中國冶金報 中國鋼鐵新聞網(wǎng)
記者 趙萍 報道
“現(xiàn)今，綠色節(jié)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。”12月9日，在鋼鐵行業(yè)能效標(biāo)桿三年行動方案現(xiàn)場啟動會上，中國金屬學(xué)會電冶金分會主任、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道。
會上，朱榮介紹了目前國內(nèi)電爐煉鋼節(jié)能減排技術(shù)的最新進(jìn)展，并分享了電爐煉鋼能效評價方法。
電爐煉鋼節(jié)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(nèi)研究人員、資金投入、設(shè)計能力、裝備制造等有一定關(guān)系，此外國內(nèi)電爐廢鋼用量、環(huán)保政策等也對此有一定影響。”朱榮介紹，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(jié)構(gòu)優(yōu)化、快速潔凈冶煉(大型化)、余能高效利用、流程智能管控。
具體來看，在原料結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)及合理利用、能效評價、高品質(zhì)鋼冶煉技術(shù)。朱榮介紹，國內(nèi)電爐目前主要噸位集中在100噸左右，最大的是230噸。他認(rèn)為電爐大型化可以降低消耗，同時滿足高端板材生產(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(tǒng)問題還沒有完全解決，二噁英問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(zhuǎn)爐有較大的差距。他解釋道，這是因為電爐煉鋼終點判定命中較低，尤其受廢鋼原料變化影響。此外，在線檢測、控制模型等也是須攻克的難點。
同時，朱榮介紹了國內(nèi)外新型電爐煉鋼目前的指標(biāo)情況。一是量子電爐。“量子電爐在長江以南一些民營企業(yè)得到了應(yīng)用，目前大概有10余臺量子電爐存在，但投產(chǎn)的還沒有這么多。”他介紹，從使用的情況來看，指標(biāo)比較理想。二是常規(guī)電爐。他說道，比較典型的是德國巴頓的常規(guī)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(biāo)均表現(xiàn)優(yōu)異，且其余熱可用來發(fā)電。三是水平加料電爐。“水平加料電爐是國內(nèi)應(yīng)用最多的一種電爐，目前已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)化。”他介紹，這種電爐具有原料寬容性高、設(shè)備復(fù)雜程度不高等優(yōu)點。四是SHARC電爐(雙豎井廢鋼預(yù)熱直流電弧爐)。“這個電爐目前在石鋼應(yīng)用了兩臺，目前看使用效果也不錯。”他說道。
電爐煉鋼能效評價方法
“電爐冶煉過程的主要能量來源是電能和化學(xué)能。”朱榮指出，要降低電爐冶煉過程的能耗，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看。“電能能效指標(biāo)范圍界定包括電線路效率（從系統(tǒng)電源至電極末端線路電能輸送效率）、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、鋼渣實際提供電能的熱效率）。”朱榮介紹，電能供給到電爐中，要經(jīng)過設(shè)備、操作、冶煉3個層次。通過分析這3個層次的能效狀況，可以得知當(dāng)前電爐的電能利用狀況，查找供電方面存在的問題。
從化學(xué)能能效影響因素分析來看。朱榮介紹，化學(xué)能供給到電爐中，同樣也經(jīng)歷設(shè)備、操作與冶煉3個層次，分別反映了從設(shè)備到操作，再到冶煉效果的情況。通過對化學(xué)能能效進(jìn)行分析可以得知當(dāng)前電爐的化學(xué)能利用狀況，查找與分析化學(xué)能供給上存在的問題。
“對此，我們針對性地開發(fā)了電爐煉鋼能效碳排評價系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有能效評價、碳排核算、電氧匹配分階段優(yōu)化等功能。”朱榮介紹，該系統(tǒng)可針對電爐運行過程中的幾大關(guān)鍵單元操作進(jìn)行綜合評價，并提出改進(jìn)優(yōu)化方案，具有3大特點。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，反映電爐的真實設(shè)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(jié)構(gòu)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(diào)整提供參考。
同時，朱榮介紹了該系統(tǒng)的運行原理。
一是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)研和統(tǒng)計。通過對目標(biāo)電爐進(jìn)行設(shè)備等系統(tǒng)調(diào)研工作，全面了解電爐供能手段和冶煉潛力。
二是供電系統(tǒng)測評。在電爐變壓器一側(cè)架設(shè)高精度測量儀器，對電爐冶煉過程的用電情況進(jìn)行在線實時監(jiān)測與記錄，并進(jìn)行大數(shù)據(jù)海量分析。將電爐的供電設(shè)備參數(shù)結(jié)合供電監(jiān)測分析結(jié)果，對該電爐供電運行系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，繪制功率圓圖，以此對電爐的供電設(shè)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。根據(jù)實際生產(chǎn)的海量數(shù)據(jù)(供電、供氧、噴粉、加料等)，結(jié)合冶煉任務(wù)進(jìn)行冶煉時段劃分。利用該系統(tǒng)對各階段電能和化學(xué)能效率進(jìn)行計算評價，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，查找冶煉過程中影響能效提升的薄弱環(huán)節(jié)。
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(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)通過能量需求確定化學(xué)能與電能各階段供給任務(wù)，再根據(jù)能效狀況指導(dǎo)該階段操作，達(dá)到最佳匹配效果。
五是操作規(guī)劃與效果評估。該系統(tǒng)可將匹配優(yōu)化后的操作繪制成新操作曲線。通過建立電爐冶煉碳含量和鋼液溫度預(yù)測模型，對新規(guī)劃的操作曲線的效果進(jìn)行初步預(yù)測。通過工業(yè)化實驗驗證曲線效果，再根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整，最終獲得切實有效的電氧操作曲線，提高冶煉能效。
“目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)幾個鋼廠正式運行。”朱榮說道。
