1 前言

　 2004年，我国钢产量超过了2．7亿吨，相当于美国、日本、俄国3个国家产量的总和，成绩是令人鼓舞的。然而我国还不是一个钢铁强国，高端产品不足，吨钢能耗水平同发达国家平均水平相比仍有差距。目前，节能与环保是钢铁工业的重大课题，是企业生存发展的需要，是可持续发展的要求。中国钢铁工业的节能降耗工作主要以技术进步促进工艺结构调整，大幅度降低能耗，改善环境并使生产技术指标和经济效益显著提高。

　 2005年《政府工作报告》中指出：“坚决实现开发和节约并举，把节约放在首位的方针。鼓励开发和应用节能降耗的新技术，……”。1992年钢铁行业推行清洁生产，也就是推广环保节能技术，以达到目前节能降耗，减污增效的要求。在钢铁联合企业中将大量焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气用作燃烧气体和直接送到发电厂发电，是目前世界上普遍采用的节能方式。转炉负能炼钢是一项综合技术，可以节约能源、降低成本、改善环境、增加效益。早在20世纪70年代国内钢厂就成功地实现了转炉煤气回收，但是至今实现转炉负能炼钢的厂家并不多。国家“十五”钢铁规划提出 2005年全国转炉煤气吨钢回收70m³。显然，重钢面临的任务还十分艰巨。在此情况下只有采用科技手段适用技术，大力降低生产工序能耗，借鉴实现了转炉负能炼钢钢厂的成功经验，通过攻关达到公司实现负能炼钢的目标，为本公司的节能降耗，降本增效作贡献，为建立节约型社会贡献力量。

2 节能降耗与转炉煤气回收

2.1 节约工序能耗

　 我国钢铁工业把节能工作放在重要地位，并在千方百计节约能源方面取得了显著成绩。对于钢铁工业的节能，每道工序不仅要注意节能，还要注意降耗。“节能”指节约各工序所消耗的能源，“降耗”指降低本工序所消耗的各种原材料。只有既节能又降耗，才能收到良好的效果。工序能耗指钢铁工业各工序生产一吨合格产品直接消耗的能源量。在计算过程中，煤、油、气、电等各种能源的消耗量均按规定折算成标准煤重量。能源和原材料在钢铁生产的成本中所占比重很大。在其他条件下(如最终产品的品种)相同的情况下，只要钢铁工业是节能型的，它就必定也是效益型的。

2.2 回收转炉煤气

　 在转炉炼钢吹炼期间，转炉生产一吨钢水通常产生0．75G／J或＞80m³的转炉煤气。转炉炼钢过程中铁水中的碳与氧气反应生成一氧化碳，同时也有少量的碳被直接氧化成二氧化碳。碳氧反应后形成的含有CO、CO₂、N₂等混合气体称之为转炉煤气。

　 氧气顶吹转炉的煤气成分一般为：CO为45～65％，H₂＜2％，CO₂为15～25％，O₂为0．4～0．8％，N₂为24～38％。转炉煤气发热值在6500～8400kJ／m³。日本氧气转炉生产技术水平较高，其煤气发热值为8374kJ／m³。氧气转炉煤气温度一般在1400℃～1500℃，和1600℃。在吹炼过程中产生的转炉煤气不能排放到大气中。转炉煤气需要被冷却净化后收集在煤气柜中储存。即炼钢过程中产生的1600℃左右的烟气，经炉口进入固定式烟罩，烟气中约20％的一氧化碳与进人烟罩内空气中的氧气二次氧化，燃烧后放出大量的热，在转炉炉口部分燃烧，造成烟气温度在2000℃左右，故应加强对这部分余热的回收。烟气经双级文氏管除尘、降温后，烟尘量降至l00mg／m³以下，温度降至67℃以下。经过两次弯头脱水器、折流板脱水后再经煤气分析仪分析，将碳含量大于30％、氧含量小于2％的煤气，通过风机和回收切换装置输入煤气柜储存，并按需要提供给用户，用作燃烧气体。不合格的煤气进人烟囱点火放散。转炉煤气的发热值是高炉煤气发热值的2倍，焦炉煤气发热值的1／2。因转炉煤气技术装备水平和操作技术水平的不同，造成转炉煤气回收量波动较大，一般为每1吨钢回收的煤气量在50～100m³。3．5 m³转炉煤气相当于lkg标准煤，即回收3．5m³转炉煤气就降低了lkg标准煤的工序能耗。转炉煤气不含硫，含氢量也很少，是一种好燃料。转炉煤气的物理热可以通过余热锅炉来回收，所产生的蒸汽基本上能够满足炼钢工序能源消耗，实现负能炼钢，蒸汽可以用于炉外精炼工序中真空精炼。转炉煤气热值比高炉煤气高，可以用于热风炉烧炉，混铁炉、钢包等的烘炉，还可以用于轧钢加热炉、耐火材料厂炉窑的燃料，也可以用于发电。

