NKK开发成功环保型高效电弧炉

1、NKK开发成功环保型高效电弧炉  发表日期：2006-7-6阅读次数：1641 前言 近年来，为了强化环保与节能，关于用烟气（即废气）预热废钢的方案已提出多种，有的也早已投入使用，其用氧量及电耗大约分别为3035Nm3/t和260290KWh/t.然而环保法规越来越严，要求除去烟气中的白烟、恶臭及二恶英（简称DXN），如日本规定自2001年12月开始，新建电炉烟气中的DXN浓度须0.5ngTEQ/Nm3。 为此，NKK（日本钢管公司）开发了新一代环保型高效炼钢电炉（简称ECOARC即Ecologically friendly and Economical Arc Furnace的缩写

2、）。2 ECOARC的结构及操作概况 该开发炉主要由熔化室和与之紧密连接的废钢预热竖炉构成。因二者相连且一起倾动，故系统内无空气漏入而呈半密闭结构。 需预热的废钢以连续式或间隙式方式从顶部装入竖炉内；通过喷枪向熔化室内吹入焦炭和氧气燃烧作为辅助热源，向竖炉下部喷氧以加速废钢熔化。炉内产生的烟气在竖炉内与废钢进行充分热交换后，再经燃烧塔、冷却塔并除尘后再放散（排向大气）。 在废钢熔化过程中，因钢水与未熔废钢在熔化室内共存，故钢水温度较低（15001530）。因此，当熔化完一炉废钢时，向出钢口一侧倾动炉体而减少了钢水与未熔废钢的接触面积，从而使钢水可升温至1600左右；然后出钢并留下少量（一般20

3、左右）钢水，炉体恢复水平，再开始下一炉的熔炼。的特点 因其独特的结构和工艺而具有多方面的 特点（和优点）：a：因喷吹的焦粉和氧气产生 的含O和O2的烟气在炉内与废钢接触，故传热效率极高。在熔化速度150t/h、竖炉高6.7m、用氧量为33Nm3/t和炉内烟气氧化度2（2）0.7的条件下，废钢预热温度达850、电耗为210KWh/t。若用其它预热方式，因废钢远离熔化室，烟气显热损失大，故电耗高达 270 KWh/t。因竖炉与熔化室紧密相连，省去了移动废钢的钩爪或推料杆等设备，从而可增大用氧量，提高废钢预热温度（不必担心烧坏上述设备）。 如用氧量为45Nm3/t时，废钢预热温度可高达1000，而电

4、耗则可降至150 KWh/t。而其它预热方式则不行。C.此炉的半密闭状态将气氛中的氧浓度降至以内，即使在预热至1000的高温下，废钢也基本不会氧化（烧损）。因空气侵人少，总烟气量为一般电炉的1/31/4，气氛氧化度为0.60.7左右，约左右的未燃气体到达燃烧塔再燃烧，高达900以上的高温可有效除去烟气中的白烟、恶臭和。e.其它优点有粉尘量少、钢水含氮量低、噪声低、闪烁少。 确认试验 虽有上述诸多优点，但在实际生产中能否顺利解决如下问题：废钢从上至下进人熔化室而不在中途因熔融而阻滞？在熔化室内钢水与未熔废钢共存状态下能否得到低碳（大约0.03）钢水？能否确保竖炉内气氛中的氧浓度、氧化度0.7须经

5、试验确认。 t试验型的主要技术参数为：是带有预热竖炉的（直流）炉；出钢量t（留钢量t）最大电功率950；石墨电极尺寸英寸；最大吹氧速率2.7Nm3/min；竖炉废钢装人高度；炉体倾动角（与水平成）30度。 通过t炉的生产性试验，查明了以下问题：a. 在出钢前倾动炉体使钢水升温时，倾动角越大则温度也升得越高（最高可1600）；b通过调节闸板开度，可确保烟气氧浓度、氧化度0.40.5；c. 竖炉内一般不会因废钢熔融而产生机械性悬料（偶尔发生也易消除）；d通过在熔化期和升温期调整氧和焦炭吹人量，可将钢水碳浓度稳定在0.03%0.10%的合适范围；e. 在用氧45 Nm3/t时的电耗为216 KWh/

