高炉—转炉区段工艺技术界面热能工程分析
钢铁生产流程包含了化学冶金—凝固过程—冶金的物理过程等方面的变化过程，实现钢铁生产流程的总体优化必须遵循单体优化—区段优化—整体优化的原则。高炉—转炉区段工艺技术界面是钢铁生产过程中连接炼铁与炼钢两大工序的重要区段，起到承上启下的作用，也是关系到钢铁生产流程整体优化的关键区段。近年来，对高炉—转炉区段进行了广泛的研究，但研究主要集中在区段生产过程的物流调控、铁水供应质量及单体工艺设备优化及工艺技术的研究方面，而关于区段能耗和环境负荷分析与评价方面的研究却很少。钢铁生产流程的运行本质是物质流在能量流的推动下协调有序地运行，为此，本文选择高炉—转炉区段工艺技术界面进行热能工程分析，旨在为区段优化和流程整体优化提供有益的支持。
本文应用冶金流程工程学的运行动力学理论分析了高炉—转炉区段运行的物理本质，指出在高炉—转炉区段，高炉是“推力源”，转炉是“拉力源”，其中，高炉对转炉的推动力不仅表现在物质流量方面，而且更重要的是能量流的推力，高炉—转炉区段能够协调运行的重要的动力学特征是“推力—缓冲力—拉力”之间的动态平衡。利用这种力的平衡特性计算分析了高炉、转炉设备容量对应关系，分析了高炉—转炉区段缓冲力变化的规律和时间节奏的协调性。
由于高炉铁水输送—储存—预处理方式存在多种方法和不同组合方式，根据铁水储运装置、铁水预处理组织方式的不同将高炉—转炉区段工艺技术界面归纳为七种模式：小高炉—小转炉流程适用的受铁罐—混铁炉—兑铁包模式、受铁罐—倒罐—兑铁包模式、受铁罐/兑铁包共用模式、兑铁包/受铁罐铁水预脱硫模式和大高炉—大转炉流程适用的鱼雷罐铁水预脱硫模式、鱼雷罐铁水同时脱硫脱磷模式和出铁槽脱硅—鱼雷罐—兑铁包脱硫—专用转炉铁水脱磷模式(简称为专用转炉铁水脱磷模式)等。
通过对不同工艺技术界面模式的时间解析，建立了区段能耗与环境负荷的计算模型。从运行节奏、运行过程铁水温降、能源消耗和环境负荷等方面分析了高炉—转炉区段不同工艺技术界面模式的优劣，质疑了高炉—转炉区段混铁炉、鱼雷罐存在的合理性。分析表明，对于小高炉—小转炉流程而言，受铁罐—混铁炉—兑铁包模式是各界面模式中，不仅铁水温降和铁水消耗量最大的一种模式，而且能耗与环境负荷指标也最差。对于大高炉—大转炉流程而言，专用转炉铁水脱磷模式下的各项指标较鱼雷罐铁水预脱硫模式和鱼雷罐铁水同时脱硫脱磷模式好。两类流程相比较而言，又是大高炉—大转炉流程的各项区段指标均优于小高炉—小转炉流程。通过分析，得出了在高炉—转炉区段工艺技术界面铁水承接容器采用兑铁包更适合未来工艺技术界面的发展趋势的结论，并提出了两种未来可能的工艺技术界面模式：出铁槽脱硅—兑铁包脱硫—专用转炉铁水脱磷模式和兑铁包脱硫—专用转炉铁水脱硅脱磷模式。
对唐钢、宝钢两大钢铁厂的实际生产流程进行了分析研究，指出了实际生产流程存在的缺点，给出其改善的意见与建议。唐钢两个钢厂高炉—转炉区段各项指标的比较表明，高炉—转炉容量对应匹配是改善高炉—转炉区段工艺技术界面运行节奏的基础，采用与转炉容量对应的兑铁包承担工艺技术界面的各项功能是工艺技术界面优化的发展方向。宝钢两个钢厂流程都是大高炉—大转炉流程，但两者采用的工艺技术界面模式不同，比较分析表明，专用转炉铁水脱磷模式的时间节奏较快，各项指标也比鱼雷罐铁水同时脱硫脱磷模式优越。唐钢、宝钢两个钢铁厂的比较表明，大高炉—大转炉流程发展铁水“三脱”功能的界面模式是有利的。
基于转炉工序“负能炼钢”的特点，对转炉工序最小能耗做了专题讨论，提出了转炉工序最小能耗的概念。针对能源分析与计算的要求，提出了转炉工序能耗分析与评价的基准能耗方法。分析了小型转炉“负能炼钢”与转炉煤气回收存在的问题、小型转炉煤气回收量与大型转炉煤气回收量存在差距的原因及小型转炉实现负能炼钢应注意的问题。在目前的能源介质消耗水平下转炉工序要实现“负能炼钢”，对大型转炉工序而言，若蒸汽回收达到50kg/t，其煤气回收量则至少要达到86m3/t的水平；对小型转炉工序而言，若蒸汽回收达到60kg/t，其煤气回收量则至少要达到90m3/t的水平。
钢铁工业;高炉炼铁;转炉炼钢;能耗分析;环境负荷;冶金流程工程学
东北大学
博士
热能工程
殷瑞钰;蔡九菊
2005
中文
TF061.2
137
2006-08-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）