煉鋼最優(yōu)工序能耗研究及實(shí)踐范文

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摘要：針對(duì)煉鋼工序能耗運(yùn)行過(guò)程中存在著工藝制度不完善、生產(chǎn)組織缺乏柔性的智能化調(diào)度系統(tǒng)以及設(shè)備問(wèn)題。從設(shè)備管理、工藝管理、生產(chǎn)管理三個(gè)方面采取措施，對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造；通過(guò)對(duì)精煉爐電極智能控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造提高其電熱效率；LF精煉精確控溫；縮短蹲鋼時(shí)間并提高鋼包周轉(zhuǎn)率，實(shí)現(xiàn)煉鋼工序能耗最小。

關(guān)鍵詞：煉鋼；能耗；精準(zhǔn)控溫；目標(biāo)管理

近年來(lái)，國(guó)家大力倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保河鋼樂(lè)亭鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)公司），公司也將加大能源管控力度。今后鋼鐵工業(yè)增產(chǎn)所需的能源，主要靠企業(yè)內(nèi)部挖潛來(lái)解決，節(jié)能減排任務(wù)十分艱巨。1）由于使用無(wú)保溫層的鋼包和傳統(tǒng)的燒嘴燃燒方式來(lái)烘烤鋼包，鋼包保溫及蓄熱效果較差，導(dǎo)致能耗較高。2）由于LF精煉鋼水原始條件和回收澆余量不穩(wěn)定，精煉鋼水不回收澆余爐次給電升溫時(shí)電弧電流波動(dòng)很大，導(dǎo)致能耗較高。3）由于工藝制度不完善，鋼水在轉(zhuǎn)爐—LF精煉—連鑄各工序的溫度控制水平較低，導(dǎo)致能耗較高。4）公司煤氣平衡后，煤氣熱值下降，影響鋼包烘烤效果，鋼包狀況（尤其隔爐包、備用包）差異較大，各工序溫降波動(dòng)大，不利于鋼包鋼水溫度的預(yù)測(cè)和及時(shí)采取措施，導(dǎo)致能耗較高。

1總體思路

從設(shè)備管理、工藝管理、生產(chǎn)管理三個(gè)方面采取措施如下：1）對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。針對(duì)鋼包保溫及蓄熱效果較差導(dǎo)致能耗較高的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)鋼包增加保溫層和烘烤器蓄熱式改造來(lái)提高鋼包的節(jié)能效率。2）針對(duì)LF精煉爐常規(guī)控制下電弧電流波動(dòng)很大導(dǎo)致能耗較高的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)精煉爐電極智能控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造提高其電熱效率。3）針對(duì)工藝制度不完善鋼水在轉(zhuǎn)爐—LF精煉—連鑄各工序的溫度控制水平較低導(dǎo)致能耗較高的問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化各工序溫度制度，制定控制措施，通過(guò)開(kāi)發(fā)以“LF精煉精確控溫為核心”的工藝減少工藝穩(wěn)定性對(duì)工序能耗的影響。4）針對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)組織模式蹲鋼時(shí)間長(zhǎng)、鋼包周轉(zhuǎn)率低，導(dǎo)致能耗較高的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)“煉鋼生產(chǎn)組織四原則”的深入研究并運(yùn)用目標(biāo)管理，縮短蹲鋼時(shí)間并提高鋼包周轉(zhuǎn)率，實(shí)現(xiàn)煉鋼工序能耗最小。

2鋼包保溫層及鋼包烘烤器升級(jí)改造

2.1改造背景鋼包在投入使用前的蓄熱和在投入使用后的降溫，直接影響煉鋼整個(gè)工序的鋼水溫度變化。鋼包蓄熱不好，鋼水過(guò)程溫降較大，造成精煉工序升溫時(shí)延長(zhǎng)，用電量增加。使用無(wú)保溫層的鋼包和傳統(tǒng)的燒嘴燃燒方式來(lái)烘烤鋼包，溫度損失較大。針對(duì)提高鋼包的保溫性能和烘烤的初始溫度，詳細(xì)分析了鋼包自身的形狀特點(diǎn)和砌筑特點(diǎn)，結(jié)合鋼包烘烤器的現(xiàn)場(chǎng)使用情況，制定了鋼包增加保溫層和烘烤器蓄熱式改造兩項(xiàng)措施來(lái)提高鋼包的節(jié)能效率。