6、t；粉尘发生量约为6kg/t，即为常规电炉的1/2以下；钢水中的氮浓度50ppm。 实机操作模拟 根据试验炉热平衡推定生产规模在用氧量45 Nm3/t 时的电耗为150 KWh/t；废气中DXN浓度0.2ngTEQNm3；较之常规电炉，吨钢成本可减少2000日元。 结论具有极大的推广应用价值。 环保型高效电弧炉   发表日期：2006-6-25阅读次数：2021 前言 炼钢用电弧炉是钢铁循环再利用的主要设备，它利用电弧加热将废钢(铁屑)熔化后再制成钢材提供给社会。另一方面，炼钢用电弧炉也是一种对环境会造成很大负荷的设备，如熔化废钢要消耗大量的电力，而且会产生废气、噪音、粉尘、闪烁和高

7、次谐波等。例如，普通电弧炉生产1t的钢水需耗电350400kWh，一座年产50万t钢水的电弧炉，年耗电量约180000200000MWh，这相当于约5万户普通家庭的耗电量。 另外，近年来，随着人们环保意识的不断提高，除尘装置出口的白烟、恶臭；DXN(二恶英)类污染物已成为一个问题，尤其是对于DXN类污染物，要求新建电弧炉排放废气中的DXN类污染物必须在05ngTEQm3N以下，粉尘中的DXN类污染物必须在30ngTEQg以下。 为解决以往电弧炉这种高能耗、高环境负荷的问题，日本开发了环保型高效电弧炉ECOARC，目前1号炉正在顺利生产当中。本文就ECOARC的特征及其与以往电弧炉的比较进行了介

8、绍。 2 以往电弧炉 以往的电弧炉生产时先是把炉体上部的炉盖旋转开，分23次将废钢装入炉内。在使用三相交流电的交流电弧炉的情况下，以废钢(钢水)为介质用3根石墨电极产生电弧，利用产生的电弧热熔化废钢。 当电弧击到装入的废钢时，废钢开始熔化，废钢熔化后在炉内会形成空间，此时可以继续追加装人废钢。在此期间由于电弧一般是直接击到废钢，因此负荷变化大，会产生雷鸣般的声音，噪音大。 在装完规定的出钢份量所需的废钢后，一旦废钢完全熔化，就要进行钢水成分调整，并将钢水温度提高到规定的温度。在此期间由于电弧会通过炉渣击到钢水，因此负荷变化减小、噪音也减小。当钢水温度达到规定的温度时，将炉体向前倾斜，由炉体前部

9、的出钢口进行出钢。 在电弧炉中不仅能进行电弧加热，而且通过吹氧和加入焦炭能促进废钢的熔化，燃烧后的高温CO或CO2会排出炉外。根据不同的熔化期，有时这些气体温度会高达1200。 废气由安装在炉盖中的废气槽排出，此时由于周围空气的一同吸入，会使CO产生二次燃烧，然后再通过冷却室和水冷槽冷却后被导入除尘装置。也就是说，结果废气的高温热能没被直接使用就浪费掉了。 为利用废气的热能预热废钢，开发了各种利用热回收预热废钢的装置。但是，与回收效果相比，不仅维修费增加了，而且由于废钢中含有的油分、塑料和橡胶等杂质的不完全燃烧会出现白烟和恶臭等问题，加之近年来对环保意识的提高，因此目前已几乎不使用这些利用热回

10、收预热废钢的装置。 3 ECOARG的开发。 为适应节能和社会对环保的要求，日本从1997年开始进行以电力单耗在200kWht以下(约为以往电弧炉的50)为目标的新一代环保型高效电弧炉的开发。通过5t试验炉的试验，突破了以往对电弧炉的固有观念，根据新的设想，开发了ECOARC(Ecological和EconomicalArcFurnace)，并成功地进行了商业化生产。 ECOARC由熔化废钢的熔化室和与熔化室直接连接在一起的预热竖炉构成。尤其是在其后段设有用于对废气中的DXN类污染物、白烟和恶臭进行热分解的燃烧室和用于防止热分解后DXN类污染物再合成的水直接喷雾式冷却室。由于熔化室和预热竖炉直

