炼钢最优工序能耗研究及实践范文

摘要：针对炼钢工序能耗运行过程中存在着工艺制度不完善、生产组织缺乏柔性的智能化调度系统以及设备问题。从设备管理、工艺管理、生产管理三个方面采取措施，对设备进行升级改造；通过对精炼炉电极智能控制系统进行升级改造提高其电热效率；LF精炼精确控温；缩短蹲钢时间并提高钢包周转率，实现炼钢工序能耗最小。

关键词：炼钢；能耗；精准控温；目标管理

近年来，国家大力倡导节能环保河钢乐亭钢铁有限公司（以下简称公司），公司也将加大能源管控力度。今后钢铁工业增产所需的能源，主要靠企业内部挖潜来解决，节能减排任务十分艰巨。1）由于使用无保温层的钢包和传统的烧嘴燃烧方式来烘烤钢包，钢包保温及蓄热效果较差，导致能耗较高。2）由于LF精炼钢水原始条件和回收浇余量不稳定，精炼钢水不回收浇余炉次给电升温时电弧电流波动很大，导致能耗较高。3）由于工艺制度不完善，钢水在转炉—LF精炼—连铸各工序的温度控制水平较低，导致能耗较高。4）公司煤气平衡后，煤气热值下降，影响钢包烘烤效果，钢包状况（尤其隔炉包、备用包）差异较大，各工序温降波动大，不利于钢包钢水温度的预测和及时采取措施，导致能耗较高。

1总体思路

从设备管理、工艺管理、生产管理三个方面采取措施如下：1）对设备进行升级改造。针对钢包保温及蓄热效果较差导致能耗较高的问题，通过对钢包增加保温层和烘烤器蓄热式改造来提高钢包的节能效率。2）针对LF精炼炉常规控制下电弧电流波动很大导致能耗较高的问题，通过对精炼炉电极智能控制系统进行升级改造提高其电热效率。3）针对工艺制度不完善钢水在转炉—LF精炼—连铸各工序的温度控制水平较低导致能耗较高的问题，通过优化各工序温度制度，制定控制措施，通过开发以“LF精炼精确控温为核心”的工艺减少工艺稳定性对工序能耗的影响。4）针对现有生产组织模式蹲钢时间长、钢包周转率低，导致能耗较高的问题，通过对“炼钢生产组织四原则”的深入研究并运用目标管理，缩短蹲钢时间并提高钢包周转率，实现炼钢工序能耗最小。

2钢包保温层及钢包烘烤器升级改造

2.1改造背景钢包在投入使用前的蓄热和在投入使用后的降温，直接影响炼钢整个工序的钢水温度变化。钢包蓄热不好，钢水过程温降较大，造成精炼工序升温时延长，用电量增加。使用无保温层的钢包和传统的烧嘴燃烧方式来烘烤钢包，温度损失较大。针对提高钢包的保温性能和烘烤的初始温度，详细分析了钢包自身的形状特点和砌筑特点，结合钢包烘烤器的现场使用情况，制定了钢包增加保温层和烘烤器蓄热式改造两项措施来提高钢包的节能效率。

2.2实施情况1）钢包保温层升级改造。根据现场实际情况，确定好硬质纤维绝热板的规格尺寸；按要求粘贴绝热板，缝隙用高温胶泥填平；烤包位每隔半小时在包壳的不同部位测温，记录升温情况；投入使用后跟踪测量包衬温度和钢水温降。2）钢包蓄热器升级改造。采用蓄热式燃烧方式；采用混合煤气为燃料；采用小型一体化蓄热式烧嘴，只对空气进行单预热。

2.3改造效果钢包保温层及钢包烘烤器升级改造的效果主要表现：钢包保温层使用的硬质纤维绝热板具有较低的导热率，包壳表面温度同比，包壳下降20°~50°；用保温层钢包钢水过程温度温降明显低于无保温层钢包包壳温度，为过程温度控制提供了有利条件；钢水待浇时间越长保温层越能显示其优越性，钢水温度同比，温降速率降低0.3℃/min。

3精炼炉电极智能控制系统升级改造

3.1改造背景在钢水精炼生产过程中，由于受钢水渣层厚度、底吹氩流量、电压波动、液压伺服系统及控制调节比例阀放大板的精度与零漂变化等因素影响。精炼炉电极调节难以用数学模型描述，而且电极调节系统具有高度的非线性、时变性和相当的复杂性。近年来国内大力采用智能控制技术来解决这一问题，从而使常规控制下电弧电流波动很小，电能消耗也大大减少。为改变精炼炉现有电极控制系统启动电弧不平稳及电耗高等情况，对精炼炉电极控制系统进行升级改造，更换现有钢包精炼炉调节器硬件，并对电极升降调节器软件进行改进，工艺参数进一步优化，克服现有调节器的弱点，提高其电热效率。

3.2应用原理电极智能调节系统采用自动启动冶炼功能。使用功率圆图来设定工作点，达到电炉变压器合理有效地向电炉内输入有效功率P。通过功率圆图，选取电炉的工作设定点，即阻抗设定点，有效地发挥变压器的有效功率，缩短冶炼时间，提高其电热效率，降低电耗。三相交流精炼炉是一个非对称、非线性和具有自由中性点的星形用电设备，原系统采用电流设定，通过检测三相电流反馈来控制电极的升降，存在电流检测失真，电流稳定性差及电弧断弧等情况。本系统通过设定不同变压器档位、不同加热曲线及不同电抗器档位等参数查表给出阻抗给定值，通过实际弧压及弧流计算出反馈阻抗，形成一个阻抗控制器。实际精炼中，此设定值基本对应变压器额定电流，实现弧功率最大化，达到最快升温效果。在参数调整中，根据具体升温要求，调整阻抗设定参数，实现梯度升温结构。阻抗控制器具有死区补偿，伺服阀零偏调整等功能，达到了更高的控制精度。

