電弧爐煉鋼節(jié)電技術(shù)的回顧及對策

1、電弧爐煉鋼節(jié)電技術(shù)回顧及對策殷寶言摘 要 回顧了近20年來國內(nèi)外電爐煉鋼在節(jié)電技術(shù)方面取得重 大進(jìn)展，提出了減少我國電爐煉鋼電耗參考意見。關(guān)鍵詞電爐煉鋼節(jié)電技術(shù)整體節(jié)能LOOK BACK ON TECHNOLOGIES FOR ENERGY SAVING INELECTRIC ARC STEELMAKING AND FUTURE POLICYYin BaoyanNo.5 Steel Co. Ltd of ShangHai Iron and Steel CorpSynopsis The tremendous progress achieved in the technologies of ene

2、rgy saving in the field of electrie arc steelmaking in the recent two decades is viewed in retrospect and proposals to further reduce China' s energy consumption in the electric arc steelmaking also offeredKeywords electric arc steelmaking technology for energy saving energy saving as a whole1前言

3、我國是一個能源生產(chǎn)大國，同時也是一個能源消耗大國，特別 是鋼鐵工業(yè)又是能耗大戶，其中以電爐煉鋼耗電最多，全國電爐冶 煉電耗已達(dá)80億度/a左右。現(xiàn)在，我國電力比較緊張，缺電數(shù)量逐 年在增加，缺電地區(qū)和范圍不斷擴(kuò)大，預(yù)計到2000年，我國電力供 應(yīng)將有較大缺口。要使電爐煉鋼在這種電力日趨緊張形勢下求得發(fā) 展，只能走節(jié)電降耗、挖潛增益道路。降低電爐冶煉電耗是一項異常復(fù)雜系統(tǒng)工程,涉及到方方面 面,影響因素很多，因此，利用整體節(jié)能觀點加強(qiáng)用電管理極為重 要，只有這樣,才能使降低電爐冶煉電耗具有實際意義。國內(nèi)外在電 爐煉鋼節(jié)電技術(shù)上都取得了進(jìn)展。2發(fā)達(dá)國家電爐煉鋼節(jié)電技術(shù)2.1最佳節(jié)能爐最佳節(jié)能爐是1

4、982年西徳K0RF公司在改造平爐基礎(chǔ)上發(fā)展起 來,簡譯為EOF爐。EOo國內(nèi)外在電爐煉鋼節(jié)電技術(shù)上都取得了進(jìn) 展。有2級或3級對流式廢鋼預(yù)熱器和熱交換器，回收廢氣又可用 其化學(xué)熱發(fā)電，使能源利用達(dá)到最佳化。爐墻上安裝3種燒嘴。熔 池面以下有埋入式水平煤一氧燒嘴，用于吹0：和噴C粉。熔池上方 有斜插氧槍和超聲氧槍用于向爐氣供0：進(jìn)行二次燃燒。在上列兩種 燒嘴之間有油一氧燒嘴,用于保持和調(diào)節(jié)爐溫及預(yù)熱爐底。EOF工藝實質(zhì)上是氧氣煉鋼,產(chǎn)品是普碳鋼，它爐料適用范圍 廣。冶煉無需用電和電極，利用廉價氧氣和碳素作為主要能源。應(yīng) 用剩余鋼水，有利節(jié)能。90年代初，巴西攀斯廠兩座30t EOF爐已達(dá)如下指

5、標(biāo):吹煉時 間1520min, I I產(chǎn)2759爐，耐材消耗lkg/t,油耗1. 2kg/1,氧 耗75m3/t,石灰用量40kg/t,生產(chǎn)率和鋼質(zhì)均達(dá)到BOF水平，噸鋼 電耗25kWh,冶煉成本僅是電爐50%o2.2豎爐電爐豎爐是英國謝爾尼斯鋼廠發(fā)明。豎爐爐蓋固定不動，預(yù)熱器置 于上方一側(cè)。爐床在軌道上可移動。爐子上有6個氧一燃燒嘴,4 個分布在豎爐下方。備有一支自動氧槍進(jìn)行助熔和脫碳。爐料40% 為碎廢鋼,60%為大塊廢鋼。可縮短冶煉時間57min,總能耗減少 20%25%,冶煉周期60min,而該公司一般爐子為80lOOmin。豎爐煙塵排放量降低20%,廢氣中60%熱量可回收。目前，美、