3 转炉负能炼钢

　 众所周知，能耗是构成产品生产成本最主要的因素，如宝钢，其能源成本占生产总成本的20％。随着技术进步和节能降耗工作进一步深入，能源消耗总量将减小。不断的降低能源和各种其它消耗，以达到降低生产成本和提高产品竞争力，这是钢铁生产管理最日常的目标。据统计，2004年全国重点，企业吨钢转炉煤气平均回收量为42m³/t，最佳值为95 m³／t。宝钢转炉煤气吨钢回收量为95m³，是全国最高值；其次为鄂钢(88)、太钢(86)、本钢和石钢(85)、武钢(83)。首钢、湘钢、承钢、宝钢集团上海一钢在60m³／t以上。

3.1 实现负能炼钢的情况

　 负能炼钢的概念：在转炉冶炼过程中，把转炉冶炼中产生的炉气净化处理后回收利用，回收的能量(煤气和蒸汽)大于消耗的能量(水、电、氧等)，使转炉工序能耗(kg标煤/t钢)成为负值，即为负能炼钢。我国转炉负能炼钢的情况如表1。

　表1　 转炉负能炼钢的情况

时间，年(月)	企业名称	转炉公称容量，t	序能耗，kg标煤／t钢
1986	宝钢	300	-2．04
1989	宝钢	300	-1．05
1994	宝钢	300	-6．5
1999(3)	武钢	250	-1．06
1999(6)	武钢	250	-3．72
2000	武钢	250	-5．55
2004	武钢	250	-3．77
2003(1、2)	鞍钢	100	-3．62、-2．28
2002(9)	马钢	95	-0．6
2003	马钢	95	-0．5
2003	湘钢	80	-0．35
2003(7)	本钢	120	-0．66
2000	莱钢	25	-0．77

　

　 转炉负能炼钢是在转炉煤气回收水平不断提高的基础上，通过降低各种消耗能源介质的方法，使回收能量大于其消耗能量而得以实现的。各厂的转炉能源消耗组成比例和能源回收组成比例分别如表2和表3。

表2　 能源消耗组成比例％

企业名称	电	氧气	煤气	氮气	氩气	蒸汽	水	其它
武钢	28	31	18	6	6			11
宝钢	38	41				11．1		9．9
马钢	33	50	5	4			5
本钢	26．1	38．7	4	31			0．3

　

　表3　 能源回收组成比例％

企业名称	煤气	蒸汽
武钢	70	30
宝钢	81	19
马钢	55	45
本钢	79	21

　

3.2 各企业实现负能炼钢的具体措施

3.2.1 武钢

　 1988年武钢第二炼钢厂三座公称容量50t转炉全部投入煤气回收。采用OG(氧气转炉气体回收)法煤气回收装置。主要由烟气冷却系统，烟气回收系统和有关附属设备组成。武钢对原装置引进烟气含O₂、CO、CO₂测定装置；引进二文R-D的伺服装置及炉口微差压自动控制系统；改造R-D阀和煤气三通蝶阀；引进微机控制系统；更换风机，建贮气柜及柜后煤气加压、使用设施。采用全自动回收操作工艺。煤气回收流程如表4。　　　　　　

表4　 煤气回收流程

操作过程	下枪吹炼	→	降烟罩	→	开始回收	→	升烟罩停止回收
间隔时间		2min		2min		10～12min

　　　

