1轉(zhuǎn)爐煉鋼工序能耗實現(xiàn)負(fù)值——負(fù)能煉鋼
     在轉(zhuǎn)爐內(nèi),把鐵水煉成鋼的過程,主要是降碳、升溫、脫磷、脫硫以及脫氧和合金化等高溫物理化學(xué)反應(yīng)過程,其工藝操作是控制供氧、造渣、溫度及加入合金料等,以獲得所要求的鋼液并澆鑄成鋼錠或連鑄坯。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法的特點之一是不需要外來熱源,根據(jù)物料和熱平衡計算:以鐵水的物理熱和化學(xué)熱為主要熱收入,抵消金屬和爐渣的含熱量以及各項熱損失外,還有剩余熱量。因此常將廢鋼、鐵礦石和石灰石等作為冷卻劑加入爐內(nèi)以平衡熱量防止?fàn)t溫過高。
     1.1煉鋼過程的能量消耗
     煉鋼過程需要有足夠的能量輸入才能完成,通常要消耗電力、氧氣、燃?xì)狻⒍栊詺怏w、虛縮空氣以及水、蒸汽等。以寶鋼一期工程為例,詳見表1。
     1.2煉鋼過程能量的釋放
     在吹煉過程中,碳氧反應(yīng)是冶煉過程始終存在的一個重要反應(yīng),反應(yīng)的生成物主要是C0氣體(濃度約為85%~90%),但也有少量碳與氧直接作用生成CO2,其化學(xué)反應(yīng)式為
     2C+O2→2CO↑
     2C+2O2→2CO2↑
     2CO+O2→2CO2↑
     在冶煉過程中爐內(nèi)處于高溫,碳氧反應(yīng)形成的CO氣體也稱轉(zhuǎn)爐煤氣,溫度約在1600℃。此時高溫轉(zhuǎn)爐煤氣的能量約為1GJ/t,其中煤氣顯熱能約占1/5,其余4/5為潛能(燃燒時轉(zhuǎn)化為熱能,不燃燒時為化學(xué)能),這就是轉(zhuǎn)爐冶煉過程中釋放出的主要能量。因此,轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用是煉鋼節(jié)能降耗的重要途徑。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過程自臺量平衡見圖1。
     1.3煉鋼工序能耗實現(xiàn)負(fù)值分析
     煉鋼工序能耗是按生產(chǎn)出每噸合格產(chǎn)品(鋼錠或連鑄坯)所用的各種能量之和扣除相應(yīng)回收的能量(標(biāo)煤)進(jìn)行計算的。
     消耗能量>回收能量時,耗能為正值
     消耗能量-回收能量=0時(稱“零”能煉鋼)
     消耗能量<回收能量時,耗能為負(fù)值(稱“負(fù)”能煉鋼)
     1.4實現(xiàn)負(fù)能煉鋼是可能的
     轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中釋放出的能量是以高溫煤氣為載體,若以熱能加以度量分析,具體表現(xiàn)為潛熱占83.6%,顯熱占16.4%,詳見圖3。顯然,煤氣所擁有的能量占總熱量中的絕大部分。從圖2中也可看出回收煤氣對降低煉鋼工序能耗所起的作用。因此,要做到負(fù)能煉鋼必須回收煤氣,而且應(yīng)盡可能提高回收煤氣的數(shù)量和質(zhì)量。
     寶鋼一期工程工序能耗計算的回收部分見表2。寶鋼一期設(shè)計年產(chǎn)鋼水318萬t,鑄成錠為312萬t,鐵鋼比為1,結(jié)合表1、表2,寶鋼一期工序能耗設(shè)計值為
     (8.790-6.822)÷312=6kg/t
     1988年寶鋼煉鋼實際工序能耗為3.26kg/t,其能源消耗和回收部分各項所占比例如圖2。
     寶鋼于1989年科學(xué)地應(yīng)用了目標(biāo)管理以及勞動技能提高等措施,噸鋼能耗下降4.31kg,使轉(zhuǎn)爐工序能耗達(dá)到-1.05kg/t,見表3,實現(xiàn)了負(fù)能煉鋼,跨入了世界先進(jìn)煉鋼技術(shù)行列。
     1.5實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼必須回收煤氣
     1.6實現(xiàn)負(fù)能煉鋼的主要技術(shù)途徑
     (1)采用新技術(shù)系統(tǒng)集成,提高煤氣回收的質(zhì)量與數(shù)量;