6、英、法、盧、墨、比、土等國都釆用豎爐技術(shù)，容量 90240t,結(jié)構(gòu)、爐體運動方式、供電方式、底電極、石墨電極、 原料使用等技術(shù)不盡相同，噸鋼電耗264288kWho2.3雙殼電爐西歐Fuchs Systemtechnik公司開發(fā)出一種新型雙殼電爐工 藝,可充分利用熔化時產(chǎn)生廢氣中熱能，對環(huán)境無污染。兩個爐殼容量各為110t,共用一個變壓器和一套電極裝置，兩 個爐殼平行布置,安裝在各自平臺上。生產(chǎn)時，兩臺電爐熔化期、氧 化期、合金輔材添加期、出鋼期互相錯開,從而使電力、0：供應(yīng)平 衡、LF-RH、澆鑄等設(shè)備能力都能充分利用，冶煉周期50min,生產(chǎn) 能力提高1倍，噸鋼節(jié)電90kWho日本、盧森堡

7、等國都有雙殼電爐。法國一臺雙殼爐可在42min內(nèi)冶煉一爐150t鋼水,溫度達(dá)1630°C,精煉后送入連鑄機(jī)。2.4等離子煉鋼爐等離子技術(shù)，國外60年代進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用，70年代直接用于熔煉 金屬。等離子煉鋼爐分直流和交流兩種，初期多為直流式。1983年 11月奧鋼聯(lián)林茨廠45t/60t直流等離子爐投產(chǎn)。爐殼4)5800mm, 額定功率36MVA。爐壁上安裝4支等離子槍，最大功率78MVA, Ar 耗40Nm7h,熔速30t/ho槍長可調(diào)，火焰長度lm,壽命2000h。爐 底電極壽命700爐，傾動出鋼，每爐1. 5h,主要生產(chǎn)合金鋼和普碳 鋼，電耗450kWh/t,噪音80dB,爐襯壽命1

8、50爐。隨后Krupp公司又發(fā)明了交流等離子爐，可節(jié)電25%,噪音73 80dB,等離子弧定向穩(wěn)定且呈收縮狀，可保護(hù)爐壁，減少爐襯消耗。等離子煉鋼爐目前仍處在發(fā)展時期，技術(shù)關(guān)鍵是解決熱效率和 等離子槍壽命問題。2. 5 DC電爐1982年第1臺12t DC爐開始運行。1984年4月美國將1臺 30t、12MVAAC爐改成DC爐。1985年1月15日煉出第一爐鋼水， 結(jié)果電極比AC爐節(jié)約60%,電耗減少3. 3%,每爐吹0：時間減少 16mino以后DC爐受到全世界關(guān)注,如徳、法、瑞、意、美、俄、 土、日、韓等國都紛紛采用DC爐，爐容量越來越大,底電極結(jié)構(gòu)不 斷更新，使DC爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢進(jìn)一步得

9、到發(fā)揮。目前,DC爐主要技 術(shù)指標(biāo)已達(dá)到如下水平：(1) 電極消耗達(dá)1. 1-1. 5kg/t,比AC爐節(jié)約60%以上;(2) 噸鋼電耗350420kWh,比AC爐降低5%10%;(3) 耐火材料節(jié)約30%35%;(4) 功率因素可達(dá)0. 930. 95,比AC爐提高3%6%;(5) 電壓閃爍率比AC爐低50%以上；(6) 噪音比AC爐下降1015dBo其他如電極支撐機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電纜等都有節(jié)省,總之,DC 爐經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。2.6 EBT電爐70年代末、徳馬克發(fā)明了中心底出鋼(CBT)電爐，這是電爐出 鋼方式一次重大變革。實踐證明,CBT電爐雖有許多優(yōu)點，但不能無 渣出鋼，出鋼口維修不方

10、便，故在80年代初，徳馬克和DDS廠聯(lián)合開 發(fā)了 100t偏心底出鋼(EBT)電爐。EBT電爐除做到無渣出鋼外，還 有提高生產(chǎn)率、節(jié)約電極、降低電耗、凈化鋼水、減少環(huán)境污染等 優(yōu)點。以100120t EBT電爐為例，可達(dá)如下指標(biāo):(1) 爐墻水冷面積可達(dá)90%,爐墻耐材可節(jié)省3kg/t左右；(2) 節(jié)省冶煉電耗3. 5%左右；(3) 熔化時間縮短3. 5min,出鋼時間縮短34min;(4) 出鋼溫度降低50°C;(5) 電極消耗降低6%;(6) 減少吸氣量，減少二次氧化,提高鋼質(zhì)量。因此，近10年來，國外EBT電爐發(fā)展很快，有條件老式電爐紛紛 改造成EBT電爐,新建電爐兒產(chǎn)全部用E

