摘要 论述转炉实现负能炼钢的基本原理及可能性,宝钢在l989年炼钢工序能耗标煤达到-1.05kg/t;对负能炼钢的技术途径进行了分析,提出要实现负能炼钢必须回收利用转炉煤气;还对我国转炉煤气回收技术的现状及节能的巨大潜力作了综述。
1转炉炼钢工序能耗实现负值——负能炼钢

在转炉内,把铁水炼成钢的过程,主要是降碳、升温、脱磷、脱硫以及脱氧和合金化等高温物理化学反应过程,其工艺操作是控制供氧、造渣、温度及加入合金料等,以获得所要求的钢液并浇铸成钢锭或连铸坯。氧气顶吹转炉炼钢法的特点之一是不需要外来热源,根据物料和热平衡计算:以铁水的物理热和化学热为主要热收入,抵消金属和炉渣的含热量以及各项热损失外,还有剩余热量。因此常将废钢、铁矿石和石灰石等作为冷却剂加入炉内以平衡热量防止炉温过高。
1.1炼钢过程的能量消耗
炼钢过程需要有足够的能量输入才能完成,通常要消耗电力、氧气、燃气、惰性气体、虚缩空气以及水、蒸汽等。以宝钢一期工程为例,详见表1。
1.2炼钢过程能量的释放
在吹炼过程中,碳氧反应是冶炼过程始终存在的一个重要反应,反应的生成物主要是C0气体(浓度约为85%~90%),但也有少量碳与氧直接作用生成CO2,其化学反应式为
2C+O2→2CO↑
2C+2O2→2CO2↑
2CO+O2→2CO2↑
在冶炼过程中炉内处于高温,碳氧反应形成的CO气体也称转炉煤气,温度约在1600℃。此时高温转炉煤气的能量约为1GJ/t,其中煤气显热能约占1/5,其余4/5为潜能(燃烧时转化为热能,不燃烧时为化学能),这就是转炉冶炼过程中释放出的主要能量。因此,转炉煤气回收利用是炼钢节能降耗的重要途径。
1.3炼钢工序能耗实现负值分析
炼钢工序能耗是按生产出每吨合格产品(钢锭或连铸坯)所用的各种能量之和扣除相应回收的能量(标煤)进行计算的。
消耗能量>回收能量时,耗能为正值
消耗能量-回收能量=0时(称“零”能炼钢)
消耗能量<回收能量时,耗能为负值(称“负”能炼钢)
1.4实现负能炼钢是可能的
转炉炼钢过程中释放出的能量是以高温煤气为载体,若以热能加以度量分析,具体表现为潜热占83.6%,显热占16.4%,详见图3。显然,煤气所拥有的能量占总热量中的绝大部分。从图2中也可看出回收煤气对降低炼钢工序能耗所起的作用。因此,要做到负能炼钢必须回收煤气,而且应尽可能提高回收煤气的数量和质量。
宝钢一期工程工序能耗计算的回收部分见表2。宝钢一期设计年产钢水318万t,铸成锭为312万t,铁钢比为1,结合表1、表2,宝钢一期工序能耗设计值为
(8.790-6.822)÷312=6kg/t
1988年宝钢炼钢实际工序能耗为3.26kg/t,其能源消耗和回收部分各项所占比例如图2。
宝钢于1989年科学地应用了目标管理以及劳动技能提高等措施,吨钢能耗下降4.31kg,使转炉工序能耗达到-1.05kg/t,见表3,实现了负能炼钢,跨入了世界先进炼钢技术行列。
1.5实现转炉负能炼钢必须回收煤气
1.6实现负能炼钢的主要技术途径
(1)采用新技术系统集成,提高煤气回收的质量与数量;
(2)采用交流变频调速新技术,降低炼钢工序大功率电机的电力消耗;
(3)改进炼钢(包括连铸等)操作水平,降低物料、燃料消耗;
(4)提高管理水平及人员素质,保证安全、正常、稳定生产。

2国内转炉煤气回收技术现状及其节能巨大潜力
2.1转炉煤气净化回收主要代表流程
我国于1966年在上钢一厂30t转炉上首先实现了煤气回收,是湿法流程,简称OG法,主要采用两级文丘里型煤气除尘器,贮气为湿式煤气柜,至今我国已回收煤气的企业均为湿法流程(图4)。此流程基建技资较低,操作运行简单、安全,但运行费用相对较高,要附设除尘污水处理设施。
另一种干法流程,简称LT法(图5),为宝钢三期250t转炉引进奥钢联技术建设的煤气回收装置。转炉煤气净化采用干式静电除尘器,贮气为干式煤气柜。此流程基本建设投资较高,运行费用较低,操作较为复杂,没有污水处理设施,将与宝钢250t转炉同时投产。
2.2我国转炉煤气回收技术水平与国外先进水平的比较(见表5~6)
1986年上钢三厂三座30t转炉采用较为完善的国产成套煤气回收技术设备,主要包括:①线性矩形可调喉口文丘里除尘器;②可调喉口液压伺服装置;③炉口微差压自动调节系统;④快速三通切换阀;⑤大管径文丘里型煤气流量计;⑥煤气回收自动控制装置；⑦煤气成分自动分析装置。
2.3回收煤气的节能潜力巨大
自1966年我国开始回收转炉煤气以来,经历了30年,到1996年已有20个企业回收了煤气(表4),占应回收煤气企业的51%。全行业转炉煤气回收利用率平均为51%,重点钢铁企业为70%,中小骨干企业仅为6%。如果目前还没有回收煤气的19个企业尽快增添回收设施,采用新技术装备,初期回收先按中等水平要求,即每吨钢回收65m3,煤气热值为1800×4.18kJ/m3,每年回收的煤气折合标煤可达34万t。已做到低水平回收的17个企业,用新技术进行技术改造,把回收水平提高到较高水平,即每吨钢回收70m3,煤气热值为1950×4.18kJ/m3,则每年多回收的煤气折合标煤可达16万t。上述二者之和,将达到每年回收能量约40万t,上述36个企业转炉炼钢工序能耗(标煤)将平均下降9.2kg/t,节能潜力是巨大的。
转炉负能炼钢是先进炼钢技术的重要标志之一,是炼钢工艺、装备、操作以及管理诸方面先进水平的综合体现,也是节能降耗、降低生产成本、提高企业竞争力的主要技术措施。实现负能炼钢也是一项艰难的科技攻关系统工程,需要将许多先进技术集成、配套,尤其离不开企业现代化的科学管理和生产,必须千方百计提高转炉煤气回收的数量与质量。