50吨转炉热平衡测算与能耗评价富志生（酒钢宏兴炼轧厂）【摘 要】通过对酒钢炼轧厂炼钢工序50吨转炉物料平衡与热平衡测算，以及对转炉工序能耗的分析，对转炉用能现状 进行了评价，结合生产实践提出了节能措施，指出转炉节能应注重基础管理和先进技术的开发应用，探讨了今后转炉节能方 向和途径关键词】转炉热平衡工序能耗评价节能措施1. 前言炼钢过程的物料平衡和热平衡测算是建立在物质与能量守恒的基础上的其主要目的是比较整个冶炼 过程中物料、能量的收入项和支出项，为改进操作工艺制度，确定合理的设计参数和提高炼钢技术经济指 标提供某些定量依据按照载能体的概念，转炉生产过程的能耗可分为三类：一、直接能耗，转炉炼钢生 产过程中所消耗的能源介质称为直接能耗，在概念上与“工序能耗”相同；二、间接能耗，指转炉生产过 程中使用各种原材料和其它非能源物质所消耗的能源；三、完全能耗，产品的直接能耗与各次间接能耗的 总和称为完全能耗影响转炉炼钢工序能耗的因素很多，不仅有工艺、设备和操作条件方面的因素，也 有原料条件、产品种类和产量等方面的因素，不仅有能流本身的因素，也有物流方面的因素在不同的因 素水平下，工序能耗也不同转炉生产过程中的热量收支受物料平衡与热平衡的制约，通过物料平衡和热 平衡的测算可以全面的掌握转炉的物料和能量的利用情况，了解转炉的工作能力和热效率，从而为改进工 艺、实现转炉最佳操作探索途径，并为降低原材料消耗及合理利用能源和节能提供方向。
因此结合转炉热 平衡测算对转炉能耗状况评价更全面、科学合理酒钢炼轧厂炼钢工序现有2套140吨铁水罐镁基复合喷吹装置，铁水脱硫年处理能力250万吨，600吨 混铁炉2座，50吨转炉3座精炼系统有3座60吨AC-LF精炼炉，年处理能力200万吨四机四流方坯连铸 机3台，160/220X850—1350mm板坯连铸机2台主要生产工艺流程为：高炉铁水一预处理（脱硫）一 转炉吹炼一 LF炉精炼一连铸一轧钢转炉工序能耗计算范围主要包括:铁水预处理、转炉冶炼、煤气回收、 蒸汽回收、钢包吹氩等环节2. 转炉热平衡测算氧气转炉炼钢是在高温下有多相参与的复杂的物理化学过程，从铁水到钢水的生产过程中含铁原 料、辅助原料和氧气等物质在发生物理化学变化的同时伴随着能量的消耗与转换转炉物料平衡与热平衡 测算对全面了解转炉热能利用水平，合理评价转炉用能状况有重要意义以2008年1月生产数据对一号转炉进行热平衡测试，以100Kg铁水为基础测算，忽略废钢中与生铁 块中含硅、锰元素的氧化损失，从而确定了转炉热收入及支出、热效率等项技术经济指标见表1表1热平衡表热收入热支出项目热量（kJ）所占比例项目热量（kJ）所占比例铁水物理热1150348.7257.14%钢水物理热1298917.4764.49%C-CO412718.9420.50%炉渣物理热234053.6211.62%C-CO137245.966.82%炉气123011.926.11%2Si-SiO122648.406.09%烟尘1872.550.09%2Mn-MnO36267.001.80%渣中钢珠8298.780.41%Fe-FeO40269.282.00%喷溅14323.150.71%Fe-FeO37096.551.84%白云石分解热22891.001.14%2 3P-PO16322.800.81%氧化铁皮分解热4218.840.21%2―5P O -4CaO* P O9613.600.48%其它损失2057.690.10%2 5 2 5SiO -2CaO*SiO15876.000.79%铁块与废钢物理热304521.1015.12%2 