转炉热平衡与节能降耗.doc

转炉热平衡与节能降耗 马彦珍 　　摘　要　文中给出了包钢转炉物料平衡、热平衡及主要技术经济指标结果,并根据这些测定结果剖析了转炉设备结构、吹炼操作、工艺流程与生产管理存在问题,提出了节能措施,对包钢转炉工序实现“零能、负能炼钢”具有实用价值。 　　关键词　转炉　热平衡　炼钢　节能 Heat Balance and Energy Saving Consumption Reduction of Converter Ma Yanzhen (Baotou Iron & Steel Corp.) 　　Abstract　This paper provides material balance, heat balance and some major economic and technological indexes of converter in Baotou Iron & Steel Corporation.According to these results, the problems occuring in converter structure, blowing operation, production process and management are also analyzed. Finally, it puts forward that the measures of energy saving will be of practical value to realiza zero-energy and minus-energy consumption steelmaking process in Baotuo Iron & Steel Corporation. 　　Keywords　converter　heat balance　steelmaking　energy saving 1　前　言 　　包钢于1994年改造了原50t转炉,相继建成了5台新型的80t顶吹氧气转炉。目前转炉年产量可达290万t,1997年工序能耗为27.6kgce/t钢。包钢在十大钢铁企业转炉能耗居第六位,排在宝钢、武钢、本钢、攀钢、鞍钢之后,趋于下游水平,同先进的宝钢工序能耗对比,相差38.1kgce/t钢。由此可见,还有潜力可挖,需增加技术投入,进一步降低转炉工序能耗。 　　转炉工序用能主要由三部分构成,其中:氧气消耗占总能耗59.02%,电能消耗占21.85%,压缩空气和氮气消耗占12.41%,其余水、煤气、蒸汽、氩气消耗占6.72%。转炉应用汽化冷却器回收蒸汽能量约8.9kgce/t钢。 　　为进一步了解转炉能源利用水平,合理评价转炉用能状况,包钢于1997年6月对炼钢厂2号80t转炉进行了热平衡测试,确定了转炉物料收入及支出、热收入及支出、热效率等项技术经济指标,具体测定结果见物料平衡表1、热平衡表2、主要技术经济指标表3。下面根据测定技术数据进行分析,指出存在问题,提出改进建议,探索转炉工序节能途径。 表1　物料平衡表 收　　　入 符　号 项　目 数　　量 kg.t-1 % G1 铁水重量 956.96 74.9 G2 铁水带渣重量 8.07 0.6 G3 废钢重量 118.37 9.4 G4 石灰重量 57.36 4.5 G5 白云石重量 6.03 0.4 G6 氧化铁皮重量 6.21 0.5 G7 萤石重量 5.72 0.4 G8 铁合金重量 7.17 0.6 G9 入炉氧重量 67.72 5.3 G10 吸入空气重量 41.96 3.3 G11 炉衬侵蚀重量 1.28 0.1 ΣG 合　计 1276.85 100.0 支　　　出 符　号 项　目 数　　量 kg.t-1 % G′1 出炉钢水重量 1000.00 