CN104593540A - 转炉炼钢过程能效评估方法 - Google Patents

Abstract

一种转炉炼钢过程能效评估方法，属于钢铁企业能效分析技术领域。根据转炉冶炼的工艺过程、以及若干历史数据找出影响转炉冶炼工序能耗的因素，并对其进行分类；找出关键影响因素对能耗的影响系数并确立基准能耗值和转炉生产活动的基准工况；以基准工况为标准评估实际工况下的转炉能效水平。为钢铁企业了解自身实际的能效水平提供依据。

Description

转炉炼钢过程能效评估方法

技术领域

本发明属于钢铁企业能效分析技术领域，尤其涉及一种转炉炼钢过程能效评估方法。

背景技术

冶金流程工业是能源的主要消耗者，节能降耗一直是冶金企业降本增效的重要途径。近几年，钢铁企业正面临产能过剩和环境污染的双重压力，通过控制能源消耗节约成本更成为钢铁企业的必经之路。转炉炼钢是炼钢的方式之一，也是近几年世界各大钢铁企业的主要炼钢方式。由于转炉炼钢工序不需要额外消耗燃料，而且其自身可以回收大量的转炉煤气和蒸汽，因此能够实现负能炼钢，从而使整个钢铁生产长流程的工序能耗下降。

然而，由于我国钢铁企业众多，各个企业内部设备类型、生产组织、能源结构、原材料和产品结构之间都有很大差异，而转炉冶炼过程中涉及的能源介质种类繁多、对能耗有影响的因素也很多，既有直接影响因素如吹氧量、煤气回收量，又有间接影响因素如铁钢比、铁水温度等。要想比较不同炉次、不同转炉甚至不同企业之间的转炉冶炼工序能耗时，简单的使用折标煤后的吨钢能耗直接进行比较并没有太大的实际意义，只有在基准一样的前提下，综合考虑各个比较对象的自身差异后，相互比较才有意义，比较的结果对企业才具有说服力。因此，提出一种合理的、可比的转炉能效分析方法对评估某个转炉多个炉次的吨钢能耗或某个企业的转炉吨钢综合能耗在行业中的实际水平有重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转炉炼钢过程能效评估方法，要解决的技术问题是针对不同企业之间转炉冶炼工序能耗及同一转炉生产不同炉次钢水的吨钢能耗不可比，没有基准作为参考等问题提出了一种解决上述问题的转炉冶炼工序能效评估方法，旨在为钢铁企业了解自身实际的能效水平提供依据。

本发明的技术解决方案是：根据转炉冶炼的工艺过程、以及若干历史数据找出影响转炉冶炼工序能耗的因素，并对其进行分类；找出关键影响因素对能耗的影响系数并确立基准能耗值和转炉生产活动的基准工况；以基准工况为标准评估实际工况下的转炉能效水平。具体包括以下步骤：

(1)获取本评估方法所需的支撑数据：一、待评估对象(转炉)的基本设计参数，主要包括转炉公称容量、炉容比、炉龄、氧枪供氧能力等，该部分数据来源于企业工艺设备的设计说明文档；二、6-12个月的生产过程数据和能源消耗数据，主要是指统计时间内转炉设备所有的生产活动涉及到的生产过程数据，以炉次为单位作为一条样本数据，重点包括炉次冶炼的钢种、温度、重量、成分、铁钢比、吹氧时长、冶炼时长、补吹次数、氧气、氮气、氩气、天然气(煤气)、循环水的消耗等(各企业的能源结构可能会有所不同)，这部分数据来源需要企业的MES系统和精细数据采集系统作支持。另外，本评估方法还需要统一的能源介质折标准煤系数，一般以最新的国家标准为标准。

