联合特钢120 t转炉工序能效提升实践

崔 猛，许卫军

（天津市新天钢联合特钢有限公司，天津 301500）

1 前 言

我国是世界最大的钢铁生产国，但资源与能源相对匮乏，钢铁行业从粗犷型高产模式，亟须转变为低成本、低能耗、高效率的生产模式，提高低碳生产能力迫在眉睫。转炉工序是钢铁生产过程中的关键环节之一，其能效的提升不仅降低能源消耗和环境污染，还能提高经济效益，因此降低转炉工序能耗对保证钢铁工业健康发展具有重要意义［1-2］。2022年发布的《钢铁行业节能降碳改造升级实施指南》中指出，转炉工序能效标杆水平为-30 kgce/t，为钢铁行业低碳发展提供重要指引。

天津市新天钢联合特钢有限公司炼钢厂（简称联合特钢炼钢厂）配套3座120 t转炉，2019年转炉工序综合能耗为-21.3 kgce/t，离能效标杆水平有一定差距。为此，联合特钢炼钢厂对转炉工序能效进行深入分析和研究，对转炉高废钢比冶炼、高效冶炼、煤气回收等技术进行综合改进，提高了工序能效。

2 转炉能效分析

2.1 转炉工序能耗构成

转炉工序能耗计算公式为：

式中：Ezl为转炉工序能耗，kgce／t；Ezlz为转炉工序消耗能源介质折合为标准煤总量，kg；Ezlh为转炉工序回收能源折合标准煤总量，kg；Pzl为转炉工序合格钢产量，t。

2.2 生产效率对炼钢工序能耗的影响

转炉生产效率提高后，可以有效降低炼钢工序各类介质的平均消耗，炼钢流程的热效率提高，各环节的能源损耗大幅降低［3］。对国内部分冶金企业转炉年产量进行统计表明，当转炉生产效率＞0.7 万t/（t·a）时，炼钢流程可以实现负能炼钢［4］。

2.3 铁钢比对转炉能效影响

2022年中钢协会员单位能耗数据显示，高炉炼铁工序的平均能耗为387.91 kgce，约占长流程钢铁企业全流程能耗的70%。废钢是绿色铁素资源，转炉采用大废钢比可有效降低碳排放，还可降低氧气消耗，减少SO2的排放，减少炼钢对环境的污染，转炉炼钢过程高废钢比，负能炼钢水平将进一步提高，整个钢铁流程的能耗也将降低。通过统计联合特钢吨钢综合能耗和铁钢比控制关系，铁钢比升高时，炼钢综合能耗升高明显。

2.4 煤气回收对能效的影响

转炉工序消耗大量的水、电、气能源介质，回收二次能源为转炉煤气和蒸汽，其中转炉煤气回收所占比例较大。提高转炉煤气的回收能力，可降低炼钢成本，降低污染物排放，高效回收转炉煤气可以有效提升转炉工序能效。

3 提高转炉工序能效措施

为了实现转炉高能效生产，联合特钢炼钢厂针对影响转炉能效的主要因素，从提高转炉生产效率、提高废钢比以及提高煤气回收3个方面采取了系列措施。

3.1 转炉高效生产技术

3.1.1 氧枪吹炼工艺改进

联合特钢炼钢厂主要采用低铁耗生产模式，通过分析转炉低铁耗入炉物料结构和主要成分特点，开发转炉大流量供氧分阶段耦合技术，以提高氧气吹炼利用率，降低转炉氧气吨钢消耗。

氧枪常规开吹枪位1.6～2.0 m，由于采用低铁耗冶炼，前期加入大量废钢，熔池内液面较高，需要调整转炉吹炼工艺参数，氧枪的开吹枪位设定在4 m，可实现更好的废钢前期熔化；进入硅锰反应期，适当降枪升温；吹炼中期“返干”时可小幅提高枪位，过程中根据碳氧反应强度及炉口火焰状况，选取合适的氧枪操作模式；终点前，将氧枪降到1.0～1.2 m，枪位按照“高低高低”模式，吹炼全程较为平稳，喷溅率大幅降低［5］。枪位与吹炼时间控制见图1。

图1 枪位与吹炼时间控制

3.1.2 氧枪铜头参数调整

高废钢比模式下，为缩短转炉供氧时间，对氧枪及供氧系统进行研究与开发，保持有效冲击深度的同时，促进转炉快速成渣。联合特钢炼钢厂120 t转炉采用新设计氧枪，新氧枪将喷孔中心线与氧枪轴线的夹角由12.5°调整至12°。根据水模与数模实验结果，确立转炉炼钢氧枪合理参数：实际流量25 000～28 000 m3/h 时，熔池获得较好的搅拌能，混匀时间最短；实际枪位1 388～1 808 mm 时，熔池搅拌能力较好，混匀时间短；实际枪位1 488～1 648 mm时可得到较好的液面扰动效果。