2.2實(shí)施情況1）鋼包保溫層升級(jí)改造。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定好硬質(zhì)纖維絕熱板的規(guī)格尺寸；按要求粘貼絕熱板，縫隙用高溫膠泥填平；烤包位每隔半小時(shí)在包殼的不同部位測(cè)溫，記錄升溫情況；投入使用后跟蹤測(cè)量包襯溫度和鋼水溫降。2）鋼包蓄熱器升級(jí)改造。采用蓄熱式燃燒方式；采用混合煤氣為燃料；采用小型一體化蓄熱式燒嘴，只對(duì)空氣進(jìn)行單預(yù)熱。

2.3改造效果鋼包保溫層及鋼包烘烤器升級(jí)改造的效果主要表現(xiàn)：鋼包保溫層使用的硬質(zhì)纖維絕熱板具有較低的導(dǎo)熱率，包殼表面溫度同比，包殼下降20°~50°；用保溫層鋼包鋼水過(guò)程溫度溫降明顯低于無(wú)保溫層鋼包包殼溫度，為過(guò)程溫度控制提供了有利條件；鋼水待澆時(shí)間越長(zhǎng)保溫層越能顯示其優(yōu)越性，鋼水溫度同比，溫降速率降低0.3℃/min。

3精煉爐電極智能控制系統(tǒng)升級(jí)改造

3.1改造背景在鋼水精煉生產(chǎn)過(guò)程中，由于受鋼水渣層厚度、底吹氬流量、電壓波動(dòng)、液壓伺服系統(tǒng)及控制調(diào)節(jié)比例閥放大板的精度與零漂變化等因素影響。精煉爐電極調(diào)節(jié)難以用數(shù)學(xué)模型描述，而且電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有高度的非線性、時(shí)變性和相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性。近年來(lái)國(guó)內(nèi)大力采用智能控制技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題，從而使常規(guī)控制下電弧電流波動(dòng)很小，電能消耗也大大減少。為改變精煉爐現(xiàn)有電極控制系統(tǒng)啟動(dòng)電弧不平穩(wěn)及電耗高等情況，對(duì)精煉爐電極控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，更換現(xiàn)有鋼包精煉爐調(diào)節(jié)器硬件，并對(duì)電極升降調(diào)節(jié)器軟件進(jìn)行改進(jìn)，工藝參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化，克服現(xiàn)有調(diào)節(jié)器的弱點(diǎn)，提高其電熱效率。

3.2應(yīng)用原理電極智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用自動(dòng)啟動(dòng)冶煉功能。使用功率圓圖來(lái)設(shè)定工作點(diǎn)，達(dá)到電爐變壓器合理有效地向電爐內(nèi)輸入有效功率P。通過(guò)功率圓圖，選取電爐的工作設(shè)定點(diǎn)，即阻抗設(shè)定點(diǎn)，有效地發(fā)揮變壓器的有效功率，縮短冶煉時(shí)間，提高其電熱效率，降低電耗。三相交流精煉爐是一個(gè)非對(duì)稱(chēng)、非線性和具有自由中性點(diǎn)的星形用電設(shè)備，原系統(tǒng)采用電流設(shè)定，通過(guò)檢測(cè)三相電流反饋來(lái)控制電極的升降，存在電流檢測(cè)失真，電流穩(wěn)定性差及電弧斷弧等情況。本系統(tǒng)通過(guò)設(shè)定不同變壓器檔位、不同加熱曲線及不同電抗器檔位等參數(shù)查表給出阻抗給定值，通過(guò)實(shí)際弧壓及弧流計(jì)算出反饋?zhàn)杩梗纬梢粋€(gè)阻抗控制器。實(shí)際精煉中，此設(shè)定值基本對(duì)應(yīng)變壓器額定電流，實(shí)現(xiàn)弧功率最大化，達(dá)到最快升溫效果。在參數(shù)調(diào)整中，根據(jù)具體升溫要求，調(diào)整阻抗設(shè)定參數(shù)，實(shí)現(xiàn)梯度升溫結(jié)構(gòu)。阻抗控制器具有死區(qū)補(bǔ)償，伺服閥零偏調(diào)整等功能，達(dá)到了更高的控制精度。