(2)对步骤(1)得到的除各种能源实际消耗量以外的所有因素作为可能的影响转炉冶炼工序能耗的因素，按照各因素的属性将其分为四类，设备因素、操作制度因素、物质流因素和能量流因素。设备因素主要指转炉设备的工艺设计参数，这类参数直接决定了转炉冶炼能耗的水平，如公称容量、炉型、炉龄、二次除尘风机转速、功率、利用率等，在比较不同类型的设备时，需要修正该类参数对能耗的影响；操作制度因素主要指两个或多个对比炉次的生产节奏差异、检修和事故差异、煤气蒸汽回收限制条件及因操作工操作准确性和及时性带来的差异等。如炉次为检修或停产后的第一炉、炉次本身为事故炉次、操作工对煤气蒸汽回收的条件设定过低造成回收变少等，这类因素会给两个炉次之间的比较造成很大影响，因此要将这类因素考虑在内；物质流因素是指每一炉次生产中碳元素的变化给能耗带来的影响，根据前人的研究表明物质流因素对能耗的影响极大，本发明也将其作为重点能耗影响因素，主要有铁水比、铁水碳含量、钢水碳含量、产量、炭质发热剂加入量、钢种等。能量流因素是指每一炉次生产中热量的变化给能耗带来的影响，与物质流对应，也是能耗的关键影响因素，本发明将其视为重点能耗影响因素，主要有铁水温度、钢水温度、转炉煤气回收比、蒸汽回收率、空气吸入系数等。更佳地，根据待评估对象的性质对影响因素的重要性进行排序，如果是不同类型转炉设备之间的比较，则重点考虑设备因素和操作制度因素；如果是同一转炉设备各炉次之间的评估比较则重点考虑物质流和能量流因素。

(3)将步骤(2)已分好类的影响因素，逐一进行计算，确定影响转炉综合能耗的较为完整、精确的影响因素，分析影响因素对能耗水平的作用力大小，即计算各影响因素对能耗的影响因子大小。对不同类别的因素，本发明方法采用不同的计算影响因子的办法。对设备因素，其对能耗的影响采用间接因子替代法，将设备类型差异转换为几个关键的设备运行参数，如炉容比、供氧强度、冶炼周期、日利用系数等可以量化的指标，作为新的影响因素。对操作制度因素，本发明方法采用校正因子的方法将这些因素的影响考虑进来，校正因子的计算根据实际生产情况确定，以正常生产条件下的平均能耗水平为各个因素的标杆值，将所有因异常操作引起的能耗折标后累加作为校正因子，q_i表示受影响的能源介质损耗量，k_i表示该介质的折标煤系数。对新的替代后的设备因素、物质流因素和能量流因素，分别以转炉冶炼工序能耗或各能源介质实际能耗为因变量，某一类或多类影响因素为自变量，以步骤(1)所获得的炉次样本数据为样本，采用逐步回归的方法，建立能耗与影响因素之间的线性回归模型，得到实际有影响力的因素及影响因子的大小。逐步回归模型计算由计算机进行实现。

(4)根据待评估对象(某个转炉设备)在实际生产中的最普遍的外部条件和最好的内部条件组成的工况确定待评估对象的基准工况。其中，外部条件主要涉及物质流的各种属性，如原料条件、产品条件、产量等，属于物流因素，物流主要是转炉冶炼的上下游工序即铁水预处理和炉外精炼工序决定的；内部条件指技术操作水平、生产管理水平、设备运行维护水平等直接关系设备的能耗水平，属于能流因素，主要由转炉冶炼工序本身决定。基准工况即指一般性正常生产的生产参数，工况参数集为影响因素集的子集。如选取某个特定的钢种，统计一定时间内正常生产的转炉冶炼物流数据，如铁水比、铁水碳含量、钢水碳含量、炭质发热剂加入量、产量等因素的平均水平为最一般的外部条件，作为物流基准；以统计时间内的冶炼能流数据中能流因素的最优值(即同等条件下，使转炉冶炼能耗最小值即为最优)作为能流基准工况。

(5)利用上述步骤(3)和步骤(4)的结果，将待评估的两个或多个实际工况下的生产参数均折算成基准工况下的相对应的值。具体计算步骤如下：

(5.1)将待评估炉次的物质流因素、能量流因素的实际工况与步骤(4)建立的基准工况相比较，得到与基准工况的偏差Δq_i；

(5.2)利用步骤(3)得到的每种因素对能耗的影响因子Δ_i，乘以(5.1)计算得到的该因素的偏差值，得到该因素的变化对能耗的影响Δq_i·Δ_i；

(5.3)如果待评估炉次有操作制度上的因素对其造成影响，应根据3.2)方法计算该炉次能耗的校正因子σ；

(5.4)计算标准工况下，待评估炉次生产过程的吨钢综合能耗，

经过以上四个步骤，可以得到待评估对象的同一基准工况下的可比能耗值。

(6)本发明利用两级能效评估指标体系对以上结果分别进行评估比较，其中一级指标为转炉冶炼吨钢综合能耗；二级指标体系中的指标有吨钢电耗、吨钢氧耗、吨钢耗新水、吨钢煤气回收和吨钢蒸汽回收。计算以上指标体系中的各级指标的基准值，对比不同设备或不同炉次钢水的基准能耗值，判断转炉设备或生产过程的能效水平高低，同一工况下，基准能耗越低，说明其能效水平越高。

