鐵包烘烤器節能實踐

張 建 魏繼東 沙遠洋 任曉彬 王洪璐

(1.首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司煉鐵作業部，2.首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司制造部)

首鋼京唐公司一期300 t鐵包烘烤器8臺、二期200 t鐵包烘烤器6臺，合計14臺。一期8臺鐵包烘烤器都是普通的直燃式，由于直燃式烘烤器對空氣和煤氣都不預熱，而且控制系統落后，存在冒火現象，能量逸散嚴重，燃燒過程中高溫煙氣余熱未回收，能耗較高，不利于能源的有效利用和環境保護。因此，公司于2020年對一期8臺300 t鐵包烘烤器進行蓄熱式改造，實現了34.5%的節能率[1]。

為了保證鐵鋼界面的平穩，14臺烘烤器的作業率在95%以上，時刻保證在短時間內上線10臺鐵包的能力。每年用于鐵包烘烤器的焦爐煤氣消耗仍然極大。據統計，2021年京唐公司鐵包修砌作業區的焦爐煤氣耗用量高達5 000萬m3以上，平均每天138 453 m3，甚至單日最高可達160 000 m3以上。單是用于鐵包烘烤器的焦爐煤氣一項，每年支出就高達3 000萬元。此外，烘烤結束后不能立即上線的周轉鐵包，由于長時間的中火保溫，可能導致再次上線時鐵水在鐵包內翻騰[2]；而大修包過度烘烤，則可能造成工作層耐材在運行初期劇烈剝落。從長期角度來看，過度烘烤在較大程度上限制了鐵包的長壽與安全運行。

文章分析了影響鐵包烘烤器能耗較高的因素，從生產運行角度提出若干可行性措施，降低了焦爐煤氣消耗和鐵包耐材的過度烘烤，為鐵包的長壽和安全運行提供了有力保障，而且達到了節能降耗的目的。

1 鐵包烘烤器能耗高的原因

1.1 生產備包數量多

大多數情況下，高爐鐵水的生產能力超過煉鋼對鐵水的消化能力，或者進煉鋼廠房的鐵包數量超過出煉鋼廠房鐵包的數量，所以需要大規模鐵包上線。

鐵包在煉鋼廠內周轉時間長，是因為鐵包進出煉鋼廠主要依靠脫磷跨的鋼1線和鋼2線。該跨3臺天車負責鐵水進脫硫站、脫磷爐兌鐵及空鐵包返回運輸架車，3臺天車作業時的相互干擾較多，一定程度上影響了作業效率。同時，受到KR、脫磷轉爐周期匹配方面的影響，鐵包占用KR車時間長，導致鐵水無法及時進站脫硫[3]。

其次，煉鋼生產隨時可能波動，比如連鑄機斷澆、轉爐爐役檢修以及其他突發性故障等，烘烤器除了烘烤大修包之外，煉鐵部必須具備隨時在4 h內上線10臺鐵包的能力。因此，14臺烘烤器絕大多數情況下都在連續工作。

此外，需要額外投包上線還有高爐的原因。2021年之前，京唐公司一期2座高爐的爐缸活躍度與預期值始終有不小的差距，分析認為與多數時候采用2個鐵口對稱出鐵的方法存在一定的聯系[4]。當高爐爐缸的活躍性變差，會出現不同鐵口渣鐵量偏差較大的情況。某一個鐵口突然渣鐵量偏大，比其他鐵口多出1～2包鐵水，則會造成爐下配包緊張。在這種情況下，實際需要的鐵包數量要比正常的鐵包數量多，則需要額外的鐵包上線。

1.2 鐵包烘烤制度問題

1.2.1 大修包烘烤周期長

鐵包大修后需要進行自然干燥，其干燥程度主要決定于環境溫度與干燥時間，一般要求砌筑完成后約7 d自然干燥養護，方可進行烘烤。但是，京唐公司生產節奏緊湊，大修包的干燥養護時間為24 h，遠低于其他企業的標準。尤其在冬季溫度和氣壓低時，澆注料表面水分排出的速度和比例要更小[5]。

沿襲早期烘烤制度，京唐公司大修鐵包的烘烤周期長達84 h，而業內其他鋼鐵廠的大修包烘烤周期在72 h左右。常年保持較高作業率的背景下，烘烤器消耗的煤氣存在相當一部分浪費。

1.2.2 周轉包保溫時間長

規定周轉包大火烘烤8 h，包底溫度達到850 ℃以上即可上線。生產數據表明，在烘烤結束后8 h內不能上線的周轉包比例高達50%～60%。烘烤結束后不能立即上線的周轉鐵包，不得不對其進行中火保溫。不僅增加不必要的能源消耗，而且長時間的中火保溫可能導致殘留于包底和包壁表面的脫硫劑或脫流渣與鐵包工作層耐材發生某些化學反應，再次上線時鐵水在鐵包內翻騰的概率增大。這種鐵包內的鐵水翻騰不僅不利于環保工作，而且極有可能導致鐵包耐材的異常侵蝕，嚴重制約鐵包包齡和安全運行。