　　　 煤气自动控制回收要求条件如下，缺一个条件微机将控制拒绝回收。

　　　 ①烟气O₂含量≤2％；

　　　 ②CO含量前期达到30％时，延时30s开始正式回收，冶炼后期CO＜40％则停止回收；

　　　 ③烟气流量＞12000Nm³/h；

　　　 ④氧枪下降到吹氧点；　　

　　　 ⑤贮气柜不在“柜满”位置；

　　　 ⑥氧气压力＞8．5kg／cm²；

　　　 ⑦氮气压力≥2kg／cm²；

　　　 ⑧一文水量＞70m³；

　　　 ⑨炉口微差压处于自动控制位置；

　　　 ⑩风机马达供电系统无故障。

　 武钢三炼钢厂250t转炉实现负能炼钢，转炉炼钢生产工序流程：铁水预处理→转炉吹炼→二次精炼。铁水运至三炼钢厂脱硫站按钢种计划100％进行铁水脱硫，铁水经扒渣后兑入转炉，转炉吹炼作业由计算机进行静态计算和动态控制，经副枪测温、定碳、定氧后确定吹炼终点，依照钢种技术标准要求进行合金化和二次精炼，合格钢水送连铸机浇铸。武钢三炼钢现代化全连铸炼钢厂实现能耗动态管理，在微机上编制《能源分析报表》，加强能源计量管理。通过减少煤气放散，使炉口微差压控制、风机转速、一文喉口开度等工艺参数更合理，提高转炉煤气回收水平，降低电力消耗。用全汽化冷却方式，提高蒸汽回收量，减少蒸汽和水的损耗。开展技术改造，降低设备故障率。提高煤气回收的操作水平进一步的工作方向：修改下副枪时氧气流量陡降的操作模式来达到增大煤气回收量；提高转炉煤气的发热值；减少精炼炉的处理炉次来节电；加强生产调度组织降低吨钢能源介质消耗。

3.2.2 宝钢

　 降低电力消耗的措施：改进风机运行，风机高速时转速为710r/min,功率3161kW，低速时转速535r/min，功率1730kW，比改造前使吨钢电耗下降：缩短冶炼周期，就意味着降低能耗单耗，尤其是电力。提高转炉煤气回收。回收条件：CO浓度达到40％，回收时间达到设定值，8万m³煤气柜当柜位到7．2万m³时，自动停止回收，烟气流量达到7万m³/h

　 时开始回收，小于5万m³/h后自动停止回收，煤气中氧气浓度要小于1％。转炉煤气达到以上要求时开始回收。设备正常运行是煤气回收的首要条件，用氮气替代压缩空气。提高操作工的水平。提出今后的工作主要采用干式除尘并将未回收显热加以回收，应用全密闭裙罩回收系统后煤气可以提高11m³／t钢，裙罩内燃烧率可由10％降至2％～3％。采用高纯度二氧化碳代替转炉复吹使用的氩气，加强管理降低氩气消耗，因为氩气的生产成本高于氧气和氮气，消耗1m³的氩气相当于消耗3．5kg标准煤。充分利用回收蒸汽减少放散，充分利用低温循环水。煤气自动回收程序如图1(略）。

3.2.3 鞍钢　　

　 今年一季度，鞍钢首次实现全转炉工序负能炼钢。“九五”以来，鞍钢在大规模的技术改造中，坚持环保设备与主体设备同时设计、同时施工、同时竣工投产；坚持大力采用无污染、少污染的新工艺、新设备，做到技术进步与节能降耗同步进行，做到从源头上削减污染物。回收废烟、废气用作二次能源，是鞍钢的着力点。2000年，鞍钢新建一套8万m³的转炉煤气回收系统，对一、二炼钢转炉煤气进行回收，回收后的煤气用于1780、1700、中板和中型等轧钢工序加热炉，年创效益2000多万元，从而结束了鞍钢转炉煤气放散的历史，既节省了能源，又减少了转炉煤气放散燃烧给大气造成的污染。在炼钢的同时，每炼一吨钢可回收蒸汽15．45kg，回收煤气20．32kg，回收的二次能源合计为35．87kg，大于转炉炼钢能源消耗量。从2003年12月起，鞍钢第二炼钢厂的3座百吨转炉实现了负能炼钢。2005年1月份，鞍钢又首次实现全转炉工序负能炼钢。2004年，鞍钢生产铁、钢均超过1000万t，钢材超过1000万t，实现利润超过100亿元，做到了钢产量持续增长，而原料和能源消耗却在下降，污染物排放量也大幅度减少。

　 鞍钢的转炉煤气回收方式为半燃法回收，特点是烟气温度高、煤气热值比降罩回收法低，设计吨钢回收量为80 m³。提高转炉煤气回收、余热蒸汽回收水平；降低氧气消耗，2002年吨钢氧耗55．41m³，通过降低铁水硫含量，采用五孔双夹角氧枪，缩短冶炼时间3min来降低能源消耗；优化生产的过程控制，降低能耗；改进用能设备来降低能源消耗；提高钢包寿命、优化烘烤和周转制度，降低煤气消耗。鞍钢通过不断调整、完善、提高炼钢技术水平实现了负能炼钢。鞍钢从长计议，提倡高投入、低运行的投资理念。

