word 转炉生产效率对炼钢工序能耗的影响

1、转炉生产效率对炼钢工序能耗的影响?38?钢铁技术2011年第3期?节能环保?转炉生产效率对炼钢工序能耗的影响侯祥松?贾艳艳,(1,中冶赛迪工程技术股份有限公司动力设计部,重庆4000132,重庆赛迪冶炼装备系统集成工程技术研究中心有限公司,重庆401122)【摘要】降低转炉工序能耗,实现负能炼钢是钢铁工业节能减排的重要工作,本文研究了转炉生产效率对炼钢工序能耗的影响.研究表明,当转炉生产效率达到0.7万吨/公称吨.年以上时,可以实现负能炼钢.转炉生产效率的提高可以降低吨钢电耗,氧气氮气的消耗,并且有利于余热蒸汽的回收,因此,转炉生产效率的提高有利于转炉工序能耗水平的降低.【关键词】转炉生产效率

2、工序能耗转炉煤气蒸汽我国是世界最大的产钢国,同时也是资源,能源相对匮乏的国家,实施节能减排是保证我国钢铁工业实现可持续发展的关键.我国转炉钢比例超过90%,因此,推广转炉”负能炼钢”技术对炼钢实现节能减排目标,保证钢铁工业健康发展具有重要意义”.2010年,我国重点企业转炉工序能耗为一0.16kgce/t,比2009年下降2.79kgce/t,重点企业平均水平实现了”负能炼钢”.本文主要分析转炉生产效率对炼钢工序能耗的影响.为了分析和比较的方便,本文所指的炼钢工序能耗均特指转炉炼钢工序能耗,不包括铁水脱硫,精炼和连铸等工序的能耗.1转炉炼钢能耗的主要影响因素转炉炼钢生产中消耗的能源介质主要有电

3、能和各种燃气,此外,转炉炼钢过程中使用的冷却水,氧气,氮气,氩气和压缩空气也是能量的载体,冷却水,氧气,氮气,氩气和压缩空气的消耗也是能耗的一种体现方式.转炉炼钢的过程中,通过转炉煤气和余热蒸汽的回收,可以回收一部分能量.负能炼钢的含义是指炼钢过程中回收的能量(转炉煤气和蒸汽)大于炼钢过程中实际消耗的能量.某钢铁企业转炉炼钢过程中能耗情况如表1所示.表l中各种介质的能耗可以利用能量桥表示,如图1.表1转炉炼钢能耗情况转炉电力清水软水氮气氧气氩气回收回收煤气转炉蒸汽消耗煤气图1转炉炼钢流程的能量桥由图l可知,转炉炼钢生产过程中,对整个工序能耗影响最大的因素为转炉炼钢过程中的电耗,2011年第3期

4、钢铁技术?39?氮气和氧气的消耗,转炉煤气的回收与消耗以及蒸汽的同收量,因此研究转炉生产效率对炼钢工序能耗的影响,需要分析转炉生产效率对上述4个因素的影响.2转炉生产效率对炼钢工序能耗的影响转炉生产效率指的是炼钢生产能力的发挥程度,转炉生产效率与转炉炼钢的设备,所炼的钢种,铁水条件,物流调度,操作水平等冈素有关,可以片j单位时间t内单位公称容积的炼钢量来表不op-q.t本文以单位公称容积每年炼的万吨钢量来表示转炉生产效率,故其单位为万吨/公称吨.年.转炉炼钢的生产周期to由必要时间t和非必要时间t2两部分组成,其中必要时间t.包括炼钢生产必要的吹氧期和倒铁水,出钢等工序所需要的必要时问之合;而

