电弧炉炼钢节电技术的回顾及对策.doc

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电弧炉炼钢节电技术的回顾及对策

殷宝言

摘　要　回顾了近20年来国内外电炉炼钢在节电技术方面取得的重大进展,提出了减少我国电炉炼钢电耗的参考意见。

关键词　电炉炼钢　节电技术　整体节能

LOOKBACKONTECHNOLOGIESFORENERGYSAVINGIN

ELECTRICARCSTEELMAKINGANDFUTUREPOLICY

YinBaoyan

No.5SteelCo.LtdofShangHaiIronandSteelCorp.

Synopsis　ThetremendousprogressachievedinthetechnologiesofenergysavinginthefieldofelectricarcsteelmakingintherecenttwodecadesisviewedinretrospectandproposalstofurtherreduceChina′senergyconsumptionintheelectricarcsteelmakingalsooffered.

Keywords　electricarcsteelmaking　technologyforenergysaving　energysavingasawhole

1　前　言

　　我国是一个能源生产大国,同时也是一个能源消耗大国,特别是钢铁工业又是能耗大户,其中以电炉炼钢耗电最多,全国电炉冶炼电耗已达80亿度/a左右。

现在,我国电力比较紧张,缺电数量逐年在增加,缺电地区和范围不断扩大,预计到2000年,我国电力供应将有较大缺口。

要使电炉炼钢在这种电力日趋紧张的形势下求得发展,只能走节电降耗、挖潜增益的道路。

　　降低电炉冶炼电耗是一项异常复杂的系统工程,涉及到方方面面,影响因素很多,因此,利用整体节能观点加强用电管理极为重要,只有这样,才能使降低电炉冶炼电耗具有实际意义。

国内外在电炉炼钢节电技术上都取得了进展。

2　发达国家电炉炼钢节电技术

2.1　最佳节能炉

　　最佳节能炉是1982年西德KORF公司在改造平炉的基础上发展起来的,简译为EOF炉。

EO。

国内外在电炉炼钢节电技术上都取得了进展。

有2级或3级对流式废钢预热器和热交换器,回收的废气又可用其化学热发电,使能源利用达到最佳化。

炉墙上安装3种烧嘴。

熔池面以下有埋入式水平煤一氧烧嘴,用于吹O2和喷C粉。

熔池上方有斜插氧枪和超声氧枪用于向炉气供O2进行二次燃烧。

在上列两种烧嘴之间有油一氧烧嘴,用于保持和调节炉温及预热炉底。

　　EOF工艺实质上是氧气炼钢,产品是普碳钢,它的炉料适用范围广。

冶炼无需用电和电极,利用廉价的氧气和碳素作为主要能源。

应用剩余钢水,有利节能。

　　90年代初,巴西攀斯厂两座30tEOF炉已达如下指标:

吹炼时间15～20min,日产27～59炉,耐材消耗＜1kg/t,油耗1.2kg/t,氧耗75m3/t,石灰用量＜40kg/t,生产率和钢质均达到BOF水平,吨钢电耗25kWh,冶炼成本仅是电炉的50%。

2.2　竖炉电炉

　　竖炉是英国谢尔尼斯钢厂发明。

竖炉的炉盖固定不动,预热器置于上方一侧。

炉床在轨道上可移动。

炉子上有6个氧一燃烧嘴,4个分布在竖炉下方。

备有一支自动氧枪进行助熔和脱碳。

炉料40%为碎废钢,60%为大块废钢。

可缩短冶炼时间5～7min,总能耗减少20%～25%,冶炼周期＜60min,而该公司一般炉子为80～100min。

　　竖炉烟尘排放量降低20%,废气中60%热量可回收。

　　目前,美、英、法、卢、墨、比、土等国都采用竖炉技术,容量90～240t,结构、炉体运动方式、供电方式、底电极、石墨电极、原料使用等技术不尽相同,吨钢电耗264～288kWh。

2.3　双壳电炉

　　西欧FuchsSystemtechnik公司开发出一种新型双壳电炉工艺,可充分利用熔化时产生的废气中的热能,对环境无污染。

　　两个炉壳容量各为110t,共用一个变压器和一套电极装置,两个炉壳平行布置,安装在各自的平台上。

生产时,两台电炉的熔化期、氧化期、合金辅材添加期、出钢期互相错开,从而使电力、O2供应平衡、LF-RH、浇铸等设备能力都能充分利用,冶炼周期＜50min,生产能力提高1倍,吨钢节电90kWh。

