我国节能电弧炉技术的发展

1、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 Energ y-Saving EAF Technology in ChinaTia n Hui and Song Huade(Beiji ng Cen tral Iron and Steel Desig n In stitute, Beijing 100053)Abstract The main technical development of energysaving EAF in world and t

2、he prese nt con struct ion situati on in Chi na are briefly in troduced. The proposals for speedi ng develop ing the en ergy»av ing EAF tech no logy in China are offered in this paper.Material Index En ergy-Savi ng, EAF, Developme nt1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

3、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420460kWh/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、Con steel炉、双壳电弧炉、Da narc和Danarc Plus-2000炉与Korfarc炉几种，其特点见表 2。表1各种节

4、能电弧炉开发应用情况Table 1 Developme nt of various en ergy-sav ing EAF tech no logy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VAICon steel电弧炉（交直流）1989工业生 产In tersteel Tech no logyIn c.(TECHINT)Dan arc电弧炉（交直流）1993工业生 产Dan ieliDanarc Plus-

5、2000 电弧炉（交直流）1993在建数 座尚未投 产Dan ieliKorfarc电弧炉（交直流）1997工业生 产MDHCon arc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 2 Features of main en ergy -sav ing EAF序 号项目竖炉Con steel 炉Danarc炉DanarcPlus-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

6、年在建3座1998年投产5座，在建1座1996 年14座2设备特 占 八、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， 冶炼同常传送带内预 热废钢，废 钢连续在熔大量使用 燃料与氧 气代替电与Danarc炉相同大量用氧 与燃料， 操作控制两个炉 壳轮换 冶炼，消规电炉池内熔

7、化， 电弧稳定， 电流小能，操作 同常规电 弧炉复杂除了停 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5设置电 炉密闭 罩难易难度大不需密闭罩一般难度大一般不能设 置密闭程度卓6冶炼时间 /min45 6045 5048 6045 6060 7540 50n7生产率/t . h-175 15080 12070 11070 11060 100100200消耗:（废钢法）宝钢电150 t 电/kWht-1炉30%燃料330370340370300360300350350380铁水8-1/kg .t6806

8、86856290炭16152015 2051010 150-1/kg .t27 3035 3840 4830 3838 436氧气21.71.4 1.61.5 1.71.7 235/m3.t-11.3电极/kg.t-19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.1 En ergy cost an aly

9、sis of EAF using oxyge n(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 mVt，普遍提高到3545 m/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%勺热量预热废钢(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 C,与电炉联合的新型废钢预热装置，如竖炉、Con steel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.2En ergy bala nee

10、 of scrap preheat ing 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150250kWh/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 3 Key tech no logies of major en erg

11、y-sav ing EAF序号炉型关键技术1竖炉(1)竖井及其运动机械手指阀(3) 氧燃烧嘴(4) 竖井内后燃烧及其检测控制系统2Con steel 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

12、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 4 Outl ine of en ergy - sav ing EAF

13、 and melt ing shop in China项张家港润安阳钢抚顺特张家贵阳钢涟源宝钢南京钢八一目忠钢铁公司铁 公司殊 钢公司港沙 景钢铁公司厂钢厂M钢铁厂钢厂电 炉公 称 容 量/t901006080607015010070炉 型AC SSF单竖炉AC fsF°AC fsF°AC, fsF°ACCon ste elACConsteelDC双壳ACPlus-2000DCKorfarc炉 壳 直 径 /mm5900/61006300/64005500/560060005200/54006200730059005800变 压 器 容量/MVA657235+20

14、%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次 精型 式LF(VD)LF, VDLF , VDLF,VDLF, VDLF2台LF , VD)LF,VD/VODLF(VD1公9010060806070150 LF: 10070炼称 容 量/tVD 84VOD 73LF 变 压 器 /MVA13.51810+20%13.5101022+20%1312连机 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 /

15、m7R=81289/161089连 铸 机台X流数1X51X11X41X51X32X41X61X51X4铸 坯 断 面 /mm130X 130150-250X 950-15 00200X200 240X240 280X320130X130150X150150X150200X200140X140153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

16、， 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:C on astVAI*FSF:Fuchs LF,VD: Ceris设计CCM: Daniel iEAF，LF: Fuchs CCIM Conca stEAF Tech in tLF:西炉所CCM Concas tEAF Techi ntLF:国 产CCM:二手 设备EAF Cleci mLF， VD CCM Dan ieliDanieliEAFDe

17、mag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%水30%生铁40%水25%水30淞水41%水20%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60 150 t，有 4 座竖炉，2 座 Con steel 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

18、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，

19、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 C的温度下使其急速冷到300 C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

20、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5 60 t节能电弧炉主要参数与指标Table 5Mai n tech ni cal parameters of a 60t en ergy-sav ing EAF序 号项目公司ABCD1采集数据时间19981998199819982炉型AC Korfarc ACPIus-2000AC, Con steelAC ， fsF3公称容量/t606060604冶炼时间/min605954555生产率/t h606166.765.56变压器容量/MVA35+20%35+20%3535+20%7设备总重/t263.43787.9849.3703其中废钢预热系统/t0270.2431.93708钢铁料收得率/%909194929主要消耗：（30%生 铁）（30%生 铁）（30%生 铁）（30%生 铁） 钢铁料/kg . t-11111109810641087(2)