我国节能电弧炉技术的发展.doc

我国节能电弧炉技术的发展田辉宋华德摘要介绍了国际上节能电弧炉技术发展概况及国内的建设情况，提出了加速发展我国节能电弧炉技术的建议。关键词节能电弧炉发展Development of Energy-Saving EAF Technology in China Tian Hui and Song Huade(Beijing Central Iron and Steel Design Institute, Beijing 100053)AbstractThe main technical development of energy-saving EAF in world and the present construction situation in China are briefly introduced. The proposals for speeding developing the energy-saving EAF technology in China are offered in this paper.Material IndexEnergy-Saving, EAF, Development1超高功率电炉技术发展方向继70年代交流超高功率电弧炉技术的完善和80年代直流超高功率电弧炉的工业应用之后，80年代末期，一种以降低电耗与总能耗为目的的节能电弧炉技术迅猛发展，成为当前超高功率电炉技术发展的主要趋势。电弧炉采用节能技术，使电能单耗从420460 kWh/t降至300350 kWh/t。表1为当前国际上各种节能电弧炉开发应用情况。其中开发最早的为德国Fuchs公司在竖井内预热废钢的竖炉，Fuchs的竖炉国际上已投产20余座，尚有5座正在建设。在首座竖炉显示其节能与高生产率的特点后，各国主要电炉制造商纷纷开发具有各自特点的节能电弧炉。目前工业上应用最多的有竖炉、Consteel炉、双壳电弧炉、Danarc和Danarc Plus-2000炉与Korfarc炉几种，其特点见表2。表1各种节能电弧炉开发应用情况Table 1Development of various energy-saving EAF technology名称开发时间应用情况主要制造商双壳电弧炉(交直流)1992工业生产MDH，Clecim,ABB,新日铁，日本钢管竖炉(交直流)1988工业生产Fuchs,P.W(卢森堡)，IHI/ABB，大同制钢Comelt直流电弧炉实验VAIConsteel电弧炉(交直流)1989工业生产Intersteel Technology Inc.(TECHINT)Danarc电弧炉(交直流)1993工业生产DanieliDanarc Plus-2000电弧炉(交直流)1993在建数座尚未投产DanieliKorfarc电弧炉(交直流)1997工业生产MDHConarc电弧炉(直流)在建数座尚未投产MDHArcon电弧炉(直流)设计阶段ABBContiarc电弧炉(直流)实验MDH表2几种主要节能电弧炉的特点Table 2Features of main energy-saving EAF序号项目竖炉Consteel炉Danarc炉Danarc Plus-2000炉Korfarc炉双壳电弧炉1应用情况1998年投产20座，在建5座(指Fuchs)1998年投产6座，在建4座1995年13座1998年在建3座1998年投产5座，在建1座1996年14座2设备特点炉盖上带一可升降与移动的竖井，总体结构庞大，设备总重大炉壁上开孔与废钢传送带相接，总体结构庞大，总重大高阻抗，炉底设碳氧风口，炉壁设氧燃烧嘴与氧枪在Danarc基础上增加回转式废钢预热装置，结构庞大炉壁上带34个自进式氧燃烧嘴和多个吹氧风口两个炉壳公用1套电极机构，各自1套炉下车辆3冶炼工艺特点竖井内预热废钢，冶炼同常规电炉传送带内预热废钢，废钢连续在熔池内熔化，电弧稳定，电流小大量使用燃料与氧气代替电能，操作同常规电弧炉与Danarc炉相同大量用氧与燃料，操作控制复杂两个炉壳轮换冶炼，消除了停电时间，操作同常规4后燃烧技术应用竖井内后燃烧在废钢传送带前段后燃烧炉内部分后燃烧在废钢预热系统内后燃烧炉内后燃烧无5设置电炉密闭罩难易程度难度大不需密闭罩一般难度大一般不能设置密闭罩6冶炼时间/min4560455048604560607540507生产率/t.h-175150801207011070110601001002008消耗：(废钢法)电/kWh.t-1燃料/kg.t-1炭/kg.t-1氧气/m3.t-1电极/kg.t-13303706816273023403700152035381.730036068152040481.41.63003506851030381.51.735038056101538431.72宝钢150 t电炉30%铁水29006351.39其它要求厂房高大平面布置有特殊要求，功率补偿小炉壁与炉底开孔多，操作控制复杂尚无生产实践经验氧燃烧嘴结构与材料特殊设备总重大，布置特殊节能电弧炉技术的主要内涵：(1) 以价格低廉的(见图1)油、天然气、炭(煤、焦炭)等一次能源代替电能，Danarc炉的主要特点就是大量采用一次能源与氧。