　　日本、卢森堡等国都有双壳电炉。

法国一台双壳炉可在42min内冶炼一炉150t钢水,温度达1630℃,精炼后送入连铸机。

2.4　等离子炼钢炉

　　等离子技术,国外60年代进入工业应用,70年代直接用于熔炼金属。

等离子炼钢炉分直流和交流两种,初期多为直流式。

1983年11月奥钢联林茨厂45t/60t直流等离子炉投产。

炉壳φ5800mm,额定功率36MVA。

炉壁上安装4支等离子枪,最大功率7～8MVA,Ar耗40Nm3/h，熔速30t/h。

枪长可调,火焰长度1m,寿命2000h。

炉底电极寿命700炉,倾动出钢,每炉1.5h,主要生产合金钢和普碳钢,电耗450kWh/t,噪音80dB,炉衬寿命150炉。

　　随后Krupp公司又发明了交流等离子炉,可节电25%,噪音73～80dB,等离子弧定向稳定且呈收缩状,可保护炉壁,减少炉衬消耗。

　　等离子炼钢炉目前仍处在发展时期,技术关键是解决热效率和等离子枪的寿命问题。

2.5　DC电炉

　　1982年第1台12tDC炉开始运行。

1984年4月美国将1台30t、12MVA的AC炉改成DC炉。

1985年1月15日炼出第一炉钢水,结果电极比AC炉节约60%,电耗减少3.3%,每炉吹O2时间减少16min。

以后DC炉受到全世界关注,如德、法、瑞、意、美、俄、土、日、韩等国都纷纷采用DC炉,炉容量越来越大,底电极结构不断更新,使DC炉的技术经济优势进一步得到发挥。

目前,DC炉主要技术指标已达到如下水平:

（1）电极消耗达1.1～1.5kg/t,比AC炉节约60%以上;

（2）吨钢电耗350～420kWh,比AC炉降低5%～10%;

　　（3）耐火材料节约30%～35%;

　　（4）功率因素可达0.93～0.95,比AC炉提高3%～6%;

　　（5）电压闪烁率比AC炉低50%以上;

　　（6）噪音比AC炉下降10～15dB。

　　其他如电极支撑机构、调节系统、电缆等都有节省,总之,DC炉的经济效益十分显著。

2.6　EBT电炉

　　70年代末、德马克发明了中心底出钢（CBT）电炉,这是电炉出钢方式的一次重大变革。

实践证明,CBT电炉虽有许多优点,但不能无渣出钢,出钢口维修不方便,故在80年代初,德马克和DDS厂联合开发了100t的偏心底出钢（EBT）电炉。

EBT电炉除做到无渣出钢外,还有提高生产率、节约电极、降低电耗、净化钢水、减少环境污染等优点。

以100～120tEBT电炉为例,可达如下指标:

（1）炉墙水冷面积可达90%,炉墙耐材可节省3kg/t左右;

（2）节省冶炼电耗3.5%左右;

　　（3）熔化时间缩短3.5min,出钢时间缩短3～4min;

　　（4）出钢温度降低50℃;

　　（5）电极消耗降低6%;

　　（6）减少吸气量,减少二次氧化,提高钢的质量。

　　因此,近10年来,国外EBT电炉发展很快,有条件的老式电炉纷纷改造成EBT电炉,新建电炉几产全部用EBT技术。

此外,EBT炉型和出钢机构也发生了变化,使电炉的无渣出钢技术更趋完善和多样化。

2.7　Comeit电炉

　　Comeit电炉在结构上主要特征是具有数支倾斜电极和1个存放废钢的炉身,废钢用工艺废气预热。

　　由于采用倾斜电极的熔化原理和特殊的废钢预热装置,Comeit电炉具有许多明显的优点:

（1）总能耗比传统的电炉降低约100kWh/t;

（2）出钢—出钢时间＜45min;

　　（3）电极消耗比常规的DC炉大约节约30%;

　　（4）单位投资低,投资的返回期比AC炉和DC炉均短;

　　（5）废气量最多可减少70%,且废气可全部回收;

　　（6）噪声电频最多可降低15dB;

