轉底爐節能技術發展路徑與行業趨勢研究：政策驅動下的創新實踐

路永

河北津西鋼鐵

0  引言

作為現代鋼鐵冶金流程中的關鍵設備，轉底爐在金屬化球團生產、含鋅粉塵處理及資源綜合利用領域發揮著不可替代的作用。在國家“雙碳”戰略深入實施的背景下，鋼鐵行業面臨著前所未有的節能減排壓力，2023年我國鋼鐵行業碳排放量約占全國總量的15%，能源消耗占工業總能耗的25% 。轉底爐的能效提升已成為行業綠色轉型的核心環節。2024年6月，國家發改委等部門聯合發布的《鋼鐵行業節能降碳專項行動計劃》明確要求，到2025年底，轉爐工序單位產品能耗需較2023年降低1% 以上，余熱余壓余能自發電率提高3個百分點。這一政策背景為轉底爐節能技術創新提供了強大驅動力。本文將從關鍵技術措施、國家政策支持、發展趨勢及典型案例四個維度，系統分析轉底爐節能領域的最新進展，為行業低碳發展提供技術參考和實施路徑。

1 轉底爐節能關鍵技術措施

1.1 熱工系統優化與精準控制

熱工系統的優化是轉底爐節能的基礎，核心在于實現能源輸入與工藝需求的精準匹配。寶鋼股份寶山基地通過風機系統節能改造，對兩套25萬噸轉底爐生產區域的21套大中型風機開展節能評估，最終選取18套實施改造。項目采用二元流葉型優化技術，以樣條曲線葉型取代后向直板葉型，CLARK-Y翼型替代雙凸面非對稱翼型，并增設6套變頻調速裝置。改造后風機機組平均小時能耗下降1129kW，綜合節電率超過30%，年節電量達800萬度，同時解決了預處理烘干除塵風機易超電流運行的問題。

在燃燒控制方面，蓄熱式燃燒技術的應用顯著提升了熱效率。我國首臺金屬化球團轉底爐（100m²爐底）采用預熱助燃風技術，將煤氣加熱至400℃、助燃風預熱至800℃，使高溫廢氣余熱梯級利用于烘干生球，有效降低了外部能源輸入。永鋼集團則在智能轉底爐工廠中構建了專屬能源管理平臺，通過5G技術實現能耗數據采集與公司級能源調度系統的無縫對接，使工序、班組、產品的能源精細化管理成為可能，從系統層面優化了能源使用效率。

1.2 余熱余能高效回收技術

轉底爐生產過程中產生的大量中高溫煙氣蘊含著豐富的余熱資源，傳統濕法回收技術因存在煤氣爆炸風險且能源利用率低，正逐步被全干法技術取代。中科院力學研究所開發的全干法余熱回收系統通過三重創新實現突破：采用煤氣成分實時監測與惰性氣體注入聯動控制的防爆抑爆系統；開發耐塵涂層換熱管，適應煤氣含塵量>100g/Nm³工況的高效換熱裝置；以及通過大容量蓄熱器平衡間歇性煤氣產出的蒸汽蓄熱穩流技術。該技術在示范項目中實現噸鋼蒸汽產量增加60kg，年經濟效益超1200萬元/100噸轉爐，推動工序能耗降低3-5kgce/t。

在余熱發電領域，技術集成模式不斷創新。津西鋼鐵的12MW轉爐飽和蒸汽發電機組利用煙氣余熱產生飽和蒸汽驅動汽輪機，年節能量達16.1萬噸標煤，獲得國家財政獎勵4840萬元?！朵撹F行業節能降碳專項行動計劃》特別強調推廣燃氣-蒸汽聯合循環發電（CCPP）、超高溫超高壓發電等高效利用技術，鼓勵將鋼鐵低品位余熱用于城鎮供暖供冷，實現能源的梯級利用。