步骤(1)中需要收集的基础数据资料包括1.1)：

转炉冶炼工序一般包括转炉本体、除尘风机、煤气回收装置和蒸汽回收装置，转炉能耗的高低与主体设备的基本参数有关，如转炉公称容量、炉容比、设计生产能力、底吹和供氧能力等转炉主体基本设计参数，不同容量的转炉其吨钢能耗有很大差别；转炉二次除尘风机的功率、转速等参数对辅电有较大的影响。对同种型号、大小的转炉在不同的企业平台，由于受其能源结构、原料结构、产品结构和操作水平等因素，其能耗水平也有差异，因此本方法还需要考虑实际生产工况，如转炉铁水比(或废钢比)，不同企业的原材料结构不同，铁水和废钢的比率影响最为明显，铁水比升高使煤气回收量增加，氧耗降低；冶炼周期短可以降低电力消耗；吹氧时间短可能降低耗氧量；转炉煤气和蒸汽回收率及回收条件的差异，会影响煤气回收量及回收煤气热值；原料条件、钢种和煤气吸入系数是影响氧气消耗量和转炉煤气回收量的主要因素。其中，空气吸入系数大小既影响煤气量又影响煤气热值，是影响转炉煤气回收量的重要因素之一。计算吨钢能耗或总能耗时需要将介质能耗转换成标准煤，因此，还需要统一每种能源介质的折标煤系数。

步骤(1)中需要的基础数据还包括1.2)：

由于不同转炉甚至同一转炉设备生产不同炉次钢水时，其入炉铁水的初始条件及冶炼终点的钢水条件不尽相同，本方法还需要一定数量的生产过程数据，以炉次为基本单位，统计一段时间内每一炉次生产的过程数据，包括铁水碳含量、铁水温度、铁水成分、钢水碳含量、出钢温度、钢水成分、炉龄、吹氧时间、冶炼时长等过程信息，以及计算每一炉次钢水能耗所需的各种能源介质的统计开始时间、统计结束时间、统计时间内氧气、电、氩气、水、空气等能源介质的实际消耗量。这些数据需要工业现场提供计量仪表、PLC等设备对能源消耗点进行数据采集，企业数据平台服务器提供关系数据库、实时数据库等数据收集平台的支持。

步骤(2)中列举所有可能的影响转炉设备能耗的因素，以及对影响因素进行归类。具体分类办法如下。

按设备、操作、生产过程参数等差异可将影响转炉冶炼工序能耗的影响因素划分为以下四类：

2.1)设备因素：公称容量、炉型、炉龄、二次除尘风机转速、功率、利用率等。该类因素主要用于本发明所述方法中评估不同炼钢厂不同型号的转炉能效时要重点考虑的因素。如果用于本发明所述方法评估同一转炉不同炉次之间的能效时可以忽略此类因素。

2.2)操作制度因素：正常节奏差异、是否有检修和事故等影响、煤气蒸汽回收限制条件等。该类因素重点用于本发明所述方法中评估不同型号转炉的能效，考虑到不同企业的生产制度有所区别，正常的节奏或煤气回收限制条件不同，对煤气回收量和热值有很大影响，而煤气回收量和回收煤气的热值对吨钢综合能耗影响重大。如果用于本发明所述方法中对同一转炉不同炉次的能效评估时，可以忽略上述因素，认为它们没有差异，但如果生产炉次正好处于刚检修完或者属于事故炉次，这时应该综合考虑检修和事故对能耗的影响来评估该炉的能效水平。