5、非必要时间主要是由于铁水调度,等待,返i:等原因引起的时间延长.to=i+t2(2)针对某一个钢铁企业,当冶炼的钢种,铁水成分稳定时,必要时间t是确定的,转炉生产效率的高低主要与非必要时间t2有关,转炉生产效率越高,必要时间t2越短.为了研究转炉生产效率对炼钢工序能耗的影响,对国内21家钢铁企业转炉年产量进行了统计,这些企业的转炉公称容积涵盖了60250t,转炉生产效率为0.21.63万吨/公称吨.年.统计结果如图2所示.一驿8bd世h罹蠖-i!一?,0o04012162d产效埤(万/公称屯?年)图2炼钢工序能耗与转炉生产效率的关系图2表明,炼钢工序平均能耗随着生产效率的提高而.卜降.当转炉生

6、产效率低于0.7万吨/公称吨.年时,炼钢1序平均能耗大于零,不能实现负能炼钢;当转炉生产效率高于0.7万吨/公称n屯.年时,炼钢工序平均能耗小于零,可以实现负能炼钢.在图2中,由于各个企业的转炉设备状况,冶炼钢种,操作水平,管理水平等均有差异,统计得到的转炉工序能耗差异较人,统计结果比较分散.不同企业,相同公称容积,相似转炉生产效率对应的炼钢工序能耗差异达可达15kgce,说明日前我国转炉炼钢工序的能量回收水平差异较大,对于能量回收水平较低的企业,通过提高操作水平和能源管理水平,降低炼钢工序能耗的潜力还较大.为了进一步分析转炉生产效率对炼钢工序能耗的影响规律,并排除操作水平,设备配置等因素的影

7、响,对某企业2010年下半年的生产和能耗情况进行了分析.调研的炼钢分厂装备了公称容积为60t的转炉,生产节奏非常紧凑,月平均生产效率在1.471.78万吨/公称吨.年之间.该企业转炉煤气匣】收量和余热蒸汽同收量均由车间统一计量,由于煤气柜柜容满拒收的转炉煤气量通过计算进行了修正.在调研期间,该企业设备情况稳定,术进行停炉大修.铁水情况和冶炼钢种也未发生较人变化,主要是由于市场原因调整了多个炼钢分厂的作业率.在调研期间,转炉工序能耗与生产效率的关系如图3所示.生产效率(万吨/公称吨?年)图360t转炉炼钢工序能耗与生产效率的关系该企业转炉为公称容积等于60t的小转炉,转炉炼钢工序的能量回收水平从

8、整体上讲不高,转炉煤气,蒸汽的回收水平均低于行业内平均值,转炉工序能耗维持在一0.68一2.92kgce之间.在调?40?钢铁技术2011年第3期研期间,转炉工序能耗随着生产效率的下降而降低3转炉生产效率影响的分析为了进一步分析转炉生产效率对炼钢工序能耗的影响规律,分别分析了转炉炼钢过程中的电耗,氮气和氧气的消耗,转炉煤气的回收与消耗以及蒸汽的回收量四个因素随着转炉生产效率的变化趋势.3.1转炉生产效率对电耗的影响转炉生产效率对电耗的影响如图4所示,其中,转炉炼钢工序的电耗主要为泵与风机的电耗.生产效率(万屯,公称吨?年)图4转炉生产效率对电耗的影响如图4所示,转炉生产效率对电耗的影响较大.这

9、主要是由于电炉的除尘风机,冷却水循环泵等设备在非必要时间需保持运行,而生产效率较低往往导致转炉非必要时间的延长,在非必要时间t2的电耗增加,故吨钢电耗增加.除尘风机安装变频器后可以根据炼钢工序的进度调节电机功率,非必要时间t2的电耗可以通过增加变频器而降低.变频器的节能效益与非必要时间如有关,故调研钢铁企业的生产效率,可以为是否安装变频器提供设计依据.3.2转炉生产效率对氮气氧气消耗的影响在炼钢生产中,氧气是铁水脱碳反应的氧化剂,氮气则主要用于搅拌和密封等.由于氮气和氧气用户通常和氧枪动作连锁,故氮气和氧气的消耗与非必要时间t2关系不大.图5表示了转炉生产效率与氮气,氧气消耗的关系.由图5可知

