中國冶金報 中國鋼鐵新聞網(wǎng)
記者 趙萍 報道
“現今，綠色節能減排已成為鋼鐵工業(yè)發(fā)展最重要的科技創(chuàng )新任務(wù)之一。相較長(cháng)流程煉鋼工藝，以電爐煉鋼為核心的短流程煉鋼工藝在噸鋼資源消耗、工程投資、占地面積，氮氧化物、硫氧化物等污染物及二氧化碳排放方面均大幅降低，電爐煉鋼已成為主要低碳煉鋼路徑?！?2月9日，在鋼鐵行業(yè)能效標桿三年行動(dòng)方案現場(chǎng)啟動(dòng)會(huì )上，中國金屬學(xué)會(huì )電冶金分會(huì )主任、北京科技大學(xué)二氧化碳科學(xué)研究中心主任朱榮這樣說(shuō)道。
會(huì )上，朱榮介紹了目前國內電爐煉鋼節能減排技術(shù)的最新進(jìn)展，并分享了電爐煉鋼能效評價(jià)方法。
電爐煉鋼節能減排技術(shù)進(jìn)展
“與國外相比，我國目前在電爐煉鋼技術(shù)及裝備整體研發(fā)上還有很大差距。這與目前國內研究人員、資金投入、設計能力、裝備制造等有一定關(guān)系，此外國內電爐廢鋼用量、環(huán)保政策等也對此有一定影響?！敝鞓s介紹，我國目前對電爐煉鋼的相關(guān)單元技術(shù)都有所涉及，包括原料結構優(yōu)化、快速潔凈冶煉(大型化)、余能高效利用、流程智能管控。
具體來(lái)看，在原料結構優(yōu)化方面，全廢鋼冶煉高級別鋼種受到廢鋼質(zhì)量(殘余元素)的限制，目前解決方法主要靠廢鋼分選處理、加入直接還原鐵等。在快速潔凈冶煉(大型化)方面，主要包括能源結構及合理利用、能效評價(jià)、高品質(zhì)鋼冶煉技術(shù)。朱榮介紹，國內電爐目前主要噸位集中在100噸左右，最大的是230噸。他認為電爐大型化可以降低消耗，同時(shí)滿(mǎn)足高端板材生產(chǎn)的需要。在余能高效利用方面，主要是煙氣熱量利用，目前多采用豎式、水平方式。他介紹豎式效果相對較好，但手指系統問(wèn)題還沒(méi)有完全解決，二噁英問(wèn)題目前主要依靠廢鋼爐外清理。在流程智能管控方面，目前電爐的智能化冶煉與轉爐有較大的差距。他解釋道，這是因為電爐煉鋼終點(diǎn)判定命中較低，尤其受廢鋼原料變化影響。此外，在線(xiàn)檢測、控制模型等也是須攻克的難點(diǎn)。
同時(shí)，朱榮介紹了國內外新型電爐煉鋼目前的指標情況。一是量子電爐?！傲孔与姞t在長(cháng)江以南一些民營(yíng)企業(yè)得到了應用，目前大概有10余臺量子電爐存在，但投產(chǎn)的還沒(méi)有這么多?！彼榻B，從使用的情況來(lái)看，指標比較理想。二是常規電爐。他說(shuō)道，比較典型的是德國巴頓的常規電爐，由于在廢鋼處理上做的不錯，該電爐在電耗、冶煉周期等方面的指標均表現優(yōu)異，且其余熱可用來(lái)發(fā)電。三是水平加料電爐?！八郊恿想姞t是國內應用最多的一種電爐，目前已經(jīng)實(shí)現了國產(chǎn)化?！彼榻B，這種電爐具有原料寬容性高、設備復雜程度不高等優(yōu)點(diǎn)。四是SHARC電爐(雙豎井廢鋼預熱直流電弧爐)?！斑@個(gè)電爐目前在石鋼應用了兩臺，目前看使用效果也不錯?！彼f(shuō)道。
電爐煉鋼能效評價(jià)方法
“電爐冶煉過(guò)程的主要能量來(lái)源是電能和化學(xué)能?！敝鞓s指出，要降低電爐冶煉過(guò)程的能耗，則需要提高電爐的電能能效和化學(xué)能能效。