图1用氧电弧炉能源费用的比较Fig.1Energy cost analysis of EAF using oxygen(2) 增加用氧量，采用炉气中CO后燃烧技术，提高能量供给中的化学能比例，电炉用氧量从1520 m3/t，普遍提高到3545 m3/t,同时后燃烧的控制技术日臻完善。(3) 回收利用废气中约45%的热量预热废钢(见图2)，摒弃6070年代污染生产环境的老的分离式废钢预热系统，开发出预热温度达600750 ，与电炉联合的新型废钢预热装置，如竖炉、Consteel炉、Plus-2000等，也有的设法在炉内熔化过程中实现后燃烧并预热废钢，如Korfarc炉与Comelt炉。图2废钢预热器的热平衡Fig.2Energy balance of scrap preheating device其它节能途径：如双壳电弧炉，两个炉壳轮换工作，公用一套供电系统，通过消除停电的辅助作业时间，缩短每炉钢冶炼时间，减少热损失而节能；交流超高功率电炉在变压器一侧串联高阻抗电抗器，改善电弧特性，提高热效率，缩短冶炼时间而节能；具有铁水供应条件的厂，采用电炉铁水热装技术，热装比一般在30%50%，节电能约150250 kWh/t。节能电弧炉是在常规交流或直流超高功率电弧炉技术基础上发展起来的，有关机械设备与控制系统的关键技术见表3。表3主要节能电弧炉关键技术Table 3Key technologies of major energy-saving EAF序号炉型关键技术1竖炉(1) 竖井及其运动机械(2) 手指阀(3) 氧燃烧嘴(4) 竖井内后燃烧及其检测控制系统2Consteel炉(1) 废钢传送带传动机械(2) 废钢预热段后燃烧及检测控制系统(3) 电炉倾动机械(4) 废气完全燃烧与急冷技术3Danarc炉(1) 氧燃烧嘴(2) 煤氧风口和炉底风口(3) 各烧嘴和风口控制系统(4) 高阻抗技术4Plus-2000炉(1) 水冷预热料篮预热室(2) 预热装置运动机械(3) 后燃烧及其检测控制系统5Korfarc炉(1) 自进式氧燃烧嘴及其特种材料(2) 吹氧风口(3) 后燃烧及其检测控制系统6双壳电弧炉双炉壳公用电极机械与短网系统2我国节能电弧炉概况我国是能源紧缺的国家，尤其是电能，许多电炉钢厂，因电费所占的高成本而缺少市场竞争优势，降低电耗成为电炉钢厂提高经济活力的重要课题。80年代后期国际上开始兴起的节能电弧炉技术很快受到我国许多企业的重视。张家港润忠钢铁公司引进我国首台带废钢预热的竖炉，于1995年9月投产后，很快达到每炉钢冶炼时间60 min，电耗330 kWh/t的先进指标，此后拟建的超高功率电弧炉普遍选用节能型电弧炉。表4列出了我国已建节能电弧炉及其车间概况。表4我国已建与在建节能电弧炉及车间概况Table 4Outline of energy-saving EAF and melting shop in China项目张家港润忠 钢铁公司安阳钢铁公司抚顺特殊钢公司张家港沙景钢铁公司贵阳钢厂涟源钢厂宝钢三炼钢南京钢铁厂八一钢厂电炉公称容量/t901006080607015010070炉型AC，SSF单竖炉AC，FSFAC，FSFAC，FSFACConsteelACConsteelDC双壳ACPlus-2000DCKorfarc炉壳直径/mm5900/61006300/64005500/560060005200/54006200730059005800变压器容量/MVA657235+20%6536459960+20%60冶炼周期/min585955506550,456050(不锈除外)75年产量/ 万t.a-167.570476931.652.61006336.8二次精炼型式LF(VD)LF，VDLF，VDLF，VDLF，VDLF2台LF，VDLF，VD/VODLF(VD)公称容量/t9010060806070150LF：100 