表1：轉底爐主要余熱發電技術經濟效益對比

1.3 智能化控制系統應用

轉底爐的智能化控制是節能領域的新興方向，通過數據驅動的精準控制大幅降低能源浪費。永鋼5G固廢利用智能轉底爐工廠構建了多維度數字控制系統：大屏駕駛艙系統實時展示設備運行狀態和環保參數；基于工業物聯網的設備狀態監控實現故障預測與微檢修；人員定位健康監控系統保障作業安全。該工廠設備數字化、智能化覆蓋率高達99%，自動化信息采集率達到95%，大幅降低了非計劃停機導致的能源損失。

在工藝控制層面，激光氣體分析技術的應用實現了質的飛躍。NextGen®、LASIRTM-R等原位激光分析儀可實時監測轉爐煙氣成分，響應速度較傳統萃取法提升3倍，維護成本降低40%，為轉底爐還原氣氛的精準控制提供了數據基礎。鞍鋼260t轉爐應用的數字孿生系統通過一級基礎自動化與二級過程控制協同，優化了氧氣供應與溫度曲線配合，成功降低氧氣消耗2.5Nm³/t，提高金屬收得率0.8%。

1.4 固廢協同處理與資源回收

轉底爐在鋼鐵固廢資源化領域具有獨特優勢，通過有價元素回收實現節能降耗雙重效益。西寧特鋼開發的轉爐渣回用工藝針對鐵水含釩量（0.12%-0.18%）、含錳量（0.70%-0.90%）特征，優化爐底渣添加比例，精確控制溫度和供氧制度，使冶煉后富集于轉爐渣中的釩（含量達3%）、錳（含量達8%）得以高效回收。應用顯示，添加500kg轉爐渣經LF精煉還原后，鋼中回釩0.015%、回錳0.08%，合金成本節約20元/噸鋼，月產量9萬噸條件下年節約成本2160萬元。

寶武集團開發的協同處置含鉻廢水工藝則解決了重金屬污染難題。該技術將六價鉻轉化為三價鉻，實現含鉻廢水與含鋅塵泥的協同處置，在湛江和寶山鋼鐵基地應用后，作業率超過90%，既降低了危廢處理能耗，又回收了有價金屬。中國金屬學會評價認為該技術達到國際先進水平，系統能效更是處于國際領先地位。

2 國家政策支持體系

2.1 節能降碳專項行動計劃

2024年6月，國家發改委等五部門聯合印發《鋼鐵行業節能降碳專項行動計劃》，構建了轉底爐節能的頂層政策框架。計劃設定了明確的量化目標：2024-2025年通過節能改造和設各更新形成節能量2000萬噸標準煤、減排二氧化碳5300萬噸；到2025年底，轉爐工序能耗比2023年降低1% 以上，余熱余壓余能自發電率提高3個百分點以上；到2030年主要用能設備能效基本達到先進水平。

該計劃提出七大重點任務，直接關聯轉底爐節能的包括：加快用能設備更新（要求淘汰低效風機、水泵等設備）；推動全流程余能利用（推廣煤氣發電與余熱利用技術）；提升數字化管理水平（要求2025年關鍵工序數控化率達80%）。特別是針對余熱發電領域，計劃明確要“落實支持余熱余壓發電的價格政策”，為轉底爐余能利用項目創造了有利的經濟環境。

2.2 財稅金融激勵措施

國家層面構建了多維度激勵政策體系，降低企業技改成本與風險：

財政直接獎勵：對余熱余壓利用類技改項目按節能量給予補貼，如津西鋼鐵轉爐蒸汽發電項目因實現年節能量16.1萬噸標煤，獲4840萬元國家獎勵。

稅收優惠：節能節水、環保專用設備投資額按10% 抵免企業所得稅，并將數字化改造納入優惠范圍。

綠色金融支持：依托擴大制造業中長期貸款投放專項工作，為節能降碳項目提供優先信貸支持，并發展綠色債券、轉型金融產品等多元化融資工具。

2.3 標準引導與技術推廣

政策體系強調標準引領作用，要求加快制修訂《粗鋼生產主要工序單位產品能源消耗限額》等強制性標準，合理提高能效指標。對能效未達到基準水平或環?？冃、D級的鋼鐵項目，將依據差距執行階梯電價制度，形成倒逼機制。