11、接连接在一起可一起倾动，因此不会有空气从其结合部侵入竖炉。 燃烧室能满足DXN类污染物充分热分解所需的温度和滞留时间；水直接喷雾式急冷室能将废气温度充分降低，以防止DXN类污染物的再合成。从炉子排出的废气经燃烧室、水直接喷雾式急冷室和除尘装置后被排放到大气中。 4 ECOARC的特征 如前所述，采用ECOARC时熔化室和预热竖炉是直接连接在一起的，它能在保持熔化室和预热竖炉有废钢连续存在的状态下进行熔化，因此它有如下特征。 4.1 节能 在熔化室内由于吹入的氧及加入焦炭产生的CO和二次燃烧空气反应后所得的高温CO和CO2气体会直接与竖炉下方熔化室内的废钢直接接触进行热交换，因此热效率极高。 根

12、据计算，在竖炉高度67m、吹氧量33m3Nt：、废气的氧化度(CO2(CO十CO2)为07的条件下，预热温度可达850，电力单耗为210kWht。如果采用其它预热方式，由于用废气预热的废钢远离熔化室，因此废气在到达废钢之前，炉体就发生了散热损失，结果预热温度会变低，得不到预想的预热效果。 4.2 DXN类污染物、白烟和恶臭的预防措施 在以往炉子中作为预防DXN类污染物的措施是，在废气通道中设置燃烧器，通过燃烧提高废气温度对废气进行分解，但由于设备运转费(燃料费)增加，因而造成成本大幅度增加。 采用ECOARC时，可以将废气在炉内的氧化度保持在0607左右，在后段设置的燃烧室内未燃的CO和空气混

13、合后进行燃烧，可将废气温度提高到900以上，从而可分解白烟、恶臭和DXN类污染物。 采用ECOARC时，由于它是一种准密闭炉，因此可以抑制空气侵入熔化室和竖炉，所产生的废气量非常低，是相同生产率的普通电弧炉的60以下。由于使未燃的CO发生燃烧，因此提高了废气温度。 4.3 提高生产率 由于大幅度降低了电力单耗，因此在新建电弧炉的情况下,ECOARC的电源设备只要和同规模的以往电弧炉的大约5060的容量就可以了。将现有的电弧炉改造为ECOARC时，在直接使用原有的电源设备的情况下，生产率可提高50以上。因此，它可以提高廉价夜间电力的利用率。 4.4 改善作业环境 ECOARC操作是平缓负荷脉冲操

14、作，与同规模的以往电弧炉相比，噪音大幅度减小。 另外，它不会像以往电弧炉那样每次装入废钢时要旋转炉盖，因此没有旋转炉盖时所产生的烟尘，炉前环境比以往电弧炉的干净。 4.5 输电质量 ECOARC不会像以往电弧炉那样当电弧击到废钢时而产生大的电力负荷变化，也能稳定保持高的功率因素，减少闪烁和高次谐波。即使在大幅度减少电源设备(闪烁补偿装置，高次谐波过滤器)的情况下，也能改善通常所需的输电质量。 4.6 减少粉尘发生量 ECOARC是准密闭炉，因此废气量少，结果竖炉内的气体流速小，有望减少粉尘的发生量，并将粉尘的发生量抑制在以往电弧炉的50左右。因此粉尘处理费少，有助于降低生产成本。 5 操作实绩

15、 ECOARC的1号炉已于2001年12月开始投入生产，虽然平均吹氧量只有3032m3Nt左右，但对吹氧量为40m3Nt的炉子(数10炉)进行归纳后可知，电力单耗为196kWht。由此换算可知，每吹入氧lm3Nt，电力单耗为6kWht左右。如果采用以往的电弧炉，氧换算成电力为3kWht，说明ECOARC采用CO和CO2废气进行连续高温预热的效果非常高。 另外，废气中的DXN类污染物在05ngTEQm3N以下，粉尘中的DXN类污染物在30ngTEQg以下，也没有发生白烟和恶臭问题。 6 结束语 为应对环保的需要，日本开发了环保型高效电弧熔化炉ECOARC。与以往电弧炉相比，它能大幅度减少电力单耗