2.3)物质流因素：铁水比、铁水碳含量、钢水碳含量、产量、炭质发热剂加入量、钢种。物质流因素是转炉冶炼过程每一炉次的钢水都必须涉及的明显特征，物质流以转炉冶炼过程中碳元素的变化为特征的，而碳元素的变化量对煤气回收及出钢温度等有显著影响，因此其对吨钢综合能耗的影响十分显著，是转炉吨钢能耗最主要的影响因素之一。凡是涉及使钢水碳元素增加或减少的因素都应该归为物质流因素。在用本发明所述方法评估同一转炉不同炉次钢水能效时应该重点比较物质流因素对能效水平带来的影响。

2.4)能量流因素：铁水温度、钢水温度、转炉煤气回收比、蒸汽回收率、空气吸入指数。同物质流一样，能量流也是转炉冶炼过程每一炉次钢水都涉及的明显特征，能量流以转炉冶炼过程中热量(或温度)的变化为特征，温度变化会影响转炉冶炼的节奏，可能增加能量消耗，也可能使回收热量增加，其对吨钢能耗水平的影响也十分显著，是转炉吨钢能耗最主要的影响因素之一。凡是涉及使钢水温度发生变化或热量增加或流失的因素都应该归为能量流因素。在使用本发明所述方法评估同一转炉不同炉次钢水能效时重点比较能量流因素对能效水平带来的影响。

步骤(3)中，对步骤(2)中列举的各类影响因素分别计算其对综合能耗的影响程度，不同类型的影响因素有不同的计算方法，具体内容如下：

3.1)对本发明方法所述2.1)中设备因素对能耗的影响采用间接因子替代法，由于不同型号的转炉设备其冶炼差异主要体现在炉容比、供氧强度、冶炼周期、利用系数、日历作业率等间接因素上，而无法直接计算公称容量对能耗的影响。

炉容比：指转炉腔内的自由空间的容积V(单位m³)与金属装入量(铁水+废钢+生铁块，单位t)之比。

供氧强度：指在单位时间内每吨钢的耗氧量，单位是m³/(t·min)，由公称吨位和炉容比来确定。

平均冶炼周期：炼钢作业总时间(min)/出钢总炉数(炉)；出钢炉数不包括全炉废品、全炉钢水回炉、事故回炉等。

转炉日历利用系数：指转炉在日历工作时间内，每公称吨位所生产合格钢的数量。

转炉公称吨位是指转炉设计总吨位，用于修砌和烘烤的炉座可不计算在内。日历天数是指在规定的实际日历天数，其中包括转炉大、中修停工的天数。

转炉日历作业率：指炼钢炉作业时间占日历时间的百分比。

二次除尘风机利用率：总除尘时间/总工作时间。

将不同转炉型号之间的比较转化为比较其过程参数对能耗的影响，量化了设备类型等差异。

3.2)对本发明所述步骤2.2)中描述的操作制度的差异，由于操作制度因素不会对能耗构成直接影响，通常情况下，煤气或蒸汽回收的限制条件会影响煤气回收量以及回收煤气热值。生产节奏及检修、事故等差异会对炉次的吨钢能耗有很大影响，在综合考虑两个不同的转炉或同一转炉的不同炉次的能耗时，需要考虑操作制度的影响，本发明方法采用校正因子的方法将这些因素的影响考虑进来，校正因子的计算根据实际生产情况确定，以正常生产条件下的平均能耗水平为各个因素的标杆值，将所有因异常操作引起的能耗折标后累加便为校正因子，q_i表示受影响的能源介质损耗量，k_i表示该介质的折标煤系数。

3.3)对步骤2.3)中物质流因素、2.4)中能量流因素对能耗影响的计算方法如下：

考虑到物质流和能量流因素参与每一炉钢水的生产，大部分因素直接影响转炉能耗的高低，因此，对以上两类因素分别进行整理，利用全部或部分因素作线性回归模型计算出每个因素的影响因子Δ_i，具体如下：