　　（7）电网的短路容量是AC炉的25%,或是常规DC炉的50%,不用动态补偿,不产生闪烁。

2.8　新型炼钢原料——碳化铁（Fe3C）

　　随着钢铁工业的迅速发展,清洁废钢的缺口越来越大。

70年代初,美国提出用Fe3C作炼钢原料的设想。

Fe3C具有双重潜力,它既是金属来源,又是燃料的来源。

Fe3C生产过程简单,生产成本只相当于DRI的77%。

　　目前,美国、日本和欧洲的一些国家已用Fe3C代替废钢炼钢,取得显著的节能效果。

Fe3C的节能效果与Fe3C中的磁铁矿含量有关，见图1。

图1　电耗随Fe3C含量的变化

　　实践表明,以Fe3C为原料炼钢,还能解决废钢中残留的有害元素过多和电炉钢含N量过高两大难题,提高钢的质量。

　　一种新型的直接以100%Fe3C为原料的自供能双室全封闭炼钢工艺在美国试行。

2.9　K-ES工艺

　　为了在EAF炉中有效地利用矿物能,德国克鲁克纳公司和日本东京制钢公司于1987年把转炉炼钢技术应用于电炉炼钢,即K-ES工艺。

该工艺包括下列要素:

（1）利用煤或焦炭与O2燃烧,代替电能;

（2）利用二次燃烧补充热量,传给炉料和熔池,最大限度地利用工业废气;

　　（3）底部供气,搅拌熔池,加速熔化,缩短冶炼时间,改善钢渣平衡,控制钢水的气体含量。

　　K-ES工艺原理见图2。

日本东京钢公司高知厂27t炉、意大利奥索波费里耶尔诺尔厂80t炉和帕多瓦AV厂27t炉都利用K-ES工艺。

图2　K-ES工艺原理

2.10　二次燃烧技术

　　传统的电炉炼钢,产生的CO作为废气排出。

这部分CO具有约3kWh/m3CO的化学能。

二次燃烧技术,就是向熔池上方吹O2,使CO氧化为CO2,可提供5.8kWh/m3O2的低成本能量。

与废钢预热相比,吹O2二次燃烧的效率更高。

　　发达国家电炉炼钢节电技术除上述介绍的外,其他还有超高功率、废钢预热、水冷技术、泡沫渣、底供气、强化用氧、钢包炉、计算机控制等,这些已有文章介绍,不再重复。

3　我国电炉节电技术

　　目前,我国的电炉炼钢采用的节电技术有VHP操作、废钢加工和预热、以氧代矿、熔氧结合、快白渣、炉内喷粉、不锈钢倒包、炉外精炼、水冷氧枪、水冷电缆、用铁水、不烘炉、氧—燃烧嘴、泡沫渣、余钢余渣回炉、无渣出钢、水冷电极、电极涂层、电极升降控制、合理超装、计算机控制等,这些新工艺新技术不但降低了电炉电耗,而且提高了电炉钢的产量和质量,具体效果见表1。

表1　我国采用的电炉节电技术及主要效果

单位

工艺

主要效果

成无、齐钢

唐钢、五钢

上三、石钢

氧—燃烧嘴

缩短冶时20～60min,降低电耗50～70kWh/t

长城、抚顺、太钢

五钢、大连、齐钢

炉内喷粉,

炉外精炼

缩短冶时20～40min,降低电耗20～60kWh/t

五钢、抚顺、大连

长城、本钢

熔氧结合,

快白渣

缩短冶时20～60min,降低电耗20～75kWh/t

五钢、大冶、本钢

重特、长城

不锈钢倒包

单炉冶时3h,冶炼电耗达到460～530kWh/t

北满、抚钢、

西宁

EBT

电炉+模铸生产轴承钢,钢中最低氧含量已接近SKF水平

大冶

虹吸出钢

冶时缩短26min,电耗降低57～72kWh/t,轴承钢中平均氧含量13.4×10-6

凌源、武进

济钢、承钢

水冷电缆

缩短冶时10min,吨钢节电20～30kWh,无维修费用,无热停工时间

石钢

喷煤粉

节电89kWh/t,缩短冶时23min

安钢

用10%铁水

电耗稳定在470kWh/t

长城

偏流中心水冷

氧枪

吹氧时间缩短4min,平均电耗降低16kWh/t,吹氧管节约5.2