16、，1号炉目前正在顺利生产当中。 ECOARC不仅能解决DXN类污染物、白烟和恶臭等环保问题，而且能改善操作人员的作业环境。炼钢用电弧炉存在着降低生产成本和环保这两个对立的课题，ECOARC能同时解决这两个课题，因而能为社会做出贡献。炼钢粉尘循环利用新工艺  发表日期：2006-7-8阅读次数：1861 引 言 在炼钢工艺过程中，添加到炉内的原料中有2%的转变成粉尘。据估计美国钢铁业年产粉尘量接近180万t，其中60万t由电炉炼钢所产生，剩下的120万t粉尘全部由碱性氧气转炉炼钢法产生（BOP）。 炼钢粉尘主要由氧化铁组成，氧化铁含量为7095%，其余的5%30%粉尘由氧化物杂质组成，

17、如氧化钙和其它金属氧化物（主要是锌），炼钢粉尘中其它化合物是铁锌铁素体、碳酸钙、铁镁铁素体和碳。碱性氧气转炉炼钢法产生的粉尘曾用于烧结生产的原料并在高炉内循环利用。然而，近几年此粉尘的循环利用被禁止，因为此粉尘中锌的含量高达2%7%。 锌在炼铁过程中属于有害元素，因为高炉冶炼过程中，锌易于形成炉瘤而限制炉内固体和气体的流动。当含锌的粉尘再循环加入炼钢炉后，几乎所有的锌汽化并再次成为粉尘。然而，在炼钢工艺过程中，如果添加的粉尘锌含量较高将最终导致钢水中的锌含量增加。从而有可能超过用户所要求的锌的含量标准。碱性氧气转炉炼钢法所产生的粉尘中锌含量增加主要由于镀锌废钢的利用增加。 碱性氧气转炉炼钢法产

18、生的粉尘目前划分为无害废弃物。大部分粉尘未经特殊处理。处理粉尘的费用日益增加以及日益严格的环保标准要求一直是探索粉尘中氧化铁在炼铁或炼钢工艺中循环利用经济有效方法的推动力。 进行此种研究的目的是开发一种新工艺，此工艺能将碱性氧气转炉炼钢法产生的粉尘分离成两个部分：富铁部分和富锌部分，这两部分分别可在炼铁/炼钢工艺和炼锌工艺中循环利用。因为炼钢粉尘中大部分的锌与氧化铁化合形成铁锌铁素体，因此首先最重要的是决定如何将锌铁素体转变为氧化锌和氧化铁，其次是寻找一种方法使上述两种氧化物加以分离。上述目标通过研究锌铁素体的还原过程加以实现。通过使用热解重量分析仪以监视还原过程的进行。反应后的最终产物使用氨

19、溶液进行浸入处理以判断氧化锌和铁锌氧化物的分离程度。浸出溶液中锌的含量通过原子吸收技术加以断定。锌铁素体转换成氧化锌和氧化铁的程度以及通过氨溶液浸出处理后两种氧化物的分离程度通过对还原后的锌铁素体和浸出残渣进行X射线衍射加以判定。2 利用H2/Ar混合气体分解BOP粉尘新方法 为探索碱性氧气转炉炼钢法粉尘分解成铁和氧化锌的可能性，在低温条件下使用H2/Ar混合气体对高锌含量粉尘进行了还原试验。BOP粉尘还原/浸出处理的效果通过分析X射线衍射光谱加以判断。结果显示：在400°C、40%H2/Ar混合气体条件下，BOP粉尘确实分解成氧化锌和金属铁，氧化锌随后使用氨水浸出溶液进行浸出处理，还原/浸出处理后,BOP粉尘中的的锌被浸出，且浸出残渣中是金属铁也有少量的氧化铁，但氧化铁的含