3.3實(shí)施情況通過(guò)調(diào)研與分析，決定將原有電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)升級(jí)改進(jìn)為電極智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)。具體實(shí)施過(guò)程為：第一，精煉爐安裝電極智能調(diào)節(jié)器。第二，制定檢驗(yàn)智能調(diào)節(jié)器使用效果的試驗(yàn)方案：（使用新系統(tǒng)與舊系統(tǒng)每分鐘耗電量進(jìn)行對(duì)比）。第三，投入后，具備每十天切換精煉爐新舊兩套電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并記下各個(gè)時(shí)間段的用電時(shí)間與耗電量。

3.4改造效果經(jīng)試驗(yàn)，精煉爐使用電極智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)后平均每分鐘耗電量減少13kW•h，精煉爐冶煉一爐鋼平均給電11min，理論計(jì)算可節(jié)電在0.95~1.29kW•h/t之間。試驗(yàn)成功后，精煉爐一直使用該系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)行參數(shù)細(xì)化調(diào)試，從結(jié)果以及現(xiàn)有的工況條件看，節(jié)能效果較為明顯，采用新系統(tǒng)后，電極調(diào)節(jié)明顯平穩(wěn)，電流由原來(lái)的±10%波動(dòng)改善到±3%，弧光熱輻射極大減少，提高了電熱效率[1]。

4提高煉鋼-連鑄鋼水過(guò)程溫度控制水平

目前開(kāi)澆點(diǎn)測(cè)溫度合格率僅為57.93%，因溫度影響的事故時(shí)常發(fā)生，造成生產(chǎn)中斷，影響開(kāi)澆爐次的質(zhì)量缺陷和煉鋼工序能耗增加。

4.1影響開(kāi)澆爐次中包溫度技術(shù)分析根據(jù)冶金理論和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，影響開(kāi)機(jī)爐次中包溫度合格率的因素包括如下幾個(gè)方面：包況（空包時(shí)長(zhǎng)）；連鑄中包烘烤時(shí)間和溫度；中包烘烤停火到開(kāi)澆時(shí)間；精煉時(shí)間；出站溫度；是否回收澆余；是否加蓋；待澆時(shí)間；澆鋼時(shí)間；鋼種等。待澆時(shí)間與溫度合格率的關(guān)系見(jiàn)圖1。從圖1中可見(jiàn)線性相關(guān)度為0.08，開(kāi)機(jī)爐次待澆時(shí)間的延長(zhǎng)與點(diǎn)測(cè)溫度合格率存在一定線性相關(guān)，待澆時(shí)間控制在20min以下時(shí)，溫度合格率影響不大，但待澆時(shí)間不小于25min時(shí)，溫度合格率為36.36%，明顯降低。

