第四章現(xiàn)代電弧爐煉鋼的發(fā)展與節(jié)能

1、第四章 現(xiàn)代電弧爐煉鋼的發(fā)展與節(jié)能99. 什么是現(xiàn)代電爐煉鋼？現(xiàn)代電弧爐煉鋼具有哪些特征？“現(xiàn)代電弧爐煉鋼”一詞最先出現(xiàn)在中國(guó)學(xué)者徐匡迪和殷瑞鈺于1993年發(fā)表的論文“現(xiàn)代電爐煉鋼的發(fā)展趨勢(shì)”及“當(dāng)代電路流程的工程進(jìn)展評(píng)價(jià)”中。之后，眾多冶金工作者在他們的專(zhuān)著和論文中采用了“現(xiàn)代電弧爐煉鋼”或“現(xiàn)代電爐”的述語(yǔ)。關(guān)于現(xiàn)代電弧爐煉鋼的特征，一般總結(jié)為“高效”和“節(jié)能”，隨著綠色經(jīng)濟(jì)概念的提出，又加上了“環(huán)?！?。殷瑞鈺在其“當(dāng)代電路流程的工程進(jìn)展評(píng)價(jià)”一文中將其歸結(jié)為下列特征：（1）電爐生產(chǎn)節(jié)奏轉(zhuǎn)爐化；（2）鋼的二次精煉在線化；（3）鋼的凝固過(guò)程連續(xù)化；（4）建立在連續(xù)軋制基礎(chǔ)上的產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)系列化；

2、（5）可持續(xù)發(fā)展。上述歸納較好地反映了現(xiàn)代電弧爐煉鋼的一些特征和發(fā)展趨勢(shì)，使我國(guó)的電弧爐煉鋼具備這些特征，是我國(guó)電弧爐煉鋼生產(chǎn)發(fā)展的方向。100. 現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術(shù)與傳統(tǒng)電弧爐煉鋼有哪些差異？現(xiàn)代電弧爐煉鋼的特征是由現(xiàn)代電弧爐煉鋼的技術(shù)特點(diǎn)決定的，我們對(duì)現(xiàn)代電弧爐煉鋼與傳統(tǒng)的電弧爐煉鋼做個(gè)對(duì)比，來(lái)揭示二者技術(shù)特點(diǎn)上的差異，見(jiàn)表4-1。表4-1傳統(tǒng)電弧爐與現(xiàn)代電弧爐煉鋼法比較比較項(xiàng)目傳統(tǒng)電弧爐煉鋼現(xiàn)代電弧爐煉鋼能源電能電能、化學(xué)能、物理能冶金過(guò)程熔化、氧化、還原三期操作；熔煉畢碳0.2%取消電弧爐還原期，采用爐外精煉；高配碳，可停電不停氧操作主要原料廢鋼，10-15%生鐵廢鋼，30-40%生鐵

3、/鐵水及適量DRI/HBI產(chǎn)品鋼錠連鑄坯環(huán)境環(huán)保差重視環(huán)保，綠色制造由上表比較可見(jiàn)，現(xiàn)代電弧爐煉鋼具有下列5個(gè)特點(diǎn)：（1）現(xiàn)代電弧爐煉鋼的能源有三種，除了傳統(tǒng)的電能外，還有化學(xué)能和物理能，化學(xué)能和物理能所占的比例超過(guò)50%，這也是現(xiàn)代電弧爐煉鋼具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)的一個(gè)重要因素。（2）現(xiàn)代電弧爐的冶煉過(guò)程主要是熔化氧化過(guò)程，取消了傳統(tǒng)電弧爐煉鋼的還原期。傳統(tǒng)電弧爐煉鋼還原期的任務(wù)由在線的二次精煉完成，現(xiàn)代電弧爐成為一座初煉爐。用氧的主要目的由傳統(tǒng)電弧爐的助熔、脫碳去氣（熔畢碳0.2%）變?yōu)樘峁┗瘜W(xué)熱，成為現(xiàn)代電弧爐煉鋼的一個(gè)重要熱源。由于化學(xué)熱和物理熱的增加，冶煉過(guò)程中采用加部分鐵水冶煉時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)停