     (2)采用交流變頻調(diào)速新技術(shù),降低煉鋼工序大功率電機的電力消耗;
     (3)改進(jìn)煉鋼(包括連鑄等)操作水平,降低物料、燃料消耗;
     (4)提高管理水平及人員素質(zhì),保證安全、正常、穩(wěn)定生產(chǎn)。
     2國內(nèi)轉(zhuǎn)爐煤氣回收技術(shù)現(xiàn)狀及其節(jié)能巨大潛力
     2.1轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回收主要代表流程
     我國于1966年在上鋼一廠30t轉(zhuǎn)爐上首先實現(xiàn)了煤氣回收,是濕法流程,簡稱OG法,主要采用兩級文丘里型煤氣除塵器,貯氣為濕式煤氣柜,至今我國已回收煤氣的企業(yè)均為濕法流程(圖4)。此流程基建技資較低,操作運行簡單、安全,但運行費用相對較高,要附設(shè)除塵污水處理設(shè)施。
     另一種干法流程,簡稱LT法(圖5),為寶鋼三期250t轉(zhuǎn)爐引進(jìn)奧鋼聯(lián)技術(shù)建設(shè)的煤氣回收裝置。轉(zhuǎn)爐煤氣凈化采用干式靜電除塵器,貯氣為干式煤氣柜。此流程基本建設(shè)投資較高,運行費用較低,操作較為復(fù)雜,沒有污水處理設(shè)施,將與寶鋼250t轉(zhuǎn)爐同時投產(chǎn)。
     2.2我國轉(zhuǎn)爐煤氣回收技術(shù)水平與國外先進(jìn)水平的比較(見表5~6)
     1986年上鋼三廠三座30t轉(zhuǎn)爐采用較為完善的國產(chǎn)成套煤氣回收技術(shù)設(shè)備,主要包括:①線性矩形可調(diào)喉口文丘里除塵器;②可調(diào)喉口液壓伺服裝置;③爐口微差壓自動調(diào)節(jié)系統(tǒng);④快速三通切換閥;⑤大管徑文丘里型煤氣流量計;⑥煤氣回收自動控制裝置；⑦煤氣成分自動分析裝置。
     2.3回收煤氣的節(jié)能潛力巨大
     自1966年我國開始回收轉(zhuǎn)爐煤氣以來,經(jīng)歷了30年,到1996年已有20個企業(yè)回收了煤氣(表4),占應(yīng)回收煤氣企業(yè)的51%。全行業(yè)轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用率平均為51%,重點鋼鐵企業(yè)為70%,中小骨干企業(yè)僅為6%。如果目前還沒有回收煤氣的19個企業(yè)盡快增添回收設(shè)施,采用新技術(shù)裝備,初期回收先按中等水平要求,即每噸鋼回收65m3,煤氣熱值為1800×4.18kJ/m3,每年回收的煤氣折合標(biāo)煤可達(dá)34萬t。已做到低水平回收的17個企業(yè),用新技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造,把回收水平提高到較高水平,即每噸鋼回收70m3,煤氣熱值為1950×4.18kJ/m3,則每年多回收的煤氣折合標(biāo)煤可達(dá)16萬t。上述二者之和,將達(dá)到每年回收能量約40萬t,上述36個企業(yè)轉(zhuǎn)爐煉鋼工序能耗(標(biāo)煤)將平均下降9.2kg/t,節(jié)能潛力是巨大的。
     轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼是先進(jìn)煉鋼技術(shù)的重要標(biāo)志之一,是煉鋼工藝、裝備、操作以及管理諸方面先進(jìn)水平的綜合體現(xiàn),也是節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)競爭力的主要技術(shù)措施。實現(xiàn)負(fù)能煉鋼也是一項艱難的科技攻關(guān)系統(tǒng)工程,需要將許多先進(jìn)技術(shù)集成、配套,尤其離不開企業(yè)現(xiàn)代化的科學(xué)管理和生產(chǎn),必須千方百計提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收的數(shù)量與質(zhì)量。