前 言
资源合理利用、梯次使用，并最终实现资源循环利用的循环经济模式。这不仅是企业降低成本，提高产品市场竞争能力的重要途径，更是企业必须承担的促进全社会资源永续利用和环境持续改善的重要责任，是促进企业以及整个国民经济可持续发展的永恒主题。钢铁工业从节能化、清洁化生产到循环经济模式，是近年来钢铁工业高速发展的必然结果，是社会进步和实现生态平衡的必然要求。转炉生产实现负能炼钢具有降低成本、减少污染、实现能源再循环等技术优势，国内外转炉炼钢厂均把实现转炉负能炼钢作为提高经济效益和环境保护的重大工艺技术进行研究。
1 转炉实现负能炼钢的意义
近几年来，随着世界经济的繁荣，钢铁消费和钢铁产量逐年递增，尤其是中国和东亚地区产钢量的大幅度增长，造成世界范围内资源和能源紧张。尤其是最近三年，钢铁企业生产用原材料持续飞涨，根据国际上Deutsche Bank的统计，2004年国际市场焦炭价格上涨了20%，铁矿石价格上涨了16%；到2005年，世界矿价和主焦煤价格大幅度上涨，其中铁矿石上涨71%，主焦煤上涨一倍。钢铁生产原材料价格的飞涨，致使钢铁工业的利润锐减，国内部分线、棒材产品的售价己接近生产成本，尤其是一些以生产产品附加值低的普钢企业，被原材料价格飞涨与产品的销售价格不匹配所累，更是举步微艰。全球范围的资源和能源紧张，势必会影响钢铁工业的持续发展。因此，钢铁工业必须大幅度降低能耗水平，提高资源利用率，降低吨钢生产成本，才能保证持续稳定的发展。
近几近几年我国钢铁工业己经或正在实现大规模的技术改造，随着钢铁企业设备的大型化和集约化技术改造的进程的逐步加快和力度的逐步加大，使钢铁厂的吨钢可比能耗大幅度降低。1995年至2002年国内钢铁产量翻一番，但总的能源消耗基本保持不变。2003年国内重点钢铁企业吨钢可比能耗水平和国际先进水平相比高出56kgce/t。通过对钢铁生产过程中各工序的能耗水平与国外先进水平的差距的对比可知，炼钢工序吨钢可比差距较大(达到37.7kgce/t钢)。因此，国内钢铁企业尽快实现转炉负能炼钢，可以降低钢材的生产成本和吨钢可比能耗，实现炼钢余能的回收利用，可使我国钢铁工业整体吨钢可比能耗达到或接近国际先进水平。
2 国内钢铁生产能耗现状
2.1 我国大中型钢铁企业吨钢可比能耗与国外先进水平对比
我国大中型钢铁企业吨钢可比能耗与国外先进水平对比见表1。
表1 我国大中型钢铁企业吨钢可比能耗与国外先进水平对比 kgce/t
|
国家 |
我国大中型（2003） |
日本 |
德国 |
英国 |
法国 |
美国 |
5国平均 |
|
可比能耗 |
698 |
620 |
602 |
663 |
683 |
673 |
642 |
2.2 我国大中型钢铁企业吨钢能耗与国际先进水平对比
我国大中型钢铁企业吨钢能耗与国际先进水平对比见表2。
表2 我国大中型钢铁企业吨钢能耗与国际先进水平对比 kgce/t
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生产工序 |
2000年工序能耗 |
国际先进水平 |
我国工序能耗差距 |
|
焦化 |
160.0 |
128.1 |
31.4 |
|
烧结 |
70.0 |
50.9 |
19.0 |
|
炼铁 |
466.0 |
417.2 |
48.8 |
|
转炉 |
28.8 |
-8.9 |
37.7 |
|
电炉 |
273.7 |
198.6 |
75.1 |
|
轧钢 |
155.0 |
136.0 |
19.0 |
2.3 我国负能炼钢现状
在我国，最旱实现“负能炼钢”的炼钢厂是宝钢。1994年宝钢转炉工序吨钢可比能耗均优于日本君津厂的吨钢可比能耗水平。1995年宝钢率先在国内实现了炼钢一连铸全工序负能炼钢，标志着我国转炉负能炼钢技术发展到一个新的水平。最近几年，由于宝钢品种结构的调整，增加了炉外精炼、电磁搅拌、转炉BRP吹炼技术等新工艺技术，使转炉厂的工序能耗有所上升，但仍然能够保证负能炼钢。
近几年来，随着国内钢铁企业对能源紧缺和危机意识的加强，同时受宝钢转炉负能炼钢经验和收益的鼓舞，我国先后有几家转炉炼钢厂实现了负能炼钢技术，负能炼钢实现的厂家和吨钢可比能耗状况如下：
1)1989年宝钢在300t转炉实现转炉工序负能炼钢，转炉工序吨钢可比能耗达到-11kgce/t钢的世界领先水平；
2)1996年宝钢实现全工序(包括连铸工序)负能炼钢，能耗为-1.12kgce/t钢；
3)1999年武钢三炼钢250t转炉实现转炉工序负能炼钢；
4)2002~2003年马钢一炼钢、鞍钢一炼钢、本溪炼钢厂等一批中型转炉基本实现负能炼钢；
