电弧炉炼钢节电技术的回顾及对策.doc

1、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LOOK BACK ON TECHNOLOGIES FOR ENERGY SAVING INELECTRIC ARC STEELMAKING AND FUTURE POLICYYin BaoyanNo.5 Steel Co.Ltd of ShangHai Iron and Steel Corp.SynopsisThe tremendous progress achieved in the technologies of ener

2、gy saving in the field of electric arc steelmaking in the recent two decades is viewed in retrospect and proposals to further reduce Chinas energy consumption in the electric arc steelmaking also offered.Keywordselectric arc steelmakingtechnology for energy savingenergy saving as a whole1前言我国是一个能源生产

3、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

4、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30t EOF炉已达如下指标:吹炼时间1520min,日产2

5、759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57min,总能耗减少20%25%,冶炼周期60min,而该公司一般炉子为80100min。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902

6、40t,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264288kWh。2.3双壳电炉西欧Fuchs Systemtechnik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1

7、50t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5800mm,额定功率36MVA。炉壁上安装4支等离子枪,最大功率78MVA,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7380dB,等离子弧定

8、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。2.5DC电炉1982年第1台12t DC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1.11.5kg/t,比AC炉节约60%

9、以上;(2)吨钢电耗350420kWh,比AC炉降低5%10%;(3)耐火材料节约30%35%;(4)功率因素可达0.930.95,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1015dB。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。2.6EBT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

10、极、降低电耗、净化钢水、减少环境污染等优点。以100120t EBT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34min;(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。2.7Comeit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

11、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。Fe

12、3C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。2.9K-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

13、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2K-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/m3 CO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。

14、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

15、烧嘴缩短冶时2060min,降低电耗5070kWh/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2040min,降低电耗2060kWh/t五钢、抚顺、大连长城、本钢熔氧结合,快白渣缩短冶时2060min,降低电耗2075kWh/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460530kWh/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5772kWh/t,轴承钢中平均氧含量13.410-6凌源、武进济钢、承钢水冷电缆缩短冶时10min,吨钢节电2030kWh,无维修费用,无热停工时间石钢喷煤粉节电89kWh/t,缩短冶时23 min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