78.3 G′2 终渣含钢重量 2.99 0.2 G′3 出炉钢渣重量 120.68 9.4 G′4 出炉炉尘重量 17.38 1.4 G′5 出炉炉气重量 142.73 11.2 ΔG 差　值 -6.93 0.5 ΣG 合　计 1276.85 100.0 表2　热平衡表 收　　　入 符　号 项　目 热　　量 103kJ.t-1 % Q1 铁水带入的物理热量 1313.96 58.24 Q2 铁渣带入的物理热量 11.80 0.52 Q3 元素氧化放出热量 886.01 39.28 Q4 成渣反应热量 42.39 1.88 Q5 炉衬烧损带入的物理热量 1.87 0.08 ΣQ 合　计 2256.03 100.00 支　　　出 符　号 项　目 热　　量 103kJ.t-1 % Q′1 钢水带出的物理热量 1516.89 67.24 Q′2 终渣含钢珠带出的物理热量 4.54 0.20 Q′3 钢渣带出的物理热量 255.18 11.31 Q′4 物料分解反应吸热量 56.90 2.52 Q′5 炉气带出的物理热量 220.66 9.78 Q′6 冷却水的吸热量 38.71 1.72 Q′7 炉尘带出的热量 25.36 1.12 Q′8 炉体表面散热量 22.95 1.02 Q′9 炉口辐射损失的热量 31.76 1.41 ΔQ′ 差　值 83.08 3.68 ΣQ′ 合　计 2256.03 100.00 表3　主要技术经济指标　 指　标 符号或算式 数　值 单位氧耗/m3.t-1 V9=G9/1.429 47.39 单位铁水耗量/kg.t-1 G1 956.96 单位废钢铁耗量/kg.t-1 G3 18.37 单位钢铁料耗量/kg.t-1 G1+G3 1075.33 废钢比/% G3×100/(G1+G3) 11.01 2　存在问题与改进措施 　　本次测试2号80t转炉主要技术经济指标为:热效率27.58%,吨钢氧耗47.39m3,吨钢铁水耗量956.96kg,吨钢废钢耗量118.37kg,吨钢钢铁料耗量1075.33kg,废钢比11.01%。通过热平衡测定计算和分析,从设备、操作工艺、原材料和生产组织管理等方面提出节能的途径和方向。 2.1　降低铁钢比,提高废钢比 　　本次测试铁钢比0.957,废钢比11.01%、钢铁料消耗1075.33kg/t钢、吹损率7.01%。铁钢比的大小,决定着冶金企业能耗的高低。在炼钢生产中,铁钢比每增加或减少10kg铁/t钢,其可比能耗将升高或者下降7.0～8.5kgce/t钢。目前我国吨钢能耗比国外高的主要原因就是铁钢比高。1989年我国的铁钢比为0.953,而世界上大部分国家铁钢比是0.7左右。 　　根据理论计算,在通常的原料条件和工艺操作情况下,氧气转炉炼钢的铁钢比可下降到0.75～0.80。若改进工艺、完善操作、采用新技术如:进行脱硫、脱磷的铁水预处理,再进行炉后钢水精炼以及炉内的CO的二次燃烧、废钢预热和向炉内增加热源等措施,炼钢的铁钢比就可以下降。降低铁钢比,提高废钢比的条件是:需要增加炉膛热量,减少热损失,以便有更多的剩余热量用于熔化废钢。废钢的能值仅为0.2MJ/kg,而铁水为23.8MJ/kg,所以提高废钢比是转炉节能的重要途径。提高废钢比可以通过以下方法来达到: 　　(1)二次燃烧氧枪:这种氧枪的下部与一般氧枪一样,不同之处是在距端头1000～2000mm处有数个小吹氧孔,此孔为副喷孔,它和垂线夹角是30～45°,与主喷孔采用两套供氧系统,以分别调节氧气的压力与流量。主喷孔的氧主要用于钢的冶炼。副喷孔的氧用于燃烧炉气中的CO,以增加炉膛的热量,同时能促进化渣。二次燃烧氧枪废钢比可提高4%～5%。 　　(2)加入固体含碳材料:转炉加固体含 碳材料是简单最有效地降低铁水消耗提高废钢比措施。