2烟尘氧化热34338.451.71%炉衬中碳放热332.70.02%合计2013078.4100.00%合计2014166.12100.00%热效率二钢水物理热+氧化铁皮分解热+废钢吸热+白云石分解热x 100%=80.99%'、'、 热收入总值 ° °转炉的热量主要来源是铁水的物理热和化学热，通过测试可以得出一号转炉热效率为80.99%，余下的 为炉渣、炉气带走的热量和其它热损失，因此充分利用转炉热量和回收转炉损失热量是转炉节能的重要方 向。
3. 转炉工序的直接能耗状况3.1转炉工序能耗计算转炉工序直接能耗是指转炉工序每生产1吨合格钢消耗的能源量减去回收的能源量的差值即通常所 指转炉工序能耗：E = kO2 XQO2+ kELC XQELC + QOTH - kLDG XQLDG - kST XQST式中E 一 转炉工序能耗，kgce/ t；QO2, QELC , QLDG , QST 分别为氧气消耗量，ma/ t；电力消耗量，kWh/ t；转炉煤气回收量，m；/ t；蒸汽回收量，kg/ tkO2, kELC，kLDG，kST 分别为氧气、电力、转炉煤气和蒸汽的折算系数qoTh 生产1t钢消耗水、蒸汽、氮气、氩气和焦炉煤气等辅助能源介质的总量，统称吨钢其它能耗，kgce/ t钢转炉工序能耗分析的目的在于确定转炉工序本身经过努力能够实现的节能量或能够达到的能耗水平， 从而为能源管理规划和节能潜力分析提供可靠的依据3.2转炉直接能耗的总体趋势酒钢炼轧厂转炉工序能耗从2006年以来显著降低，达到负能炼钢，节能降耗工作取得效果到到2008年 炼钢转炉工序能耗达到-12.08kgce/t,具体变化见表3表2年酒钢50吨转炉工序能耗变化趋势单位:kgce/t年份2003 年2004年2005 年2006年2007年2008 年转炉工序能耗21.9710.360.13-9.71-15.68-12.083.3转炉工序直接能耗的构成转炉直接消耗的能源介质为氧气、电、氩气、氮气、压缩空气、蒸汽和水等，回收部分为转炉煤气和 蒸汽。
表4为近年来酒钢50吨转炉近年来主要能源介质消耗和回收趋势依据2008表3近年酒钢50吨转炉工序主要能耗介质消耗和回收趋势项目单位2003 年2004 年2005 年2006 年2007 年2008 年氧气消耗Nm3/t56.6452.0952.4249.4245.7447.11氮气消耗Nm3/t38.3730.1416.9611.0714.5114.56电力消耗kWh/t9.114.324.905.7310.1611.45氩气消耗Nm3/t0.650.340.590.790.290.30煤气回收Nm3/t41.0534.3960.5360.4671.4848.73蒸汽回收GJ/t0.110.100.120.180.270.26年能耗分析，转炉工序能耗组成比例如图1,能源回收组成比例如图2,从图中可以得出转炉工序能源消耗 关键要素氧气消耗占62%，它与吹炼过程有关，可见降低氧气消耗的潜力较大；氩气的消耗随着高附加值、 高难度产品比例的增加而增加，而电力和氮气消耗尽管所占比例低于氧气，但随着科学的管理，生产的进 一步合理组织也会有较大幅度下降，因此降低能源单位消耗量的关键是减少氧气消耗转炉出口烟气总热 量约1112 X 108 kJ / t钢，其中81.18%为潜热，显热为18.12%，它是属于二次能源范围，折合标煤3818 kg/ t钢，显然回收转炉煤气、蒸汽等二次能源是实现负能炼钢的关键要素，随意放散不仅白白浪费了大量能 源，还会由于CO有毒而造成公害。