4、電不停氧操作。這是由于兌入的鐵水比例高，富含物理熱，有一段冶煉時(shí)間可以像轉(zhuǎn)爐那樣實(shí)現(xiàn)不供電。（3）現(xiàn)代電弧爐煉鋼的主要原料除廢鋼外還有30-40%的生鐵或DRI/HBI等。生鐵在傳統(tǒng)電弧爐煉鋼過(guò)程中的配入量一般為10-15%，主要用來(lái)通過(guò)C-O反應(yīng)去氣及增碳，而現(xiàn)代電弧爐煉鋼過(guò)程中主要用來(lái)高配碳，以增加化學(xué)熱和物理熱，生鐵是最佳的配碳劑。巴西某廠于1995年以前在電弧爐爐料中加40%的生鐵，我國(guó)的珠鋼150噸煙道豎爐電弧爐多年來(lái)均是采用30-35%的生鐵（部分用HBI替代）作為爐料，韶關(guān)90噸Consteel電弧爐原料中也曾使用30%的生鐵。為了增加物理能，采用廢鋼預(yù)熱技術(shù)有一定優(yōu)勢(shì)，這是國(guó)外

5、較為普遍采用的技術(shù)。在現(xiàn)代電弧爐煉鋼過(guò)程中，爐料預(yù)熱是包括生鐵預(yù)熱的，考慮到節(jié)能降耗，電弧爐中加部分鐵水冶煉在理論上是合理的。在實(shí)踐中，我國(guó)許多容量大于60噸的電弧爐采用了電弧爐加部分鐵水操作。電弧爐中加部分鐵水冶煉是我國(guó)冶金工作者對(duì)現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術(shù)發(fā)展的貢獻(xiàn)，也是符合現(xiàn)階段我國(guó)電弧爐料源狀況的一項(xiàng)有效措施。用熔融還原的方法生產(chǎn)鐵水代替高爐生產(chǎn)鐵水，有利于資源利用和環(huán)保，是一種技術(shù)進(jìn)步。DRI/HB作為生鐵的替代品，有利于環(huán)境保護(hù)，也是一種技術(shù)進(jìn)步。當(dāng)然，究竟采用何種爐料結(jié)構(gòu)，應(yīng)該綜合考慮當(dāng)?shù)氐馁Y源環(huán)境和能源供應(yīng)特點(diǎn)，更應(yīng)綜合衡量爐料的經(jīng)濟(jì)性。在電弧爐冶煉中兌鐵水（包括熔融還原的鐵水）的方法

6、，從電弧爐節(jié)能角度看是有利的，但也需要從資源等角度衡量其綜合經(jīng)濟(jì)性。（4）現(xiàn)代電弧爐煉鋼的主要產(chǎn)品是連鑄坯，傳統(tǒng)電弧爐煉鋼的產(chǎn)品是鋼錠。從整體流程角度看，現(xiàn)代電弧爐煉鋼的連鑄坯適宜采用熱裝熱送，節(jié)能效果是明顯的。（5）傳統(tǒng)電弧爐冶煉環(huán)境保護(hù)差，電弧爐車(chē)間上空往往褐色煙塵籠罩?，F(xiàn)代電弧爐煉鋼從末端公害治理發(fā)展到源頭治理，實(shí)現(xiàn)了綠色制造。101. 什么是現(xiàn)代電弧爐煉鋼的短流程？在能耗等方面，以電弧爐為代表的短流程煉鋼具有那些優(yōu)越性？根據(jù)主要原料的不同來(lái)源，鋼鐵生產(chǎn)可分為“從礦石到鋼材”和“從廢鋼到鋼材”兩大流程。相對(duì)于鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中以高爐轉(zhuǎn)爐煉鋼為代表的常規(guī)流程而言，以廢鋼為主原料的電弧爐煉鋼生產(chǎn)

