炉、2号LF除尘；2和3号转炉二次除尘器并联使用，负责2号、3号转炉二次除尘、塔楼内上料系统除尘、中间包倾翻除尘、热修除尘以及其他零星除尘点的除尘；倒罐站除尘器负责接铁倒罐处除尘；上料系统除尘器负责地下料仓处除尘；铁水预处理1-2号除尘器负责脱硫、脱磷以及主厂房三次除尘。为实现除尘器互为备用，在二次除尘各除尘器管道之间加串通管及阀门，可实现除尘器的互为备用。为节约电能消耗，分别作了如下工作：

第一，2,3号转炉风机由耦合器改为高压变频控制。

第二，编写连锁控制程序及控制画面，将各个除尘点的运行情况与除尘风机运转速度进行联锁，优化除尘风机的调速控制，使风机实现根据现场除尘点的状态自动调速。1#转炉二次除尘风机设置4档调速。1#转炉兑铁或出钢且2#LF精炼炉高压合闸，1#LF炉高压合闸三个条件同时满足时，风机高速运行；当1#转炉兑铁、出钢、2#LF精炼炉高压合闸、2#LF精炼炉高压合闸三个条件满足两个时，风机中速运行；当1#转炉兑铁、出钢、2#LF精炼炉高压合闸、2#LF精炼炉高压合闸三个条件满足一个时，风机低速运行；当1#转炉兑铁、出钢、2#LF精炼炉高压合闸、2#LF精炼炉高压合闸都不满足条件时，风机低低速运行。地下料仓除尘，地下料仓除尘设置两档调速。当上料皮带有至少一条开启后，风机高速运行，当上料皮带均未启动时风机低速运行。铁水倒罐除尘系统设置四档调速，铁水倒罐除尘系统负责倒罐站鱼雷罐出铁过程中产生烟气捕集及净化。对此除尘系统共设四档调速（低低、低、高、高高），当倒罐站四个除尘阀全部处于关闭状态，风机低低速运行（暂定40%），一个除尘阀开启，风机低速运行，两个除尘阀开启，风机高速运行，两个以上除尘阀开启，风机高高速运行。铁水预处理除尘系统设置四档调速，铁水预处理除尘系统负责脱硫、脱磷、1#LF精炼炉及厂房三次除尘。当1#LF精炼炉高压合闸并且脱硫或脱磷有至少一个工位工作时，风机高高速运行。当仅1#LF精炼炉高压合闸时风机高速运行，当脱硫或脱磷至少一个工位工作而1#LF精炼炉高压未合闸时风机低速运行。当脱硫、脱磷和1#LF精炼炉均未投用（小于2小时）风机低低速运行。2#、3#转炉二次除尘风机设置四档调速，因2#、3#炉二次除尘风机属于并列运行，将2台风机的转速控制与2#、3#转炉的状态进行如下联锁：当2#、3#转炉满足一个出钢、一个合铁或两个同时出钢或两个同时合铁时，风机高速运行；当2#、3#转炉只有一个出钢或只有一个合铁时，风机中速运行；当2#、3#转炉不出钢也不合铁时，风机低速运行。

2.2.2 提高煤气、蒸汽回收水平

（1）提高蒸汽回收技术方案。①优化汽包水位控制：将原设计的汽包水位控制由1100mm降低到900mm，减少蒸汽带水。提高蒸汽品质。②优化蒸汽并网管道、自用蒸汽管道输水：更换一批疏水器，重新敷设一条蒸汽输水排水管道，便于及时检查发现疏水器工作情况。③优化汽包自动放散控制：提高汽包自动放散压力到2.0MPa，保证安全的前提下最大限量的回收蒸汽。④优化自用蒸汽量控制：增加除氧器蒸汽阀门与除氧器温度的自动连锁。保证除氧效果的前提下，降低蒸汽消耗。

