钢铁工业节能主要有淘汰落后产能、减少能源消耗和能源循环利用三方面途径,后两种途径与冶金自动化技术有关。其中,减少能源消耗的主要措施包括生产工艺和流程的改进和优化、采用节能材料和技术等;能源循环利用的主要措施包括物理能和化学能的回收利用、能量平衡和优化等综合节能。减少能源消耗和能源循环利用在炼铁、炼钢和轧钢等主要工序都有所体现。
炼铁工序。焦炉-高炉炼铁流程的生产工序多,设备复杂,建设投资高,是钢铁生产中耗能最多的工序,耗能量占总耗能量的35%左右,各企业都将炼铁工序作为节能工作的重点,主要节能措施有焦炉采用干熄焦技术、煤干燥技术和炼焦煤预热工艺等;炼铁高炉采用喷煤炼铁、高炉煤气余压发电、高炉干式除尘、热风炉余热回收等技术。
炼钢工序。炼钢节能技术主要集中在推广新工艺、淘汰陈旧设备和落后工艺,实行余能、余热回收等。前者有转炉淘汰落后的平炉炼钢、连铸取代模铸、采用铁水预处理和精炼技术;后者有转炉煤气回收和再利用、综合能量优化、电炉二次燃烧和废钢预热、钢渣热能回收等技术。
轧钢工序。轧钢工序是钢铁材料生产能源消耗的主要工序之一。在轧钢加工费用中,能源消耗占65%~70%。从轧钢生产主要工艺流程看,坯料加热、热轧、冷轧和退火是主要的能耗环节。其中耗能最大且节能潜力最大的是坯料加热工序,其次是热轧工序。坯料加热节能技术主要有铸坯(锭) 热送热装、加热炉结构优化、燃烧控制、烟气余热回收利用和加热炉计算机控制等。热轧工序节能技术主要有连轧、快速轧制、无头轧制、一火成材、热轧工艺润滑、轧制工艺优化、提高成材率、减少轧制间隙时间和提高轧机传动效率等。
2 满足钢铁工业节能需求的冶金自动化技术
(1) 先进的检测和控制系统是节能工艺和装备的使能条件。自动化装备能够保证节能工艺和装备发挥节能效果,如高炉喷煤需要多相流煤粉检测,煤气回收需要煤气分析仪,高炉煤气余压发电需要对煤气温度和压力的稳定控制等。自动化装备也是节能工艺和装备安全可靠运行的必要条件,以转炉煤气回收为例,转炉煤气是一种高毒性、易燃易爆气体,煤气的产生又是间断的,其质量、成分也在不断变化。为了保证煤气中的O2含量低于2%、CO含量高于45%,回收系统必须配有精度高、灵敏可靠的检测仪表、操作灵活的阀门及计算机自动控制系统。
(2) 电气传动设备本身的节能构成了钢铁工业节能的重要组成部分。钢铁工业中有众多的风机、水泵、皮带机及其它电机设备,其耗电量约占行业总用电量的50%以上。这些设备中,有一半以上的工作负荷周期性变化,如转炉排烟机、高炉除尘风机、冲渣水泵、皮带运输机等。一些企业仍采用落后的方式调整这些设备的负荷,浪费了大量的电力。采用交流变频调速等自动化技术,可取得节电20%~40%的效果。
(3) 先进的过程控制是节能降耗的重要手段。利用数学模型和智能控制理论对工业炉窑进行计算机优化控制,可直接取得钢铁行业显著的节能效果,典型例子有高炉专家系统、转炉炼钢终点控制模型、电炉能量输入优化模型、智能精炼炉控制系统、加热炉优化控制模型和模糊控制系统等。此外,先进的过程控制能提高产品质量、减少设备故障、保障生产顺行,可间接达到节能降耗的目的。