11、BT技術(shù)。此外,EBT爐型和 出鋼機(jī)構(gòu)也發(fā)生了變化,使電爐無渣出鋼技術(shù)更趨完善和多樣化。2. 7 Comeit 電爐Comeit電爐在結(jié)構(gòu)上主要特征是具有數(shù)支傾斜電極和1個存 放廢鋼爐身，廢鋼用工藝廢氣預(yù)熱。由于采用傾斜電極熔化原理和待殊廢鋼預(yù)熱裝置,Comeit電爐 具有許多明顯優(yōu)點：(1) 總能耗比傳統(tǒng)電爐降低約100kWh/t;(2) 出鋼一出鋼時間45min;(3) 電極消耗比常規(guī)DC爐大約節(jié)約30%;(4) 單位投資低,投資返回期比AC爐和DC爐均短；(5) 廢氣量最多可減少70%,且廢氣可全部回收；(6) 噪聲電頻最多可降低15dB;(7) 電網(wǎng)短路容量是AC爐25%,或是常規(guī)DC

12、爐50%,不用動態(tài)補(bǔ) 償,不產(chǎn)生閃爍。2.8新型煉鋼原料一一碳化鐵(Fe3C)隨著鋼鐵工業(yè)迅速發(fā)展，清潔廢鋼缺口越來越大。70年代初， 美國提出用Fe3C作煉鋼原料設(shè)想。Fe3C具有雙重潛力，它既是金屬 來源，又是燃料來源。Fe3C生產(chǎn)過程簡單，生產(chǎn)成本只相當(dāng)于 DRI77%O目前，美國、口本和歐洲一些國家已用F“C代替廢鋼煉鋼，取 得顯著節(jié)能效果。Fe£節(jié)能效果與Fe3C中磁鐵礦含量有關(guān)，見圖1。7“ £芒«O50圖1電耗隨Fe3C含量變化實踐表明，以Fe3C為原料煉鋼，還能解決廢鋼中殘留有害元素 過多和電爐鋼含N量過高兩大難題,提高鋼質(zhì)量。一種新型直接以lOO

13、WFesC為原料自供能雙室全封閉煉鋼工藝 在美國試行。2.9 K-ES 工藝為了在EAF爐中有效地利用礦物能，徳國克魯克納公司和口本 東京制鋼公司于1987年把轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)應(yīng)用于電爐煉鋼，即K-ES 工藝。該工藝包括下列要素：(1) 利用煤或焦炭與0：燃燒，代替電能；(2) 利用二次燃燒補(bǔ)充熱量，傳給爐料和熔池，最大限度地利用 工業(yè)廢氣；(3) 底部供氣，攪拌熔池，加速熔化,縮短冶煉時間，改善鋼渣平 衡,控制鋼水氣體含量。K-ES工藝原理見圖2。日本東京鋼公司高知廠27t爐、意大利 奧索波費里耶爾諾爾廠80t爐和帕多瓦AV K 27t爐都利用K-ES工8 / 12藝。熔池披拌圖2 K-ES工藝

14、原理2.10二次燃燒技術(shù)傳統(tǒng)電爐煉鋼，產(chǎn)生co作為廢氣排出。這部分co具有約3kWh/m3 CO化學(xué)能。二次燃燒技術(shù)，就是向熔池上方吹0,使C0氧 化為C0：,可提供5. 8kWh/m302低成本能量。與廢鋼預(yù)熱相比，吹0： 二次燃燒效率更高。發(fā)達(dá)國家電爐煉鋼節(jié)電技術(shù)除上述介紹外，其他還有超高功率、廢鋼預(yù)熱、水冷技術(shù)、泡沫渣、底供氣、強(qiáng)化用氧、鋼包爐、 計算機(jī)控制等，這些己有文章介紹，不再重復(fù)。3我國電爐節(jié)電技術(shù)目前，我國電爐煉鋼采用節(jié)電技術(shù)有VHP操作、廢鋼加工和預(yù) 熱、以氧代礦、熔氧結(jié)合、快白渣、爐內(nèi)噴粉、不銹鋼倒包、爐外 精煉、水冷氧槍、水冷電纜、用鐵水、不烘爐、氧一燃燒嘴、泡沫 渣、余