4.2制定實(shí)現(xiàn)精煉精確控溫措施1）生產(chǎn)組織。加強(qiáng)鋼包周轉(zhuǎn)信息傳遞，穩(wěn)定鋼包溫降，為操作工提供指導(dǎo)性強(qiáng)的出站溫度，提高溫度控制水平；嚴(yán)格控制開(kāi)機(jī)爐次的待澆時(shí)間(出站到大包開(kāi)澆時(shí)間)，執(zhí)行不大于20min，因設(shè)備異常不能及時(shí)開(kāi)機(jī)的需重新給電升溫處理。2）精煉工序。規(guī)范開(kāi)機(jī)爐次的冶煉時(shí)間為60~65min，LF爐出站溫度統(tǒng)一規(guī)定為靜吹后測(cè)溫，開(kāi)機(jī)出站溫度執(zhí)行產(chǎn)品制造卡要求；保證測(cè)溫的準(zhǔn)確性，如果測(cè)溫槍有問(wèn)題及時(shí)找自動(dòng)化校槍?zhuān)灰?guī)范開(kāi)機(jī)爐次氬氣攪拌操作，提高鋼水溫度均勻性作為控制中包溫度最關(guān)鍵的工序，既要保證鋼包內(nèi)鋼水溫度的均勻性，又要保證鋼包能充分吸熱，同時(shí)還要根據(jù)鋼包和節(jié)奏狀況，命中相應(yīng)的目標(biāo)出站溫度；加強(qiáng)調(diào)度室、精煉、連鑄各工序信息溝通，根據(jù)開(kāi)澆時(shí)間、中包烤包情況、包況以及要考慮到的過(guò)程溫降準(zhǔn)確控制出站溫度。3）連鑄工序。保證中包的烘烤效果和烘烤溫度，減少因烤包問(wèn)題造成溫度的異常變化，如煤氣熱值低需提前通知精煉控制溫度，同時(shí)要適當(dāng)增加烘烤時(shí)間，絕不冒險(xiǎn)開(kāi)澆。要求中包烘烤結(jié)束時(shí)間（停火時(shí)間）的溫度控制在1150~1200℃，正常中包烘烤時(shí)間控制在3.5~4.0h；規(guī)范中包測(cè)溫操作，發(fā)現(xiàn)測(cè)溫有問(wèn)題盡快補(bǔ)測(cè)；如果測(cè)溫槍有問(wèn)題及時(shí)找自動(dòng)化校槍?zhuān)ＷC反饋給精煉的溫度準(zhǔn)確性。

5轉(zhuǎn)變生產(chǎn)組織模式

5.1改善轉(zhuǎn)爐工序提供精煉工序的鋼水條件精煉工序在技術(shù)上是鐵水脫硫預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐—精煉—連鑄的中心環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了100％的精煉率，煉鋼廠的煉鋼節(jié)奏、成本、質(zhì)量控制的重心由過(guò)去的轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)移到了現(xiàn)在的精煉工序。轉(zhuǎn)爐工序提供精煉工序的最佳鋼水條件是煉鋼企業(yè)科學(xué)探索的課題，不同的供鋼條件產(chǎn)生的煉鋼成本不同。以煉鋼“全成本”的理念科學(xué)調(diào)配轉(zhuǎn)爐工序、精煉工序的冶煉鋼水任務(wù)，保證各工序工藝條件的前提下的最低煉鋼成本。

5.2縮短整個(gè)工序過(guò)程蹲鋼時(shí)間LF精煉是轉(zhuǎn)爐與連鑄的中間工序，擔(dān)負(fù)著給連鑄機(jī)提供合格的鋼水溫度的任務(wù)。同一連鑄機(jī)同一鋼種需要精煉出站溫度的范圍是一定的，如果鋼水蹲鋼時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，過(guò)程溫降增大，精煉工序給電升溫時(shí)間延長(zhǎng)，電耗增加。圖2為2018年某月LF精煉各組噸鋼電耗、有效進(jìn)站溫度與蹲鋼時(shí)間的關(guān)系圖為便于作圖進(jìn)站溫度值為實(shí)際值減去1550℃），

5.3制訂目標(biāo)及措施1）逐步將轉(zhuǎn)爐出鋼完畢至精煉開(kāi)始冶煉的蹲鋼時(shí)間控制在18min以?xún)?nèi)。2）錯(cuò)開(kāi)三座轉(zhuǎn)爐的出鋼時(shí)間，防止集中用車(chē)為L(zhǎng)F精煉進(jìn)站。3）科學(xué)調(diào)配轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄的對(duì)應(yīng)供鋼路徑。4）精煉鋼水澆余回收率95%以上。5）建立煉鋼全流程合理的溫度制度，做到溫度與時(shí)間的有機(jī)統(tǒng)一，根據(jù)煉鋼-連鑄鋼水溫降的規(guī)律，制定出合理的溫度制度，提高煉鋼-連鑄工序溫度（尤其備用包、隔爐包鋼水溫度）現(xiàn)場(chǎng)控制水平，確保連鑄的穩(wěn)定拉速，實(shí)現(xiàn)了低成本煉鋼。

參考文獻(xiàn)

[1]魏建新.降低煉鋼系統(tǒng)能源消耗的實(shí)踐[J].冶金能源，2003（5）：76.

作者：韓志顏 單位：河鋼樂(lè)亭鋼鐵有限公司