同時，國家建立了技術推廣平臺，工信部定期發布《國家工業節能技術裝備推薦目錄》，中國金屬學會組織評選“綠色低碳先進技術”，如2021年“綠色高效轉底爐協同處理鋼鐵廠固危廢成套工藝”被列為推廣技術。行業協會則通過案例征集，將永鋼5G智能轉底爐工廠列為“工業互聯網賦能綠色低碳發展優秀案例”，促進最佳實踐共享。

表2：轉底爐節能國家扶持政策體系

3 技術發展趨勢

3.1 氫冶金與低碳工藝融合

氫基直接還原正在引領轉底爐工藝革命，通過改變還原劑本質降低碳排放。歐洲ULCOS項目驗證噴吹富氫物質可降低碳排放15%-20%，為轉底爐氫還原提供技術儲備。國內示范項目逐步展開，寶武集團在湛江基地開展的富氫碳循環氧氣高爐試驗，通過噴吹焦爐煤氣（含氫55%-60%），實現減碳15%的階段性目標，為轉底爐氫冶金提供了工程經驗。

工藝耦合創新方面，轉底爐-電爐短流程模式展現出顯著優勢。釩鈦鐵礦經轉底爐預還原后進入電爐熔分，較傳統高爐流程降低能耗30%，同時實現鐵、釩、鈦綜合回收。《專項行動計劃》明確提出，到2025年電爐鋼產量占比提升至15%，廢鋼利用量達3億噸，為轉底爐-電爐協同工藝創造了廣闊前景。

3.2 設備大型化與模塊化設計

大型轉底爐工程應用成為行業主流趨勢，永鋼25萬噸/年含鐵鋅塵泥處理項目（2020年投產）采用多頭水冷螺旋出料機和振動布料機關鍵技術，設備利用率達95%，處理規模較早期項目提升3倍以上。設備大型化顯著降低了單位能耗，根據熱平衡測算，300m²以上轉底爐比100m²級熱效率提高約12%。

中天鋼鐵集團2025年獲得的新型轉底爐出料裝置專利代表了模塊化設計方向。該專利采用“第一驅動油缸+活動推桿+刮料板”設計，刮料板整塊結構與爐底接觸磨損控制在同一接觸線內，既提高出料效率，又降低維護成本。海陸重工開發的緊湊型余熱鍋爐則通過模塊化設計，適應轉爐間歇運行特性，使安裝周期縮短40%，為老舊車間改造提供了便利。

3.3 數字孿生與AI優化

基于工業互聯網的能效管理平臺成為轉底爐智能化的核心載體。永鋼項目構建的“一總部多基地”智能化運營管控平臺，實現了轉底爐群集中監控與協同優化，使設備故障率降低25%，非計劃停機減少40%，能效提升8.3%。該平臺集成設備狀態監控、故障預測、VR檢修等功能，形成“感知-分析-決策”閉環控制。

人工智能驅動工藝優化進入實用階段。通過機器學習算法分析歷史生產數據，構建轉底爐還原過程的溫度-氣氛-能耗多目標優化模型，實現動態尋優控制。寶鋼開發的RHF-DT系統在數字空間中映射物理轉底爐運行狀態，提前20分鐘預測產品質量波動，使金屬化率標準差從1.8% 降至0.6%，能源穩定性顯著提升。

4 典型案例分析

4.1 永鋼5G智能轉底爐工廠

永鋼集團年處理25萬噸含鐵鋅塵泥項目總投資3億元，于2020年8月投產，是全球領先的固廢利用智能工廠。項目采用“配料→混碾→壓球→轉底爐還原（20-30min）→兩級冷卻”技術路線，核心創新點包括：