3.3实施情况通过调研与分析，决定将原有电极调节系统升级改进为电极智能调节系统。具体实施过程为：第一，精炼炉安装电极智能调节器。第二，制定检验智能调节器使用效果的试验方案：（使用新系统与旧系统每分钟耗电量进行对比）。第三，投入后，具备每十天切换精炼炉新旧两套电极调节系统，并记下各个时间段的用电时间与耗电量。

3.4改造效果经试验，精炼炉使用电极智能调节系统后平均每分钟耗电量减少13kW•h，精炼炉冶炼一炉钢平均给电11min，理论计算可节电在0.95~1.29kW•h/t之间。试验成功后，精炼炉一直使用该系统，同时进行参数细化调试，从结果以及现有的工况条件看，节能效果较为明显，采用新系统后，电极调节明显平稳，电流由原来的±10%波动改善到±3%，弧光热辐射极大减少，提高了电热效率[1]。

4提高炼钢-连铸钢水过程温度控制水平

目前开浇点测温度合格率仅为57.93%，因温度影响的事故时常发生，造成生产中断，影响开浇炉次的质量缺陷和炼钢工序能耗增加。

4.1影响开浇炉次中包温度技术分析根据冶金理论和生产现场的实际情况，影响开机炉次中包温度合格率的因素包括如下几个方面：包况（空包时长）；连铸中包烘烤时间和温度；中包烘烤停火到开浇时间；精炼时间；出站温度；是否回收浇余；是否加盖；待浇时间；浇钢时间；钢种等。待浇时间与温度合格率的关系见图1。从图1中可见线性相关度为0.08，开机炉次待浇时间的延长与点测温度合格率存在一定线性相关，待浇时间控制在20min以下时，温度合格率影响不大，但待浇时间不小于25min时，温度合格率为36.36%，明显降低。

4.2制定实现精炼精确控温措施1）生产组织。加强钢包周转信息传递，稳定钢包温降，为操作工提供指导性强的出站温度，提高温度控制水平；严格控制开机炉次的待浇时间(出站到大包开浇时间)，执行不大于20min，因设备异常不能及时开机的需重新给电升温处理。2）精炼工序。规范开机炉次的冶炼时间为60~65min，LF炉出站温度统一规定为静吹后测温，开机出站温度执行产品制造卡要求；保证测温的准确性，如果测温枪有问题及时找自动化校枪；规范开机炉次氩气搅拌操作，提高钢水温度均匀性作为控制中包温度最关键的工序，既要保证钢包内钢水温度的均匀性，又要保证钢包能充分吸热，同时还要根据钢包和节奏状况，命中相应的目标出站温度；加强调度室、精炼、连铸各工序信息沟通，根据开浇时间、中包烤包情况、包况以及要考虑到的过程温降准确控制出站温度。3）连铸工序。保证中包的烘烤效果和烘烤温度，减少因烤包问题造成温度的异常变化，如煤气热值低需提前通知精炼控制温度，同时要适当增加烘烤时间，绝不冒险开浇。要求中包烘烤结束时间（停火时间）的温度控制在1150~1200℃，正常中包烘烤时间控制在3.5~4.0h；规范中包测温操作，发现测温有问题尽快补测；如果测温枪有问题及时找自动化校枪，保证反馈给精炼的温度准确性。

5转变生产组织模式

5.1改善转炉工序提供精炼工序的钢水条件精炼工序在技术上是铁水脱硫预处理—转炉—精炼—连铸的中心环节，实现了100％的精炼率，炼钢厂的炼钢节奏、成本、质量控制的重心由过去的转炉转移到了现在的精炼工序。转炉工序提供精炼工序的最佳钢水条件是炼钢企业科学探索的课题，不同的供钢条件产生的炼钢成本不同。以炼钢“全成本”的理念科学调配转炉工序、精炼工序的冶炼钢水任务，保证各工序工艺条件的前提下的最低炼钢成本。

5.2缩短整个工序过程蹲钢时间LF精炼是转炉与连铸的中间工序，担负着给连铸机提供合格的钢水温度的任务。同一连铸机同一钢种需要精炼出站温度的范围是一定的，如果钢水蹲钢时间过长，过程温降增大，精炼工序给电升温时间延长，电耗增加。图2为2018年某月LF精炼各组吨钢电耗、有效进站温度与蹲钢时间的关系图为便于作图进站温度值为实际值减去1550℃），

5.3制订目标及措施1）逐步将转炉出钢完毕至精炼开始冶炼的蹲钢时间控制在18min以内。2）错开三座转炉的出钢时间，防止集中用车为LF精炼进站。3）科学调配转炉、精炼、连铸的对应供钢路径。4）精炼钢水浇余回收率95%以上。5）建立炼钢全流程合理的温度制度，做到温度与时间的有机统一，根据炼钢-连铸钢水温降的规律，制定出合理的温度制度，提高炼钢-连铸工序温度（尤其备用包、隔炉包钢水温度）现场控制水平，确保连铸的稳定拉速，实现了低成本炼钢。

参考文献

[1]魏建新.降低炼钢系统能源消耗的实践[J].冶金能源，2003（5）：76.

作者：韩志颜 单位：河钢乐亭钢铁有限公司