VD：84VOD：7370LF变压器/MVA13.51810+20%13.5101022+20%1312连铸机机型弧形多点矫直立弯式渐近矫直弧形弧形弧形弧形(原有)弧形(圆，方)弧形弧形铸机半径/m7R0=81289/161089台流数151114151324161514铸坯断面/mm130130150-250950-1500200200240240280320130130150150150150200200140140153方178方160方120方130方150方120方150方180方产品生产钢种碳钢低合金钢碳结，桥梁低合金碳钢，合结弹簧，轴承不锈钢碳结，合结弹簧碳结，合结弹簧(预留轴承)碳结，合结弹簧，油、气管钢油井管压力管锅炉管碳钢，合结弹簧，冷镦不锈碳结，合结弹簧，低合金最终成品线材板材棒材棒材棒，线棒材无缝管棒线型，带，中空，线建设情况投产时间1995.919992000200020002000199620002000设备设计及供货EAF，LF：FuchsCCM:ConcastVAIFSF：FuchsLF,VD:Ceris设计CCM:DanieliEAF，LF：FuchsCCM：ConcastEAF：TechintLF：西炉所CCM：ConcastEAF：TechintLF：国产CCM:二手设备EAF：ClecimLF，VD，CCM：DanieliDanieliEAF：Demag其余：国产设计单位CerisCerisCerisCeris重庆院Ceris上海院CerisCeris包头院备注VD北京院设计40%铁水30%生铁40%铁水25%铁水30%铁水41%铁水20%铁水注：手指阀单竖炉； 预计投产时间。 表中节能型超高功率电弧炉，总生产能力约540万t/a，炉容量为60150 t，有4座竖炉，2座Consteel炉，双壳炉、Plus-2000、Korfarc炉各1座。目前国际上已成熟地应用于工业生产的各种节能电弧炉(除Plus-2000尚无生产实践外)国内都已在建设，大多数采用分交方式引进，即外商供给三电设备、液压设备与表3中所列的关键机械部件与技术，其余均由国内制造。3加速发展我国节能电弧炉技术与常规超高功率电炉比较，节能电弧炉无疑有着极大的优越性。我国在建或已建的节能电弧炉全部为引进技术，因而，如何加速发展我国自己的节能电弧炉技术，为大量小型电炉钢厂的改造提供先进的技术支持，实为最紧迫的课题。以下建议可供参考。(1) 实事求是、科学、准确、全面地认识各种节能电弧炉的特点，依据具体条件选择炉型。概念上应弄清，节电不完全等同于节能，我国目前电费价格高，降低电耗对于降低电炉钢生产成本十分重要，但我国是一个能源紧缺的国家，节能技术应该着重降低总能耗，有的节能电弧炉，电耗指标很先进，但同时必需提供较多的油或燃气等其它能源，综合能耗并不先进。电炉热装铁水能显著降低冶炼能耗与炼钢本身的总能耗，但是，铁水炼钢是一个从矿石到冶炼的长流程工艺，其总能耗比用废钢为原料的短流程工艺约高1倍，因此，电炉铁水热装只适于具有多余铁水的企业。带有废钢预热的节能电弧炉，对预热废钢过程中产生的Dioxin(二恶英)，Furan(呋喃)等致癌有毒气体造成环境污染的问题必须予以足够重视。避免形成有毒气体的根本办法，是使预热后的废气完全燃烧，然后在高于800 的温度下使其急速冷到300 以下。但据我们了解，目前只有Consteel炉具有这一切实措施，其它形式的带废钢预热的节能电弧炉尚无实际措施。国际已有的各种节能电弧炉型式与设备差别较大(见表2)，在评价建设费用与经济效益时，除考虑节能电弧炉本身的费用外，还需要考虑相关投资，如竖炉，要求高大的厂房，配套建设的电炉密闭罩也比其它的炉型复杂庞大，冷却水的用量也高得多，对建设费用影响较大。防止只见一点(如只讲电耗)不及其余的片面观点，以求选取合理炉型，取得最佳综合效益。表5为60 t不同形式节能电弧炉的主要参数与指标，其中许多数据有待国内实践验证。表560 t节能电弧炉主要参数与指标Table 5Main technical parameters of a 60t energy-saving EAF序号项目公司ABCD1采集数据时间19981998199819982炉型AC，KorfarcAC,Plus-2000AC，ConsteelAC，FSF3公称容量/t606060604冶炼时间/min605954555生产率/t.h-1606166.765.56变压器容量/MVA35+20%35+20%3535+20%7设备总重/t 其中废钢预热系统/t263.430787.9270.2849.3431.97033708钢铁料收得率/%909194929主要消耗：(30%生铁)(30%生铁)(30%生铁)(30%生铁)(1) 钢铁料/kg.t-11111109810641087(2) 电能/kWh.t-1355335325310(3)