物质流：铁水比X₁、铁水碳含量X₂、钢水碳含量X₃、产量X₄、炭质发热剂加入量X₅。

能量流：铁水温度X₆、钢水温度X₇、煤气回收比X₈、蒸汽回收率X₉、空气吸入系数X₁₀。

转换后的设备因素，也可以作为影响转炉能耗的直接因素，因此，也可以利用线性回归模型求其影响因素大小。

设备因素：炉容比X₁₁、供氧强度X₁₂、冶炼周期X₁₃、转炉日利用系数X₁₄、转炉日历作业率X₁₅、除尘风机利用率X₁₆。

以步骤(1)中得到的基础数据1.2)为样本，一般需要6个月以上的炉次数据为样本观测数据，利用线性回归模型，计算以上因素变化一个单位时对吨钢综合能耗及其组成项的变化量。设有n个样本观测数据，每条数据包含炉次开始和结束时间内的物质流各因素的值、能量流各因素的值、设备因素值以及氧气Y₁、电Y₂、氩气Y₃、空气Y₄、水的消耗量Y₅，煤气回收量Y₆和蒸汽回收量Y₇，吨钢综合能耗Y。

针对以上多个能耗因变量和多个影响因素自变量，逐个建立每一因变量和所有自变量的线性回归模型，采用逐步回归的方法，以Y为因变量，X_i为自变量集为例，假设所有可能的自变量M-1个，观测样本数据由n组，通过逐个添加和逐个删除的办法，判断每个与因变量Y相关自变量X_i，并得到对应的影响因子大小β_i，可能的模型结果如下：

$Y={\mathrm{\β}}_0+{\mathrm{\β}}_{k_i}{x}_{k_i}+\·\·\·+{\mathrm{\β}}_{k_m}{x}_{k_m}---(3-1)$

上式说明，共有m个因素与变量Y相关，其对应的影响因子为。

应用以上逐步回归法计算每一个因变量Y_i，即能耗结果，在影响因素集X_i中找到影响该能耗的所有显著因素，并求出回归模型的β值，即影响因子大小，即为步骤(3)中所求的每种影响转炉工序能耗及其组成项的影响因素的影响因子Δ_i。

步骤(4)中，建立待评估转炉的基准工况，即对比标准。基准工况是针对某一企业某个特定转炉设备的生产状况提出的概念，主要用于本发明方法所述的评估同一转炉不同炉次的转炉冶炼能效水平。

步骤(4)中某个转炉的实际生产基准工况是指由实际生产中最普遍的外部条件和最好的内部条件组成的工况。其中外部条件主要涉及物质流的各种属性，如原料条件、产品条件、产量等，属于物流因素。内部条件，如技术操作水平、生产管理水平、设备运行维护水平等直接关系设备的能源消耗水平，属能流因素。基准工况下转炉冶炼的能耗(基准能耗)应该优于一般实际生产的转炉冶炼能耗。基准工况既具有普遍性又具有先进性，因此可将基准工况作为评估转炉冶炼生产条件的基准，而基准能耗既可以作为评估转炉冶炼工序能耗的基准，也可以作为企业近期的计划指标。

步骤(4)中建立转炉基准工况的具体方法如下：

对于同一转炉，不会涉及转炉设备的差异，因此不考虑设备因素的基准，事实上，不同的设备也很难设定设备因素的基准。基准工况主要从物质流和能量流两个方面设立，物质流属于外部条件，要考虑原料条件、产品条件等，因此不同的钢种应该设立不同的基准工况。选取某个特定的钢种，统计一定时间内正常生产的转炉冶炼物流数据，如铁水比、铁水碳含量、钢水碳含量、炭质发热剂加入量、产量等因素的平均水平为最一般的外部条件，作为物流基准；以统计时间内的冶炼能流数据中能流因素的最优值(即同等条件下，使转炉冶炼能耗最小的值即为最优)作为能流基准工况。

步骤(5)为在步骤(3)和(4)所得结果的基础上，对不同转炉或同一转炉不同炉次在步骤(4)所得基准工况的前提下，计算其能效值。涉及转炉能效评估问题大致有两类，一种是同一企业同一转炉在生产不同炉次的钢水时的能效水平的比较，判断某个炉次是否有能源浪费的情况，这也是本发明方法重点讨论的细化到炉次的能效评估应用。另一种则用于评估不同企业两个炉型相差不大的转炉的能效水平，这种情况通常受转炉的设备因素、操作制度因素的影响较大，本发明方法也对此类问题提出一种评估方法。