新氧枪铜头相关技术参数在高废钢比模式下的操作更加合理，加之新氧枪氧气流量增加，搅拌强度加大，冶炼效果好。工艺优化后新氧枪供氧强度吨钢达到4 m3/min（优化前为3.5 m3/min），供氧时间11 min/炉（优化前13 min/炉）。

3.1.3 转炉出钢系统效率提升

转炉出钢时间是影响转炉节奏一个关键环节。减少出钢时间，可以有效提高转炉吹炼节奏。联合特钢炼钢厂原使用的出钢口内孔通径为180 mm，出钢时间4～7 min，通过采用锥形出钢口，均匀钢水流速，出钢孔外侧湍流明显减小，出钢口孔径提高至220 mm，大幅降低了出钢时间。在出钢过程，通过炉口向转炉渣面分散性加入除尘钢泥作为冷却压渣料，主要组分为：TFe 为48%～55%，SiO2为4%～6%，CaO 为10%～15%，MgO 为3%～5%，MnO为1%～2%，Zn＜0.03%，S＜0.15%，H2O＜8%～12%，起到冷却压渣作用，减少了出钢过程的炉口溢渣。出钢时间缩短为3～5 min，提高了转炉效率，出钢温度损失减小。

3.1.4 提高过LF处理占比

采用全程过精炼生产模式，利用精炼作为转炉与连铸的缓冲，精炼比不低于95%，减轻转炉出钢压力，钢水成分和温度在满足基本要求的情况下即可出钢，提升转炉高效出钢的稳定性，供连铸钢水合格率高达99%以上。

3.2 转炉高废钢比工艺创新

联合特钢作为一家长流程钢铁生产企业，积极开发全流程高废钢比技术，用最少的铁生产最多的钢，降低能源消耗和碳排放，将长流程炼钢废钢比提到35%以上。

3.2.1 钢包加盖减少流程热损失

采用钢包加盖工艺，减少钢水向环境的散热，转炉出钢至浇铸过程的钢水温降进一步降低，出钢温度降低5～10 ℃，节约精炼环节的电力消耗。

3.2.2 生产组织优化

加强铁包、钢包跟踪管理与实际生产相结合，减少热损失。主要措施：

（1）确保转炉炉后温度在1 560 ℃以上，转炉根据铁水条件及时调整废钢加入量和废钢种类配比，优化生产节奏，达到稳产高产。转炉出钢后温度达到1 580 ℃以上时，在炉后加入1～2 t 废钢小料或者铁块，以达到增加钢水量的目的，降低钢铁料消耗，提高金属收得率。（2）钢水进精炼站后，根据钢水进站温度、供钢节奏、连铸的拉速周期确定精炼给电时间和加入废钢小料的量，以达到合理的供钢时机和足够的钢液软吹时间。（3）转炉冶炼周期按22 min，每座连铸机的拉速周期按平均28 min 计算，在三转炉三精炼四连铸机的生产情况下，严控最大在线钢包数为15个。

3.2.3 转炉炉后废钢预热

为降低废钢降温幅度，采用炉外废钢预热模式，把废钢预热后再加入钢包或精炼炉中［6］。废钢预热系统布置在转炉后，合金、废钢预热量每炉3～5 t，预热15～20 min，预热废钢温度接近800 ℃。

3.3 转炉煤气高效回收与利用

3.3.1 转炉煤气回收

对影响转炉煤气回收的因素进行分析，确定影响煤气回收的关键因素，调整转炉操作、优化喉口设定、改进回收条件、炉口微差压控制、加强操作以及设备管理等措施，使煤气回收量由110 m3/t 提高到170 m3/t以上，实现转炉煤气零放散。

3.3.2 钢包烘烤器节能改造

钢包经过煤气烘烤后才能够使用，普通烘烤器排出烟气温度在800 ℃以上，热量损失占燃料总热量的50%～70%，联合特钢炼钢厂通过对烘烤器节能改造，将空气预热到接近1 000 ℃，而排出烟气温度可低于150 ℃。结合钢包烘烤温度，通过合理控制烘烤器空气与燃气比例，将钢包烘烤温度、煤气用量控制在合理区间，节省煤气840 万m3/a，提高了设备热效率，减少了对大气的温室气体排放。

4 结 语

联合特钢炼钢厂120 t 转炉通过提高生产效率、减少铁水消耗、增加煤气回收，平均冶炼周期由35 min 降低至22 min，转炉全炉役平均铁钢比达到720 kg/t以下，实现了转炉煤气资源高效回收利用，转炉工序能耗达到-30 kgce/t 以下，经济和社会效益显著，经天津市发改委认定，转炉工序能效“优于标杆水平”，该项技术对实现行业的高质量发展，具有良好的借鉴意义。