10、,转炉生产效率的提高,特别是吹氧脱碳效率的提高,可以加快冶炼进度,即0z与铁水中反应的效率提高,降低了未反应的0与转炉煤气中的c0反应,氮气,氧气的消耗减少.其中氧气消耗量随着转炉生产效率提高而减少的趋势较氮气更加明显./器基蚓耀z0图5转炉生产效率对氮气氧气消耗的影响3.3转炉生产效率对转炉煤气回收的影响由图1可知,转炉煤气回收的量在整个转炉炼钢工序能耗中占的份额最大,转炉煤气回收量的高低对转炉炼钢工序的能耗有决定性的影响.影响转炉煤气回收量的因素很多,主要与操作制度,回收标准,转炉煤气柜运行情况等有关.在操作制度中,吹氧时是否降罩对转炉煤气回收量的影响很大.转炉煤气回收的标准对转炉煤气回收

11、量的影响也很大,目前,钢铁企业一般根据转炉煤气中c0和0z的含量确定是否回收,各企业回收标准的差异,对转炉煤气的回收量和转炉煤气的热值有影响.图6表示了不同转炉生产效率对应的转炉煤气回收量.器g咖匣生产效率(万吨,公称吨?年)图6转炉生产效率对转炉煤气回收量的影响2011年第3期钢铁技术?41?图6表明,随着转炉生产效率的提高,转炉煤气回收量略有降低,但降低的趋势不明显,说明转炉生产效率对转炉煤气同收量的影响,对整个工序能耗降低的贡献较小,而且是负的.转炉煤气中的有效成分为c0,是铁水中的c与氧气反应生成的.按照理论计算,可回收的c0的量应该与吹氧量成正比,但是与图5中转炉生产效率与氧气消耗量

12、的关系相比,转炉煤气回收量的变化趋势要平缓得多.这主要是冈为,当转炉生产效率低,生产不紧凑时,吹氧期之问的时间间隔被拉长,使得转炉煤气回收系统中抽空气时间更长,在转炉烟道中积聚了更多的空气,而这些空气会将吹氧期初期产生的c0氧化成c0,使转炉煤气成分要更晚才能达到回收标准,造成转炉煤气回收时间短,抵消了吹氧量增加对c0生产量的影响.3.4转炉生产效率对蒸汽回收的影响转炉炼钢期间,通过转炉煤气汽化冷却系统回收蒸汽是回收能量的重要组成部分,图7表示了转炉生产效率对蒸汽回收量的影响.生,效率(万吨/公称屯?年)图7转炉生产效率对蒸汽回收量的影响由图7可知,蒸汽同收量随着生产效率的提高而增加,转炉生产

13、效率的提高促进了余热蒸汽的回收.转炉的吹炼1:序是间断进行的,只有吹氧期才会产生高温的转炉煤气,而在不吹氧时,余热锅炉内主要吸入冷空气.吸入冷空气的时间等于必要时间t中的非吹氧时间和非必要时间t2之和.转炉生产效率低时非必要时问t2长,余热锅炉系统在非吹氧期被冷却,造成蒸汽回收量降低.需要说明的是,上述讨论中,未考虑转炉生产效率对铁水/钢水温度的影响,转炉工序节奏紧凑可以缩短铁水罐和钢包的停留时间,散热量降低,可以减少为提高钢水温度而进行的操作,也对整个工序能耗的降低有利.4结论与建议综上所述,通过分析,可以得到如下结论:1)转炉生产效率是影响转炉炼钢工序能耗的重要因素,统计结果表明,当转炉生产效率达到0.7万吨/公称吨.年以上,可以实现负能炼钢;2)转炉生产效率的提高可以降低吨钢电耗,氧气氮气的消耗,并且有利于余热蒸汽的回收,这三点是引起转炉工序能耗随着转炉生产效率提高而降低的主要原因;3)提高转炉生产效率是提升转炉工序能量回收水平的重要措施,因此需要研究转炉炼钢车间的物流平衡和调度技术.参考文