步骤(5)中解决第一类能效评估问题的方法，即同一转炉不同炉次的能效比较，主要使用以下步骤：

5.11)将待评估炉次的物质流因素、能量流因素的实际工况与步骤4)建立的基准工况比较，得到与基准工况的偏差Δq_i，设备因素可以忽略；

5.12)利用步骤3)得到的每种因素对能耗的影响因子Δ_i，乘以5.1)计算得到的该因素的偏差值，得到该因素的变化对能耗的影响Δq_i·Δ_i；

5.13)如果待评估炉次有操作制度上的因素对其造成影响，应根据3.2)方法计算该炉次能耗的校正因子σ；

5.14)计算标准工况下，待评估炉次生产过程的吨钢综合能耗，

类似地，还可以分别计算每种能源介质在基准工况下的炉次能源介质消耗量进行比较。

步骤(5)中解决第二类能效评估问题的方法，即不同转炉的能效水平高低比较，主要步骤如下：

5.21)在比较不同类型转炉时，由于很难对两个不同的设备因素根据其历史生产活动建立相应的基准，因此，本发明方法采取以国内外同类型转炉设备中先进的设备工作状态为基准，如以宝钢的炉容比、供氧强度、平均冶炼周期、转炉日历利用系数、转炉日历作业率等参数为待评估对象的基准值；

5.22)根据5.21)的基准值和待评估对象实际值计算其偏差量；

5.23)利用步骤3)得到的设备因素的影响因子计算，结合5.22)的偏差量计算设备因素对待评估转炉能耗的总的影响；

5.24)以待评估对象一般工况下的平均能耗水平加上其自身设备因素对其能耗的影响值作为可比较能耗值；

步骤(6)，即评估转炉冶炼工序能效水平主要使用两级能效指标体系。第一级能效指标是指转炉冶炼工序的吨钢综合能耗，即对每一炉次的生产过程，其生产1吨钢水在转炉工位所消耗的总折标能耗，单位为kgce/t钢，其计算公式如下：

$E=k_{O_2}\×Q_{O_2}+k_{\mathrm{ELC}}\×Q_{\mathrm{ELC}}+Q_{\mathrm{LDG}}-k_{\mathrm{LDG}}\×Q_{\mathrm{LDG}}-k_{\mathrm{ST}}\×Q_{\mathrm{ST}}---\left(52\right)$

式中，E-转炉工序能耗，kgce/t，

Q_ELC,Q_LDG,Q_ST-分别为氧气消耗量，m³/t；电力消耗量，Kwh/t；转炉煤气

回收量，m³/t；蒸汽回收量，kg/t。

k_ELC,k_LDG,k_ST-分别为氧气、电力、转炉煤气和蒸汽的折算系数。

Q_OTH-生产1t钢消耗水、蒸汽、氮气、氩气和焦炉煤气等辅助能源介质的总量，统称吨钢其他能耗，kgce/t钢

本发明所述方法步骤6)中第二级能效指标分别是吨钢氧耗、吨钢电耗、吨钢煤气回收和吨钢蒸汽回收。在本发明所述方法中，这两级能效指标都是指在基准下出去偏差量之后得到的可比的指标，得到以上指标后，可以比较不同转炉或不同炉次的能效水平高低，及每种介质的差别。

具体实施方式

以某钢厂100t转炉2013年7-12月的生产数据为基础数据，应用本发明所述方法评估不同炉次的实际能耗水平高低。

具体评估步骤如下：

(1)通过调研得到该钢厂待评估转炉的基础资料，包括转炉公称容量、炉容比、炉龄、氧枪供氧能力等，以及2013年7-12月份的生产过程数据和能耗数据。该转炉的公称容量为100吨。该转炉主要使用本厂高炉冶炼铁水作为转炉工序的原料，无外购情况，涉及的能源介质有氧气、辅电、氩气、低压氮气、中压氮气、蒸汽、回收煤气、回收蒸汽、净水。本示例所用评估方法中个能源介质的折标煤系数分别为:电0.12kgce/kw.h，水0.05kgce/m³，氧气0.09kgce/m³，氩气0.72kgce/m³，蒸汽0.09kgce/kg，氮气，0.02kgce/m³转炉煤气0.26kgce/m³。