3.2.4 马钢

　 循环经济是解决资源、能源紧张，钢铁行业能耗高、污染较严重问题的有效解决方案。资源、能源消耗的多少，与钢铁企业的经济效益密切相关。马钢从生产的各个环节入手，全方位发展循环经济。负能炼钢是代表炼钢工序能耗水平的综合指标。从2002年开始，马钢在95t转炉上开展负能炼钢试验。对煤气回收量及热值、蒸汽回收量、吹炼氧耗进行数据采集，跟踪标定及对比分析，最终使95t转炉能源回收总量降至-0．2至-0．9kgce／t钢。马钢转炉负能炼钢攻关对策。规范煤气回收操作。煤气回收时，将活动烟罩降到位，防止大量空气被吸人烟罩内；煤气回收期，严格控制枪位，氧枪的提升严禁超过开氧点， 以防止枪位过高，造成氧气直接被一次风机吸走，杜绝煤气回收期间氧含量超标：煤气回收末期，停止吹氧30s提升活动烟罩；煤气回收系统设备自动控制。修改煤气回收工艺参数，延长煤气回收时间。CO含量大于25％允许回收，先降活动烟罩，后下氧枪，煤气回收时间提前40s。炉口微差压控制，当罩口压接近于零并稍偏于微正压时(煤气回收期，烟罩内压力宜控制在0～20Pa)，较少量空气被吸人烟罩内，CO烧损率低，煤气热值较高。采取可行措施，最大限度地回收汽化蒸汽。依靠科技进步，大力降低电力消耗。抓好风机的运行管理和技术进步，也就抓住了降低工序能耗的主要环节，在PLC控制系统中增加转炉一次风机自动减速功能。采取有效措施，进一步降低各种能源介质消耗。提高职工节能降耗降成本，杜绝浪费增产增效益的意识。提出今后的工作重点，是降低电力和煤气消耗。电机变频调速非常适用于负荷变化频繁的转炉风机，节电效果达50％以上。采用高效烘烤装置(如蓄热式)保证包罐的合理周转、减少在烘烤点的待用时间以降低煤气消耗。今后转炉顶、底复吹，副枪操作、自动化炼钢等先进技术的应用将促进转炉进一步缩短冶炼周期，提高炼钢质量，增加能源回收。

3.2.5 湘钢

　 提高回收转炉煤气水平。由PLC控制的炉口微差压技术和转炉闭罩吹炼相配合，使用液压装置驱动二文喉口，它的开度根据炉口微差压值自动进行调节，煤气以l00m／s高速通过喉口。炉口微差压自动调节的控制范围在土20Pa。炉口压力控制在+5Pa。采用全密闭裙罩回收，时间为11min。充分回收烟气的显热。采用了低压与高压全汽化冷却相结合。优化用能模式、能耗计算机动态分析技术、能源数据的日分析、注重环境保护，提高转炉除尘效率。总之，湘钢通过先进技术的开发和应用，开源与节流并举，既不断提高转炉煤气、蒸汽回收水平，又降低转炉的能源消耗，采用各种节能新技术，利用科技进步，优化用能模式实现了负能炼钢，预期2004年达到负能炼钢-5kgce／t钢。

3.2.6 本钢

　 本钢认为实现负能炼钢要增加外供蒸汽量，提高转炉煤气回收量和热值，降低氮气消耗。生产的综合管理，转炉煤气回收，提高煤气回收量，动态凋整煤气起、停收CO设定值，目的是达到煤气回收量与热值合理匹配的运行。提高煤气热值。降全罩吹炼(烟罩下降高度为550mm）。减少一氧化碳与空气中氧燃烧，提高煤气中CO含量，改善煤气热值。二文喉口自动调节，保证炉口微正压(0～20Pa)。在手动调节二文喉口开度时加强操作，合理控制烟气流量保证炉口微正压。改进二次除尘系统，提高二次除尘效果，有助于提高转炉煤气热值。实现饱和蒸汽外供。从2003年7月开始实现了蒸汽大量外供焦化厂、冷轧厂生产使用。采取有效措施降低能源动力介质消耗。加强操作，减少非生产用氧，减少热能损失，降低水耗、电耗。

