我国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 Energy-Saving EAF Technology in ChinaTian Hui and Song Huade(Beijing Central Iron and Steel Design Institute, Beijing 100053)Abstract The main technical development of energy-saving EAF in world and the

2、 present construction situation in China are briefly introduced. The proposals for speeding developing the energ-ysaving EAF technology in China are offered in this paper.Material Index Energy-Saving, EAF, Development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 电弧炉的工业使用之后， 80 年代末期，一种以降低电耗与总能耗为目的 的

3、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使用情况。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 工业上使用最多的有竖炉、 Consteel 炉、双壳电弧炉、 Danarc 和 Danarc Plus-2000 炉与 Korfarc 炉几种，其特点见表 2。

4、表 1 各种节能电弧炉开发使用情况Table 1 Development of various energy-saving EAF technology名称开发 时间使用情 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 TechnologyInc.(TECHINT)Danarc 电弧炉 （ 交直流 ）1993工业生 产Danie

5、liDanarc 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 2 Features of main energy - saving EAF序 号项目竖炉Consteel 炉Danarc炉DanarcPlus-2000 炉Korfarc 炉双壳电 弧炉1使用情 况1998 年投 产 20 座， 在建 5 座（指 F

6、uchs）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 3 4 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

7、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 使用竖井内后 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 罩难易难度大不需密闭罩一般难度大一般不能设 置密闭程度罩6冶炼时 间/min4560455048604560607540507生产率 /t . h-17515080120701107011060100100200消耗：（废钢法） 电. -1 /kWh.t -1 燃料宝钢 15033

8、0370340370300360300350350380t 电炉30%铁水290 06351.38/kg .t -1680686856炭16152015205101015/kg .t -127303538404830383843氧气/m3.t -121.71.4 1.61.5 1.71.72电极. -1/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， Dana

9、rc 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 Energy 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 600 750 ，与电炉联合的新型废钢预热装置，如竖炉、 Consteel 炉、 Plus-2000 等，也有

10、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.2 Energy 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 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

11、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 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

12、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

13、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 Outline 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，FSFAC Conste elAC Conste elDC 双壳ACPlus-2 000DC Korfa

14、rc炉 壳 直 径 /mm5900/61006300/64005500/560060005200/54006200730059005800变 压 器 容 量 /MVA657235+20%6536459960+20%60冶 炼 周 期 /mi n585955506550,456050（不 锈除 外）75年 产 量/ 万 t . a-167.570476931.652.61006336.8次 精 炼型 式LF(VD)LF，VDLF， VDLF， VDLF， VDLF2 台LF，VDLF，VD/VODLF(VD )公 称 容 量 /t9010060806070150LF：100VD：84VOD：73

15、70LF 变 压13.51810+20%13.5101022+20%1312器 /MVA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 /mm130130150-250950-1500200200 240240 280320130130150150150150200200140140153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，

16、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:Con astVAIFSF：Fuchs LF,VD: Ceris 设计CCM: DanielEAF， LF： Fuchs CCM： Concas tEAF：Techin tLF：西 炉所 CCM： Conca

17、sEAF：Techin tLF：国 产CCM: 二手设EAF：Cleci mLF，VD， CCM： DanieDaniel iEAF： Dema 其余： 国产it备li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

18、 炉各 1 座。目前 国际上已成熟地使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。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

19、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

20、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

21、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 /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)(1) 钢铁料/kg .t -11111109810641087(2) 电能/kWh. t -1355335325310(3) 氧气 /m对引进节能电弧炉的设备性能、生产操作技术进行