（2）提高煤气回收技术方案。一是供氧制度。①设定供氧曲线，由PLC自动控制。供氧严格按照供氧曲线执行，稳定正常供氧流量在28000～30000m3/h，进行恒流量吹炼。②根据入炉铁水或半钢条件，选择合适的吹炼模式。吹炼正常时，严格按照二级下发枪位进行控制；过程中未能及时化渣或出现异常时，进行手动调整，杜绝大幅度的升降枪操作，每次调整控制在200mm以内。③优化副枪TSC测量时机，最佳碳含量控制在0.20%～0.40%时，进行副枪测量，降低副枪测量时CO含量的波动。④优化生产组织，杜绝吹炼过程提枪等待。二是降罩管理。①氧枪开吹时，吹氧量达到28000立/小时，降活动烟罩自动降至下限位，吹炼结束升罩至上限。②吹炼过程中，活动烟罩一律不准升至上限；（活动烟罩上限和除尘风机参数有连锁），特殊情况：炉口有粘渣，活动烟罩无法降至下限位时，要求活动烟罩距炉口积渣距离小于100mm。③完善煤气回收程序，设备稳定运行，提高煤气回收质量。提钒转炉利用半钢炼钢属国内首例，半钢含碳量约3.7，其它单位全铁炼钢含碳量约4.3，在计量上我单位采用标况，其它单位采用常温20℃。

2.3 其他方面自动化技术节能的应用

（1）降低氮气消耗。对氮封氮气、溅渣护炉氮气、转炉底吹气体、钢包底吹等控制程序进行优化，在保证工艺使用要求的情况下最大限度的降低介质消耗。对于溅渣氮气，优化调节阀控制曲线，将氮气最大流量控制在35000立/小时；对于活动烟罩氮封、氧枪口氮封、下料溜管氮封、汇总斗氮封优化控制方式，将下料溜管氮封、活动烟罩氮封、氧枪口氮封控制与吹氧信号进行连锁，即在吹氧时将下料溜管氮封、活动烟罩氮封、氧枪口氮封打开，并根据吹炼时烟气量自动调节氮封氮气的流量，在不吹炼时自动关闭；将汇总斗氮封与加料进行连锁，即加料时阀门自动打开，不加料时阀门自动关闭。将电除尘器电场密封冷却氮气安装调节阀，实现在吹炼时大流量控制，在不吹炼时自动调整为小流量控制。

（2）降低氩气消耗。①转炉底吹N2-AR切换氧步值由75%调整为85%。②转炉底吹出钢前期1分钟之内吹氩气。1分钟后吹氮气。流量设定值以出钢信号做为切换条件。③对原有的钢包吹氩自动模型进行修订：建立两种自动吹氩模型，即多合金模式和少合金模式。当合金料重量大于1吨时，自动选为多合金模式；当合金料重量小于1吨时，自动选为少合金模式。方坯自动吹氩模型为在合金料电振振动时（同时在出钢期间，合金料有重量），吹氩流量自动设定为1100标升/分钟，延时20s后设定为880标升/分钟，延时40s后设定为660标升/分钟。延时60s后吹氩自动停止。板坯吹氩自动模型描述如下：在合金料电振振动时，吹氩流量自动设定为880标升/分钟，延时20S后吹氩自动停止。

（3）降低切割煤气消耗。连铸切割煤气控制与切割信号实现自动连锁，在没有切割信号时，焦炉煤气主燃气电磁阀关闭，在有切割信号后，焦炉煤气主燃气电磁阀打开，焦炉煤气流量增大，开始切割连铸坯。

3 生产实绩

120吨系统在投产以来，高度重视提高“负能炼钢”水平。经过采取各项攻关措施，风机、水泵电耗吨钢下降10度，蒸汽回收和煤气回收都达到先进水平。负能炼钢指标由初期的-7kgce/吨钢达到目前的-11kgce/吨钢，实现了能源的高效回收利用。

4 结语

当前，钢铁业耗能高，是国家节能减排和环境保护治理的重要关注的行业。在钢铁业中，钢铁基础自动化已经普及，PLC、DCS以及变频传动技术得到了普遍应用。在这一前提下，利用先进的自动化控制技术，在节约能源、降低能耗方面都可大有所为。通过承钢120吨成功的经验来看，通过自动化控制技术与生产工艺的紧密结合，对钢铁业节能可以起到积极的作用。

参考文献：

[1]自动化信息化在节能减排工作中的应用支点网,2010,(03)17.

[2]李艳东, 韩锋, 程建民.自动化控制技术在一次除尘节能环保领域的应用研究冶金设备,2017,（3）.

[3]李艳东,程建民.承钢120吨转炉干法除尘高效煤气回收研究山东工业技术,2015,(21）.