图2能源回收构成比例4. 转炉能耗评价通过转炉热平衡测定和转炉工序能耗分析，酒钢50吨转炉主要技术经济指标为:热效率79.86%，吨钢 石灰消耗42Kg,吨钢铁水单耗930Kg,吨钢废钢耗量55Kg,吨钢生铁块消耗112Kg,吨钢钢铁料消耗1097Kg, 废钢比15.22%，转炉工序能耗吨钢-12.88 kgce以下从生产组织管理、原材料、设备和操作工艺等方面 对酒钢炼轧厂50吨转炉用能状况进行评价，并提出节能措施4.1炼钢生产运行控制从全局的角度优化，转炉冶炼遵循“能耗最小原则”能耗最小原则”主要包括两层含义：其一，是将炼钢系统内钢水在其经历的工序装置内部操作过程 温降，或钢水在不同工位之间传递过程的温降，经过系统调控使其趋于最小化；其二，是指在炼钢系统运 行过程中，诸工序/装置的作业时间，或钢水在不同工位之间传递的过程时间经过控制、协调使其最短 酒钢炼轧厂炼钢工序从2007年开始对转炉-LF精炼炉-连铸过程时间参数和温度参数进行运行过程中的优 化、匹配、合理调控，依据“拉速决定流量”的原则，根据铁水量多少制定了 “三炉对四机”及“定炉对 定机”的不同生产组织模式下钢水在不同工位处理周期和操作过程的温降。
生产组织依据过程温降最小和 过程时间最短的原则组织，使转炉的出钢温度在2007年基础上平均下降了 30°C对50吨转炉，出钢温度 下降30C，可多加1000Kg轻型废钢，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4.2改进转炉操作，实施精料入炉，降低转炉辅材与耐材消耗降低转炉辅助材料的消耗，即降低载能体的非能源物质的消耗，是降低炼钢生产的间接能耗的重要措 施⑴石灰是转炉炼钢最主要的辅材，降低石灰消耗，减小转炉渣量是非常必要的酒钢炼轧厂几年来 通过提高石灰的质量，将石灰中CaO含量提高到90%以上，活性度提高到350ml，另一方面通过提高转炉 操作水平，根据铁水Si元素含量及时调整入炉废钢量，而石灰的加入量以满足转炉终渣碱度为主，禁止 终点用石灰调温经过几年的努力，到2008年使吨钢石灰消耗由80Kg降到42Kg，根据相关资料，吨钢少 加15Kg石灰，节能4kgce/t钢⑵在转炉的各种原材料中，耐材占很大比例，采取溅渣护炉提高炉衬寿 命，降低转炉耐火材料消耗有助于降低钢的能值1997年我厂开始推行溅渣护炉，但效果一直不理想，虽 然炉龄达到10000炉以上，但基本上依靠贴砖补炉维持高炉龄，造成转炉作业率低，热量损失大。
2007年 通过技改使影响溅渣效果的氮气压力低问题得到了彻底解决，同时对转炉渣相进行技术攻关，使溅渣的效 果大幅度提升2008年7月，转炉彻底甩掉了沿用了二十年的大铲贴补工艺，转炉炉龄提高的同时补炉砖、 喷补料等大幅度下降4.3降低氧气消耗是转炉降低直接能耗的重要措施转炉工序直接能耗关键要素是氧气消耗，占能源消耗总量62%转炉氧气消耗应该从操作工艺上采取 严格控制措施，酒钢炼轧厂转炉操作上降低氧气消耗的措施主要有：⑴降低出钢温度，严禁出高温钢；⑵ 提高一次拉碳率，保证转炉终点成分、温度的双命中；⑶严禁用氧气吹刷烟罩等4.4转炉煤气回收是转炉工序能耗组成中最重要的能源介质，吨钢煤气回收量的多少对转炉工序能耗高低 影响很大研究表明转炉煤气回收量达到100Nm3/t钢时，并全部进行综合利用，可使转炉工序能耗下降25kgce/t 钢酒钢炼轧厂转炉煤气回收因技术装备水平较低，造成回收量波动较大，一般每吨钢回收的煤气量在50〜 75m33.5Nm3转炉煤气相当于lkg标准煤，即回收3.5Nm3转炉煤气就降低了 lk。