智能布料系統：振動布料裝置確保生球單層均勻分布，減少溫度分布不均導致的能源浪費；

水冷合金螺旋出料機：解決1300℃高溫出料難題，使用壽命達傳統設備的3倍；

5G能源管理平臺：實現工序級能耗追溯，班組能源績效可視化考核。

.項目投產后，金屬化率達75%-86%，ZnO粉塵富集度>25%，年回收鐵鋅資源18萬噸。智能化管控使能耗降低12.5%，2022年入選工信部“工業互聯網賦能綠色低碳發展優秀案例集”，成為行業標桿。

表3：永鋼轉底爐項目主要技術經濟指標

4.2 寶鋼轉底爐風機系統節能改造

寶鋼股份寶山基地針對兩座25萬噸轉底爐的風機系統開展系統性節能診斷，發現風機實際運行效率僅60%-65%，遠低于設計值。改造方案采用三重技術路徑：

1、氣動性能優化：應用二元流葉輪設計技術，對18套風機葉輪進行重新設計，提升氣動效率；

2、變頻調速控制：增設6套高壓變頻器，根據工況實時調整風機轉速；

3、系統匹配改造：優化管網結構，減少彎頭和變徑管導致的壓力損失。

項目實施后，風機系統綜合節電率達30% 以上，年節電量800萬度，相當于減少標煤消耗980噸，減排二氧化碳6200噸。項目投資回收期僅2.1年，展示了設備改造在轉底爐節能中的顯著效益。

5 結論與展望

轉底爐節能技術正處于從單一設備改造向系統能效提升、從傳統工藝優化向低碳冶金轉型的關鍵階段。通過熱工優化、余熱回收、智能控制與固廢協同的技術集成，現代轉底爐已實現能耗降低12%-30% 的顯著成效。在國家《鋼鐵行業節能降碳專項行動計劃》的驅動下，以永鋼智能工廠、寶鋼風機改造為代表的實踐案例，驗證了技術創新與政策引導協同的巨大潛力。

未來轉底爐節能發展將聚焦三大方向：一是氫基還原規?；?，開展富氫燃氣直接還原工業試驗，將碳排放強度再降低15%-20%；二是數字孿生深度應用，構建轉底爐能效優化模型，實現動態尋優控制，使金屬化率波動控制在0.5%以內；三是標準體系完善，制定《轉底爐能效限定值及能效等級》等標準，引導行業規范發展。

隨著2025年國家能效約束目標的臨近，轉底爐節能技術將加速迭代。只有通過工藝革新、設備升級、智能管控的多維協同，轉底爐才能在鋼鐵行業綠色轉型中發揮更重要的作用，為國家“雙碳”目標的實現提供關鍵技術支撐。建議企業結合《專項行動計劃》要求，優先實施風機、水泵等高耗能設備更新，探索氫冶金與數字化融合創新，充分利用財稅金融政策降低技改成本，實現經濟效益與環境效益的雙贏。

參考文獻

[1]  永鋼5G固廢利用智能轉底爐工廠項目入選工業互聯網賦能綠色低碳案例集[J]. 江蘇省鋼鐵行業協會， 2022.

[2]  國家發改委等部門. 鋼鐵行業節能降碳專項行動計劃[Z]. 發改環資〔2024〕730號， 2024.

[3]  西寧特鋼轉爐煉鋼工藝創新實現提釩提錳重大突破[N]. 中鋼網， 2025.

[4]  中國金屬學會. 綠色高效轉底爐協同處理鋼鐵廠固危廢成套工藝裝備及示范科技成果評價報告[R]. 2021.

[5]  鋼鐵行業節能降碳專項行動計劃解讀[J]. 界面新聞， 2024.

[6]  西寧特鋼轉爐工藝突破節約合金成本20元/噸鋼[N]. 新浪財經， 2025.

[7]  寶鋼股份轉底爐風機系統節能改造項目投運[R]. 冶金信息網， 2023.

[8]  余熱余壓發電率提升目標明確[N]. 北極星電力網， 2024.

[9]  中天鋼鐵新型轉底爐出料裝置專利分析[J]. 財法觀天下， 2025.

[10]  永鋼智能轉底爐工廠技術細節[N]. 每日經濟新聞， 2022.