(2)列举可能影响该转炉冶炼工序能耗的因素，并将其分为物质流、能量流、和设备因素三类，其中物质流因素如铁水比、铁水碳含量、钢水碳含量、产量等；能量流因素如铁水温度、钢水温度、煤气回收率、蒸汽回收比等；设备因素如炉容比、供养强度、冶炼周期、吹氧时长等。

(3)以转炉冶炼工序吨钢综合能耗因素为因变量，选取步骤2)中的若干因素为自变量，利用6个月的炉次生产历史数据为样本，采用逐步回归分析法建立相关线性回归模型，由计算机进行拟合回归，得到若干模型，本例选取拟合效果最好的一个模型为例对本发明方法进行说明，得到以下模型

y＝0.5917+20.3951x(例-1)

上例中，y表示该转炉冶炼工序能耗值，单位为kgce/t，x表示铁钢比，即入炉铁水重量和转炉出钢重量的比值。该回归模型的相关系数R²＝0.9127，且此时F分布的p值近似于0小于0.05，所以拟合效果已经相当显著了。该模型表示，铁钢比每增加1％，转炉冶炼工序的吨钢能耗增加0.204kgce/t。即铁钢比对吨钢综合能耗的影响因子为0.204。

(4)根据步骤1)所得基础资料，统计该转炉生产过程中的最普遍的外部条件和最好的内部条件组成的工况确定该转炉的基准工况。其中，铁钢比作为外部条件，其在该厂中最一般的值为0.957。

(5)根据3)和4)中得到的结果，在基础统计数据中选取两个炉次的生产数据，包括物质流因素、能量流因素和设备因素的数据值。为了验证上述铁钢比对能耗的影响，选取其他因素相差不大，而铁钢比有显著差异的两个炉次作为比较对象，比较实际能效水平。所选比较对象的基础数据如下表1所示：

表1

比较对象	钢种	转炉炉龄	铁水温度	钢水温度
					炉次A	GCr15	6483	1340	1637
炉次B	GCr15	6484	1334	1635
					比较对象	铁水碳含量	钢水碳含量	铁钢比	吨钢综合能耗
炉次A	0.671	0.262	0.9427	6.132
					炉次B	0.667	0.260	0.9859	5.633

从上表可以看出，除铁钢比之外，两个炉次的其他因素都相差甚小，故忽略其他因素带来的影响，重点考察铁钢比差异对吨钢综合能耗的影响。

根据步骤4)得到的基准能耗及步骤3)得到的铁钢比对能耗的单位影响因子大小重新计算两个炉次的实际可比吨钢综合能耗，结果如下：

表2

从以上表2的中可以看出，修正之前，由于两个炉次的铁钢比相差过大，直接比较则炉次A的吨钢综合能耗明显大于炉次B的吨钢综合能耗。而利用基准工况校正后，炉次A的实际吨钢能耗仅为5.840<6.222即炉次B的实际吨钢能耗。因此，事实上，去除外部生产条件铁钢比因素带来的差异，炉次A的实际能效水平高于炉次B的能效水平。

综上说述，本发明所述的转炉冶炼工序能效评估方法能够有效消除目前转炉能耗水平在企业、设备和炉次之间因影响因素过多而不可比，造成评估结果不合理的问题。

Claims (1)

1.一种转炉炼钢过程能效评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取所需的支撑数据：

待评估转炉的基本设计参数，包括转炉公称容量、炉容比、炉龄、氧枪供氧能力，该部分数据来源于企业工艺设备的设计说明文档；

6-12个月的生产过程数据和能源消耗数据，是指统计时间内转炉设备所有的生产活动涉及到的生产过程数据，以炉次为单位作为一条样本数据，包括炉次冶炼的钢种、温度、重量、成分、铁钢比、吹氧时长、冶炼时长、补吹次数、氧气、氮气、氩气、天然气或煤气、循环水的消耗，这部分数据来源需要企业的MES系统和精细数据采集系统作支持；还需要统一的能源介质折标准煤系数，以最新的国家标准为标准；

(2)对步骤(1)得到的除各种能源实际消耗量以外的所有因素作为影响转炉冶炼工序能耗的因素，按照各因素的属性将其分为四类，设备因素、操作制度因素、物质流因素和能量流因素；

设备因素：指转炉设备的工艺设计参数，这类参数直接决定了转炉冶炼能耗的水平，如公称容量、炉型、炉龄、二次除尘风机转速、功率、利用率；在比较不同类型的设备时，需要修正该类参数对能耗的影响；