常用的含碳材料有无烟煤、碎焦粒、贫煤等。最有效的方法是把煤和废钢一起压块,这样每加1kg煤,可多加4.7～5.0kg废钢,废钢比可提高6%～7%。加入固体含碳材料使铁水用量减少,煤气回收量增加,都可降低能耗。 　　(3)炉外预热废钢:炉外预热废钢的方法是在铁水罐中进行,铁水罐可以自动开启或关闭,在铁水罐盖上安装氧—燃烧嘴加热,通过调整燃料和氧气的比例,达到控制还原气氛的目的,当废钢达到一定温度后兑入铁水,再装入转炉。采用这种措施可使转炉多吃废钢20～30kg/t钢。 　　(4)提高废钢比最有前途的措施是使用氧燃喷枪、氧气—煤粉、氧气—天然气、氧气—煤气和氧气—焦炭的吹炼方法,这些办法能保证30%～100%的废钢正常吹炼。 2.2　提高原材料技术指标,降低辅助材料消耗 　　降低辅助材料的消耗,即降低载能体的非能源物质的消耗,也就是要降低炼钢生产的间接能耗。为了降低辅助原材料的消耗,必须提高其质量,即纯度要高,杂质含量要少,特别是有害元素含量要低,包钢所用原材料达不到设计标准。节约原材料,能够提高金属收得率,减少渣量,起到节能效果。 　　(1)主要造渣材料达不到设计标准:经化验活性石灰CaO含量62.25%,标准大于90%,相差27.75%;SiO2含量3.4%,标准小于0.5%;活性度172.5mL,标准大于350mL。轻烧白云石SiO2为7.22%,标准小于2.0%。包钢所用活性石灰为等外品,实测石灰耗量57.36kg/t钢,占铁水用量5.99%,一般石灰占铁水量6%～10%,吨钢石灰耗量趋于下限。活性石灰、轻烧白云石中SiO2每升高1%,将消耗2%～3%的CaO,因此造渣材料中SiO2含量增加,将使石灰消耗量增加,从而渣量增大,能耗升高,金属收得率下降。由于氧气转炉冶炼时间短,石灰必须很快溶解成渣,所以要求石灰具有较高的活性度。石灰在炉渣中与其它物质的反应耗量大于310mL才为活性石灰,从抽样化验结果看,有时达不到要求。采用优质石灰,可以缩短冶炼时间,提高炉龄,降低消耗,提高钢质量和节约能源。 　　(2)造渣溶剂达不到设计标准:萤石中CaF2含量29.75%,标准大于85%,远远达不到主成分要求。炼钢加入萤石作用是帮助石灰快速溶解,改善炉渣流动性,提高炉渣反应能力。经计算,在保证炉渣性能和正常吹炼前提下,每吨钢少用1kg萤石,可降低钢铁料消耗0.5kg,降低了能耗1.3kgce，降低成本0.3元。因此应选用CaF2含量大于85%优质萤石。 　　(3)铁合金和增碳剂达不到设计标准:铁合金和增碳剂能值都很高,价格也很昂贵,所以要特别注意节约。铁合金、增碳剂是炼钢生产必不可少的辅助原材料。实测分析:硅铁含硅71.56%,标准大于72%;锰铁含锰64.4%,标准大于65%,锰铁含磷0.412%,标准不大于0.4%;硅铝铁含铝36.13%,标准大于45%;焦炭灰份22.65%,标准不大于14%,焦炭固定碳75.84%,标准大于80%;主要成分达不到要求。降低铁合金的途径是:提高收得率,采用低能值的铁合金代替高能值铁合金,如用45号、65号代替75号硅铁等。 2.3　改进氧气转炉操作 2.3.1　改进生产组织管理,缩短冶炼时间 　　(1)缩短待钢时间:氧气转炉炼钢是由多操作工序组成的,每个工序中的操作时间都是固定的。因此各工序操作必须妥善安排,能交叉作业的尽可能交叉作业,以求得原料到产品消耗的时间最短,提高炼钢生产率。实测第一炉冶炼时间为35.67min,第二炉冶炼时间48.57min,第二炉比第一炉多用12.50min。第二炉冶炼时间长是由于等罐8min,第二炉比设计冶炼周期多6.57min。等罐8min造成热损失17.79MJ/t钢。在转炉生产中,加快生产节奏,缩短不必要的等待时间,可以改善转炉的经济指标。 　　(2)加强调度管