3.2.7 其它钢厂情况

　 莱钢采用提高原料质量：降低铁水硅含量，使硅含量在0．7％左右；提高石灰质量，使CaO含量由原来的77％提高到88％以上，活性度由原来的250ml提高到340ml，吨钢石灰消耗由原来的105kg/t降低到55kg/t。采取系统节能措施，降低动力能源的消耗。对风机电机应用变频调速节电技术；降低氧气消耗；提高蒸汽回收和煤气回收。应用溅渣护炉降低耐材消耗，减少回炉钢，降低出钢温度等来降低能源消耗。并且实现节奖超罚的能源节约原则。终于在2000年底实现了负能炼钢。

4 国外的节能工作状况

　 1973年全日本转炉煤气回收量平均为25．2Nm³/t钢。由于OG法不断改进完善，转炉煤气回收量逐年提高。1985年3月新日铁开发了密闭转炉吹炼技术，转炉煤气回收量从110Nm³／t钢提高到120Nm³／t钢，转炉煤气回收率从82％提高到88％，同年9月创造

了转炉煤气回收量141Nm³/t钢的新纪录。回收热量为转炉工序能源消耗的两倍。新日铁君津厂1988年1～9月转炉工序能耗为-6．27kgce／t钢。日本加古川厂对转炉煤气回收进行了改善转炉炉压控制技术。所谓炉压控制，就是将煤气管道内的气体压力控制在一定范围内，通过调整RSE(环形狭缝元件)，使管道内的煤气压力与设定值相同。当管道内的煤气压力过高时，煤气会从转炉活动烟罩排出，造成煤气回收的损失。相反，当管道内的煤气压力过低时，空气会从转炉的活动烟罩被吸人，使CO燃烧，造成煤气回收的损失。因此，应设定与操作状态相适应的炉压值，使管道内的煤气压力与该设定值相等，由此能提高转炉煤气的回收量。改善转炉炉压控制，通过操作数据的记录、物质平衡的解析和操作信息的收集，建立了炉压设定值的曲线图。利用此曲线图构建了用于设定最佳炉压值的实验系统，并进行了实机应用实验。实验结果表明，可减轻操作人员的劳动负荷，确立了提高CO回收量的技术。通过收集转炉炉压控制的操作数据，进一步改善了炉压控制系统。由于构建了用于设定最佳炉压值的实验系统，并在实机进行了应用实验，结果表明可提高CO回收量。

　 据俄刊介绍，在节能方面的最新研究文章有：“燃料—能源、资源利用率指标标准化的问题”，“西西伯利亚钢铁公司2号氧气转炉车间转炉煤气燃烧系统的改造”，“新利佩茨克钢铁公司节能方面的积极工作”，“乌克兰企业降低冶金工艺动力消耗量的措施”，“冶金节能部分科学—实践会议的方案”等。他们做的工作主要是大力宣传节能思想，节约转炉炼钢工序消耗的各种能源介质，依靠提高能源和二次能源资源的利用率，降低产品生产的能源消耗、在生产过程中采用现代化的节能工艺，降低生产产品成本结构中的能量部分，交流节能的经验。在“新利佩茨克钢铁公司节能方面的积极工作”一文中提出，节能是以有效利用能源为目的的经济、法律、科学、技术的综合措施，能使任一企业解决许多重大问题，其中就是保证生产的能源安全，降低产品成本，减少温室气体排放。新利佩茨克钢铁公司有效利用能源的问题在二十世纪80和90年代就已解决，但在1999年燃料动力综合体建立了节能部门。2001年建立了节能中心，研究目标是通过实施节能措施、工艺和设备，保证生产规定质量产品并且消耗量最小。文章涉及能源计算的发展、标准化、节能、有效利用燃料气体、有效利用蒸汽、有效利用饮用水、有效利用余热供暖水和供热网化学净化水的热能、有效利用氩气、有效利用压缩空气。该公司建立的节能管理体系，能保证在公司所有工序稳定地降低产品的耗电量。

5 结语

　 转炉负能炼钢是一项系统的综合节能技术。各钢厂因设备和具体条件的不同，操作上有不同的要求和着重点，但共同点是通过风机改造来降低电耗，通过提高炼钢技术的操作水平来提高煤气和蒸汽回收量，降低氧气、电和各种能源介质的消耗量，最终达到回收能量大于所消耗的能量，实现负能炼钢。