從電能能效影響因素分析來(lái)看?！半娔苣苄е笜朔秶缍ò娋€(xiàn)路效率（從系統電源至電極末端線(xiàn)路電能輸送效率）、電弧的熱效率（從電極末端至鋼液、鋼渣電能輸送效率）、電能熱效率（電能對鋼液、鋼渣實(shí)際提供電能的熱效率）?！敝鞓s介紹，電能供給到電爐中，要經(jīng)過(guò)設備、操作、冶煉3個(gè)層次。通過(guò)分析這3個(gè)層次的能效狀況，可以得知當前電爐的電能利用狀況，查找供電方面存在的問(wèn)題。
從化學(xué)能能效影響因素分析來(lái)看。朱榮介紹，化學(xué)能供給到電爐中，同樣也經(jīng)歷設備、操作與冶煉3個(gè)層次，分別反映了從設備到操作，再到冶煉效果的情況。通過(guò)對化學(xué)能能效進(jìn)行分析可以得知當前電爐的化學(xué)能利用狀況，查找與分析化學(xué)能供給上存在的問(wèn)題。
“對此，我們針對性地開(kāi)發(fā)了電爐煉鋼能效碳排評價(jià)系統。該系統具有能效評價(jià)、碳排核算、電氧匹配分階段優(yōu)化等功能?！敝鞓s介紹，該系統可針對電爐運行過(guò)程中的幾大關(guān)鍵單元操作進(jìn)行綜合評價(jià)，并提出改進(jìn)優(yōu)化方案，具有3大特點(diǎn)。一是從關(guān)鍵單元操作角度出發(fā)，對電爐進(jìn)行綜合能效評價(jià)，反映電爐的真實(shí)設備與操作水平。二是針對不同冶煉階段的電氧匹配狀況進(jìn)行分析優(yōu)化，有效提升能效水平。三是針對多元爐料結構可進(jìn)行不同配料方案的能效和碳排放對比分析，為工藝調整提供參考。
同時(shí)，朱榮介紹了該系統的運行原理。
一是基礎數據調研和統計。通過(guò)對目標電爐進(jìn)行設備等系統調研工作，全面了解電爐供能手段和冶煉潛力。
二是供電系統測評。在電爐變壓器一側架設高精度測量?jì)x器，對電爐冶煉過(guò)程的用電情況進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測與記錄，并進(jìn)行大數據海量分析。將電爐的供電設備參數結合供電監測分析結果，對該電爐供電運行系統進(jìn)行仿真建模，繪制功率圓圖，以此對電爐的供電設備運行情況、用電能效狀況進(jìn)行評估。
三是分階段能效評價(jià)。根據實(shí)際生產(chǎn)的海量數據(供電、供氧、噴粉、加料等)，結合冶煉任務(wù)進(jìn)行冶煉時(shí)段劃分。利用該系統對各階段電能和化學(xué)能效率進(jìn)行計算評價(jià)，分析冶煉操作與能效之間的關(guān)系，并分析各階段電氧匹配與供需關(guān)系情況，查找冶煉過(guò)程中影響能效提升的薄弱環(huán)節。
四是電—氧匹配優(yōu)化。將供電和供氧集成考慮、配合使用，有效提高生產(chǎn)效率和能量利用率。針對不同爐料結構，該系統通過(guò)能量需求確定化學(xué)能與電能各階段供給任務(wù)，再根據能效狀況指導該階段操作，達到最佳匹配效果。
五是操作規劃與效果評估。該系統可將匹配優(yōu)化后的操作繪制成新操作曲線(xiàn)。通過(guò)建立電爐冶煉碳含量和鋼液溫度預測模型，對新規劃的操作曲線(xiàn)的效果進(jìn)行初步預測。通過(guò)工業(yè)化實(shí)驗驗證曲線(xiàn)效果，再根據實(shí)際情況進(jìn)行調整，最終獲得切實(shí)有效的電氧操作曲線(xiàn)，提高冶煉能效。
“目前，該系統已經(jīng)在國內幾個(gè)鋼廠(chǎng)正式運行?！敝鞓s說(shuō)道。