15、鋼余渣回爐、無渣出鋼、水冷電極、電極涂層、電極升降控制、合理超裝、計算機(jī)控制等，這些新工藝新技術(shù)不但降低了電爐 電耗，而且提高了電爐鋼產(chǎn)量和質(zhì)量,具體效果見表lo表1我國采用電爐節(jié)電技術(shù)及主要效果單位工藝主要效果成無、齊鋼唐鋼、五鋼上二、石鋼氧一燃燒嘴縮短冶時2060min,降低電耗507OkWh/1長城、撫順、太鋼五鋼、大連、齊鋼爐內(nèi)噴粉，爐外精煉縮短冶時2040min,降低電耗2060kWh/1五鋼、撫順、大連長城、本鋼熔氧結(jié)合，快白渣縮短冶時2060min,降低電耗2075kWh/1五鋼、大冶、本鋼重特、長城不銹鋼倒包單爐冶時3h,冶煉電耗達(dá)到460530kWh/t北滿、撫鋼、西寧EBT

16、電爐+模鑄生產(chǎn)軸承鋼，鋼中最低氧含量已接近SKF水平大冶虹吸出鋼冶時縮短26min,電耗降低5772kWh/t,軸承鋼中半均築含量 13.4X10"凌源、武進(jìn)濟(jì)鋼、承鋼水冷電纜縮短冶時lOmin,噸鋼節(jié)電2030kWh,無維修費用，無熱停工時間石鋼噴煤粉節(jié)電89kWh/t,縮短冶時23 min安鋼用10%鐵水電耗穩(wěn)定在470kWh/t長城偏流中心水冷氧槍吹氧時間縮短4min,平均電耗降低16kWh/t,吹氧管節(jié)約5. 26kg/t,脫C速度增加70%承鋼不烘爐節(jié)電 2. 53. OkWh/t五鋼、承鋼余鋼、余渣回爐縮短冶時1215min,節(jié)約電耗3040kWh/t五鋼、南昌、沙洲泡沫

17、渣節(jié)電19 kWh/t,提高生產(chǎn)率20%石鋼廢鋼預(yù)熱縮短冶時48min,節(jié)電3050kWh/t,電極降低0. 7 0. 9kg/1廣鋼、天管UHP平均電耗552kWh/t,平均冶煉周期132min沙鋼豎爐電耗330kWh/t,產(chǎn)量90t/h,電極消耗2kg/t除表1中列舉單項節(jié)能技術(shù)外，有些小型電爐從工藝、設(shè)備、 管理進(jìn)行綜合冶理，如某鋼廠對5t電爐，配置5500RVA變壓器，實施 下列5條措施后，取得顯著效果。(1) 短網(wǎng)由平面布置改成三角形布置;使電抗不平衡度由45%降 到 21.7%;(2) 采用中相電抗器，提高中相電抗,使電抗不平衡度降到10. 9%;(3) 根據(jù)指定鋼種，采用最低電耗

18、供電曲線；(4) 改進(jìn)交流雙電機(jī)電極調(diào)節(jié)器，為實現(xiàn)使用最小電耗供電曲 線創(chuàng)造條件；(5) 原料量化管理。4降低電爐冶煉電耗設(shè)想從熱平衡角度看，電爐煉鋼節(jié)能包括兩方面。一是減少熱損， 縮短熱停工時間；二是采用新技術(shù)新設(shè)備,縮短冶煉時間。我國電爐 煉鋼節(jié)電技術(shù)雖有較大發(fā)展，但各企業(yè)間能耗差距大，與國外先進(jìn) 國家相比，差距更大。因此，我們應(yīng)密切跟蹤世界煉鋼技術(shù)發(fā)展動 向，認(rèn)真學(xué)習(xí)外國先進(jìn)節(jié)電技術(shù)。目前,我國電爐煉鋼尚存在4大問 題:即生產(chǎn)能力布局不平衡;工藝和裝備落后;熱效率低，能源單一； 廢鋼緊張，加工處理不力。要解決這些問題，必須依靠技術(shù)進(jìn)步，實 現(xiàn)科學(xué)煉鋼，才是根本出路。從宏觀看，在具有電力和廢鋼且管理比較先進(jìn)地方，應(yīng)發(fā)展短 平