操作制度因素：指两个或多个对比炉次的生产节奏差异、检修和事故差异、煤气蒸汽回收限制条件及因操作工操作准确性和及时性带来的差异；包括：炉次为检修或停产后的第一炉、炉次本身为事故炉次、操作工对煤气蒸汽回收的条件设定过低造成回收变少；

物质流因素：指每一炉次生产中碳元素的变化给能耗带来的影响，包括：铁水比、铁水碳含量、钢水碳含量、产量、炭质发热剂加入量、钢种；

能量流因素：指每一炉次生产中热量的变化给能耗带来的影响，包括：铁水温度、钢水温度、转炉煤气回收比、蒸汽回收率、空气吸入系数；

(3)将步骤(2)已分好类的影响因素，逐一进行计算，即计算各影响因素对能耗的影响因子大小；对不同类别的因素，采用不同的计算影响因子，对设备因素，其对能耗的影响采用间接因子替代法，将设备类型差异转换为几个关键的设备运行参数，包括：炉容比、供氧强度、冶炼周期、日利用系数量化的指标，作为新的影响因素；对操作制度因素，采用校正因子将这些因素的影响考虑进来，校正因子的计算根据实际生产情况确定，以正常生产条件下的平均能耗水平为各个因素的标杆值，将所有因异常操作引起的能耗折标后累加作为校正因子，q_i表示受影响的能源介质损耗量，k_i表示该介质的折标煤系数；对新的替代后的设备因素、物质流因素和能量流因素，分别以转炉冶炼工序能耗或各能源介质实际能耗为因变量，某一类或多类影响因素为自变量，以步骤(1)所获得的炉次样本数据为样本，采用逐步回归的方法，建立能耗与影响因素之间的线性回归模型，得到实际有影响力的因素及影响因子的大小；逐步回归模型计算由计算机进行实现。

(4)根据待评估转炉设备在实际生产中的最普遍的外部条件和最好的内部条件组成的工况确定待评估对象的基准工况；其中，外部条件指物质流的各种属性，包括：原料条件、产品条件、产量，属于物流因素，物流是转炉冶炼的上下游工序即铁水预处理和炉外精炼工序决定的；内部条件指技术操作水平、生产管理水平、设备运行维护水平等直接关系设备的能耗水平，属于能流因素，由转炉冶炼工序本身决定；基准工况即指一般性正常生产的生产参数，工况参数集为影响因素集的子集；选取某个特定的钢种，统计一定时间内正常生产的转炉冶炼物流数据，包括：铁水比、铁水碳含量、钢水碳含量、炭质发热剂加入量、产量因素的平均水平为最一般的外部条件，作为物流基准；以统计时间内的冶炼能流数据中能流因素的最优值作为能流基准工况；最优值指同等条件下，使转炉冶炼能耗最小值即为最优；

(5)利用上述步骤(3)和步骤(4)的结果，将待评估的两个或多个实际工况下的生产参数均折算成基准工况下的相对应的值；具体计算步骤如下：

(5.1)将待评估炉次的物质流因素、能量流因素的实际工况与步骤(4)建立的基准工况相比较，得到与基准工况的偏差Δq_i；

(5.2)利用步骤(3)得到的每种因素对能耗的影响因子Δ_i，乘以(5.1)计算得到的该因素的偏差值，得到该因素的变化对能耗的影响Δq_i·Δ_i；

(5.3)如果待评估炉次有操作制度上的因素对其造成影响，计算该炉次能耗的校正因子σ；

(5.4)计算标准工况下，待评估炉次生产过程的吨钢综合能耗，

经过以上四个步骤，得到待评估对象的同一基准工况下的可比能耗值。

(6)利用两级能效评估指标体系对以上结果分别进行评估比较，其中一级指标为转炉冶炼吨钢综合能耗；二级指标体系中的指标有吨钢电耗、吨钢氧耗、吨钢耗新水、吨钢煤气回收和吨钢蒸汽回收；计算以上指标体系中的各级指标的基准值，对比不同设备或不同炉次钢水的基准能耗值，判断转炉设备或生产过程的能效水平高低，同一工况下，基准能耗越低，说明其能效水平越高。