2 節能降耗措施

2.1 動態輪換停用烘烤器

生產模式分為正常模式、檢修模式和極端模式，根據高爐生產能力、煉鋼/軋鋼消納鐵水能力及鐵包周轉情況計算出理論上合適的在線周轉鐵包數量，分別建立了不同生產模式對應的備包模式。正常模式下，有計劃地輪換停用大、小鐵包烘烤器各2臺，即在8臺300 t鐵包烘烤器下留出2臺烘烤大修包，保證4臺烘烤備用包；在6臺200 t鐵包烘烤器下留出1臺烘烤大修包，保證3臺烘烤備用包。根據鐵水包高效周轉原則、高爐出鐵量與爐下配包匹配原則及煉鋼廠內鐵包“先進先出”原則進行優化生產組織，尾包及時補滿，有效減少鐵水包數量，加快鐵水包周轉，壓縮空包時間[3，6]。一旦煉鋼部或鋼軋部生產有波動，立即切換為檢修模式或極端模式，啟動已經停用的烘烤器，以準備足夠數量的鐵包，保障生產的平穩過渡。這種計劃性?？静粌H使鐵包備用數量與生產節奏形成了良性的動態匹配,而且避免了鐵包的過度烘烤,大幅節約能源。

2.2 改變出鐵方式

為了改善高爐爐缸的活躍性，京唐1號高爐試驗3個鐵口輪流出鐵。通過調整炮泥配方，打泥方式及調整沖渣水量、水壓的方法等技術手段，試驗取得了良好的效果，明顯改善了爐缸的活躍度，提高了出鐵、出渣的均勻性[4]，減少了額外上線鐵包的數量。

2.3 優化鐵包烘烤制度

2.3.1 延長大修包養生時間

大修包養生時間由24 h延長至48 h，有條件者甚至延長至60 h，增加包口澆注料表面游離水的排出比例。在冬季和早春氣溫低時，將大修包養生時間適度延長3～6 h，且拔下包口胎具后，將大修包置于?；鸬暮婵酒飨吗B生。一是可以利用?；鸬暮婵酒鞯拈L明火保證大修包的養生溫度，二是利用相鄰烘烤器的輻射熱能削弱低氣溫環境的影響。保證了砌體的游離水的排出比例，為縮短小火烘烤時間創造了條件，進而為中火加速升溫打下了基礎。

公司將大修包的烘烤周期從84 h縮短至72 h，如圖1所示。新的大修包烘烤曲線壓縮了小火和中火的升溫階段，增加了300和600 ℃的保溫過程，保證了烘烤初期水分緩慢、充分排出，避免了產生局部熱應力[7]。按照新的烘烤曲線試烤的大修包包殼溫度在220～250 ℃，包底溫度1 000～1 100 ℃，包殼氣孔無冒煙，滿足上線要求。

圖1 大修包修改后烘烤曲線

2.3.2 縮短備用包中火保溫時間

公司通過合理配置上線鐵包的包齡結構，進一步縮短中火保溫時間，降低能源浪費。目前，300 t鐵包包齡在230～240次之間，200 t鐵包包齡穩定在280次。根據鐵包的最終包齡，設置上線鐵包的包齡結構，使其老、中、青包齡比例基本維持在2∶3∶5的范圍內，具體如圖2所示。這樣的包齡結構不僅有利于所有鐵包均勻化使用，而且可以縮短備用包中火保溫時間。

圖2 在線周轉鐵包的包齡結構

在線鐵包熱檢崗位與鐵包修砌生產組織崗位緊密溝通，將在線周轉鐵包的包齡結構與烘烤器下備用鐵包的包齡結構建立服從性，形成一定的包齡對應關系，讓鐵包的下線從非計劃性逐漸向計劃性過渡，有效地減少了因不定時的中火保溫造成的焦爐煤氣浪費。經統計，2022年4月以后，鐵包的非計劃下線次數與前一年同期對比減少了15%。

3 節能降耗效果

通過上述針對性的措施，京唐公司鐵包烘烤器焦爐煤氣日均耗用量從2021年的138 453 m3降至2022年的123 023 m3，能耗降低了11%，如圖3所示。按年計算，節約563.2萬m3焦爐煤氣，折合成本518.1萬元。

圖3 焦爐煤氣日均消耗同期對比

4 結論

京唐公司分析了鐵包烘烤器能耗過高的原因，包括為了防止生產波動而備包數量多、大修包的烘烤周期過長、備用包的保溫時間較長等。采取了動態輪換停用烘烤器、改變高爐出鐵方式、縮短大修鐵包的小火烘烤時長與備用包的中火保溫時長、合理調配在線周轉包的包齡結構等針對性措施，不僅減輕了過度烘烤對鐵包耐材的氧化破壞，而且有效地降低了11%的焦爐煤氣消耗，理論計算每年可節約成本518.1萬元。