中國冶金報 中國鋼鐵新聞網
記者 趙萍 報道
“現今，綠色節能減排已成為鋼鐵工業發展最重要的科技創新任務之一。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，在鋼鐵行業能效標桿三年行動方案現場啟動會上，中國金屬學會電冶金分會主任、北京科技大學二氧化碳科學研究中心主任朱榮這樣說道。
會上，朱榮介紹了目前國內電爐煉鋼節能減排技術的最新進展，并分享了電爐煉鋼能效評價方法。
電爐煉鋼節能減排技術進展
“與國外相比，我國目前在電爐煉鋼技術及裝備整體研發上還有很大差距。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系，此外國內電爐廢鋼用量、環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單元技術都有所涉及，包括原料結構優化、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，在原料結構優化方面，全廢鋼冶煉高級別鋼種受到廢鋼質量(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、高品質鋼冶煉技術。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，同時滿足高端板材生產的需要。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，朱榮介紹了國內外新型電爐煉鋼目前的指標情況。一是量子電爐。“量子電爐在長江以南一些民營企業得到了應用，目前大概有10余臺量子電爐存在，但投產的還沒有這么多。”他介紹，從使用的情況來看，指標比較理想。二是常規電爐。他說道，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異，且其余熱可用來發電。三是水平加料電爐。“水平加料電爐是國內應用最多的一種電爐，目前已經實現了國產化。”他介紹，這種電爐具有原料寬容性高、設備復雜程度不高等優點。四是SHARC電爐(雙豎井廢鋼預熱直流電弧爐)。“這個電爐目前在石鋼應用了兩臺，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能能效。
從電能能效影響因素分析來看。“電能能效指標范圍界定包括電線路效率（從系統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，要經過設備、操作、冶煉3個層次。通過分析這3個層次的能效狀況，可以得知當前電爐的電能利用狀況，查找供電方面存在的問題。
從化學能能效影響因素分析來看。朱榮介紹，化學能供給到電爐中，同樣也經歷設備、操作與冶煉3個層次，分別反映了從設備到操作，再到冶煉效果的情況。通過對化學能能效進行分析可以得知當前電爐的化學能利用狀況，查找與分析化學能供給上存在的問題。
“對此，我們針對性地開發了電爐煉鋼能效碳排評價系統。該系統具有能效評價、碳排核算、電氧匹配分階段優化等功能。”朱榮介紹，該系統可針對電爐運行過程中的幾大關鍵單元操作進行綜合評價，并提出改進優化方案，具有3大特點。一是從關鍵單元操作角度出發，對電爐進行綜合能效評價，反映電爐的真實設備與操作水平。二是針對不同冶煉階段的電氧匹配狀況進行分析優化，有效提升能效水平。三是針對多元爐料結構可進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，朱榮介紹了該系統的運行原理。
一是基礎數據調研和統計。通過對目標電爐進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儀器，對電爐冶煉過程的用電情況進行在線實時監測與記錄，并進行大數據海量分析。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、用電能效狀況進行評估。
三是分階段能效評價。根據實際生產的海量數據(供電、供氧、噴粉、加料等)，結合冶煉任務進行冶煉時段劃分。利用該系統對各階段電能和化學能效率進行計算評價，分析冶煉操作與能效之間的關系，并分析各階段電氧匹配與供需關系情況，查找冶煉過程中影響能效提升的薄弱環節。
四是電—氧匹配優化。將供電和供氧集成考慮、配合使用，有效提高生產效率和能量利用率。針對不同爐料結構，該系統通過能量需求確定化學能與電能各階段供給任務，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測模型，對新規劃的操作曲線的效果進行初步預測。通過工業化實驗驗證曲線效果，再根據實際情況進行調整，最終獲得切實有效的電氧操作曲線，提高冶煉能效。
“目前，該系統已經在國內幾個鋼廠正式運行。”朱榮說道。