5)2000年12月莱钢25t小型转炉基本实现了负能炼钢。
我国转炉炼钢厂实现负能炼钢情况如图1所示。
图1 我国转炉实现“负能炼钢”技术现状
3 转炉干法除尘与传统OG法比较
由于传统OG法除尘系统设备复杂，片地面积大，煤气含尘量高以及耗水量大等缺点，在一些钢铁厂相继采用了转炉干法除尘，如莱芜钢铁公司在新建120t转炉、宝钢二炼钢2×250t转炉上便采用了转炉干法除尘。转炉干法除尘与传统OG法比较具有以下优点：
1)干法除尘系统净化后的煤气含尘量极低可达到l0mg/Nm3以下，系统回收干粉尘，吨钢回收量可达到14kg/t钢。粉尘送烧结厂重复利用，且没有污水和污泥处理，有利于环境保护。
2)干法除尘自动化程度高，设备使用寿命长，维护工作量非常小。
3)干法除尘系统运行阻力仅为湿法除尘系统的1/3，因此可以选用小功率的轴流风机。耗电量为OG法的1/3。
4)干法除尘系统没有污水处理设施，耗水量低，仅为OG法的1/5。
5)蒸汽自产自用。
6)设备，片地约为OG法的1/2。
4 实现负能炼钢工艺技术保障
4.1 冶炼工艺
1)提高转炉作业率，缩短冶炼周期可降低冶炼电耗，如图2所示。
图2 宝钢冶炼周期与冶炼电耗的关系
2)优化冶炼工艺。转炉煤气的回收量，首先取决于煤气的发生量，稳定的煤气发生量，是影响煤气回收的先决条件。
合理的装入制度、供氧制度、造渣制度，能够促使吹炼过程平稳升温，煤气平稳产生，避免CO骤然升降，同时，熔池平稳的升温，能够避免熔池中FeO聚集，提高氧气的利用率，降低氧气消耗，减少转炉烟气中CO波动，有利于煤气回收。
合理的操作也是影响煤气回收的重要因素之一。同样的设备，不同的操作人员，在吹炼终点钢中碳含量相同的情况下，由于吹炼过程中升温制度和炉渣返干程度的不同，其终点钢水氧含量、渣中FeO含量有很大的差别，其消耗的氧气量也将有很大差别，这是因为吹炼过程控制不当影响了氧气的利用率。另外，吹炼过程中出现炉渣返干，势必会恶化氧气的传质条件，使熔池碳、氧反应变慢，烟气中CO%含量降低，同时一部分氧气会直接进入转炉烟气，影响转炉煤气回收。
3)缩短钢包周转时间，使出钢温度降低，降低工序能耗。
4)采用蓄热燃烧技术烘烤钢包，实现钢包烘烤节能。
5)采用计算机终点控制技术和转炉冶炼计算机动态模型技术，如武钢采用计算机终点控制技术，氧气消耗从57Nm3/t下降到50.9Nm3/t工序能耗降低14kgce/t钢；
4.2 设备保障
1)二文喉口自动调节，保证炉口微正压(0~20Pa)。炉口保证不了微正压是造成CO%低的主要原因，保证炉口微差压自动调节系统正常运行，波动在±5Pa是保证转炉煤气中CO%的主要因素。对炉口始终采取正压控制，生产中将压力波动范围控制在±5Pa左右。精心操作使风机转速在吹炼前、后及回收期采取分段控制，使煤气回收顺利进行。
2)优化二次除尘风机运行参数。根据转炉吹炼前、中、后期产生烟气量的不同来动态调整二次除尘风机的运行参数，实现节电。
3)采用蓄热燃烧技术烘烤钢包，实现钢包烘烤节能。
4)加强设备维护，减少煤气放散比例。
5)采用转炉干法除尘，提高煤气质量，降低能耗。
5 转炉余能回收存在的问题
5.1 转炉煤气回收的影响因素
5.1.1煤气柜满造成放散
1)煤气柜容量相对较小，后续用户配置设计不合理；由于转炉炼钢的间歇式生产与转炉煤气用户使用的连续性是一对矛盾，而转炉煤气柜的容积又十分有限，当炼钢吹炼时回收的煤气量与用户使用的煤气量无法匹配时(回收大于消耗)，就会造成转炉煤气柜满而无法继续回收。
2)转炉煤气热值相对较低，用户使用转炉煤气的积极性不高；
3)转炉煤气含尘量波动大，用户烧嘴易堵。
5.1.2 气体检测仪故障造成煤气回收量降低
根据宝钢煤气回收的经验证明，CO及O2检测仪、气体分析仪等故障，无法正确测试气体浓度而放弃回收，占煤气放散比例的7%~9%。(吹炼时CO浓度较高，更换CO检测取样过滤器会造成煤气泄漏和中毒，更换只能在吹炼结束后进行)。
5.2 转炉蒸汽回收的影响因素
造成转炉蒸汽放散的原因主要是后续用户的使用问题。
6 转炉余能利用途径探讨
影响转炉余能利用的主要因素是后续用户的开发，转炉煤气由于其热值相对较低和含尘量波动大，以致于使后续用户产生抵触情绪，能否将转炉煤气与高炉煤气、焦炉煤气混合使用，以及将转炉蒸汽与本地区冬季取暖并网、将转炉蒸汽用于石灰回转窑等，有待于进一步探讨，从而解决转炉余能回收的制约因素。
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