7、線具有工序少、投資低和建設(shè)周期短的特點(diǎn)，因而被稱(chēng)為“短流程”。近年來(lái)，“短流程”更特指那些現(xiàn)代電弧爐煉鋼與連鑄連軋相結(jié)合的緊湊式生產(chǎn)流程。在投資、效率、尤其是能耗和環(huán)保等方面，以現(xiàn)代電弧爐煉鋼為代表的短流程煉鋼具有明顯的優(yōu)越性。高爐轉(zhuǎn)爐煉鋼和電弧爐短流程兩大流程的比較見(jiàn)表4-2。（近年數(shù)據(jù)）表4-2 高爐轉(zhuǎn)爐煉鋼和電弧爐短流程兩大流程的比較類(lèi)別高爐轉(zhuǎn)爐流程電弧爐短流程投資（美元/噸鋼）1000-1500500-1000勞動(dòng)生產(chǎn)率（噸鋼/人年）600-8001000-3000建設(shè)周期（年）41-1.5從原料到鋼水能耗（標(biāo)煤/噸鋼）703.17217.73從原料到成品材的運(yùn)輸力需求（噸/噸鋼）15

8、.89.48二氧化碳排放（公斤/噸鋼）2000-3000800102. 現(xiàn)代電弧爐煉鋼的發(fā)展歷程是怎樣的？（1）以紐柯為代表的“小鋼廠”（mini mill）在美國(guó)興起二十世紀(jì)七十年代，一類(lèi)用電弧爐生產(chǎn)長(zhǎng)材為主的企業(yè)在美國(guó)興起，并給衰弱的美國(guó)鋼鐵業(yè)帶來(lái)了新的活力。起初這些企業(yè)的規(guī)模不大，一般年產(chǎn)在二、三十萬(wàn)噸左右，所以被稱(chēng)為“小”鋼廠。隨著電弧爐大型化、超高功率化以及爐外精煉和連續(xù)鑄鋼技術(shù)的發(fā)展，逐漸形成了具有年產(chǎn)一、二百萬(wàn)噸長(zhǎng)材或扁材能力的鋼鐵企業(yè)。1989年，美國(guó)成立了以短流程電爐鋼生產(chǎn)企業(yè)為主要成員的鋼鐵制造業(yè)協(xié)會(huì)。同年6月，紐柯公司Grauforddswille廠電弧爐CSP薄板坯連鑄

9、生產(chǎn)線投產(chǎn)。到2002年美國(guó)已有7個(gè)工廠共12流CPS生產(chǎn)線相繼建成投產(chǎn)，產(chǎn)量超過(guò)1000萬(wàn)噸。2000年Hertfort廠成為紐柯公司中第一個(gè)生產(chǎn)中厚板的鋼廠，設(shè)計(jì)能力為100萬(wàn)噸/年。在電弧爐裝備方面：半連續(xù)煉鋼及連續(xù)煉鋼工藝及裝備，使得電弧爐煉鋼與連鑄機(jī)的節(jié)奏相匹配。其中由美國(guó)的ITI（Interstee Technology Inc）開(kāi)發(fā)的帶有回轉(zhuǎn)窯式廢鋼預(yù)熱器的電弧爐煉鋼工藝CONSTEEL已獲得成功，并在美國(guó)、日本和其它一些國(guó)家的鋼廠中投產(chǎn)使用。（2）歐洲是電弧爐工藝技術(shù)的積極開(kāi)發(fā)者歐洲從上世紀(jì)九十年代初確立了電弧爐煉鋼廠的發(fā)展方向，并掀起了一個(gè)發(fā)展的高潮。整個(gè)九十年代，歐洲的煉鋼

10、企業(yè)一部分將原有電爐設(shè)備改造為超高功率電弧爐，另一部分則以超高功率電弧爐煉鋼取代原有的高爐轉(zhuǎn)爐流程。歐洲的鋼鐵企業(yè)和設(shè)備制造企業(yè)在發(fā)展短流程煉鋼的過(guò)程中也極大推動(dòng)了電弧爐工藝裝備的一系列重大變革，其中ABB、MAN-GHH、VAI、Clecim等公司開(kāi)發(fā)的不同類(lèi)型直流電弧爐，F(xiàn)uchs公司的豎式電弧爐、超音速水冷氧槍等技術(shù)，Danieli公司的高阻抗交流電弧爐、基于底吹和二次燃燒技術(shù)的DANARC爐，奧鋼聯(lián)的Comelt，ABB公司的ARCON，MDH公司的CONARC和CONTIARC，此外還有雙殼電弧爐等創(chuàng)造。如果說(shuō)以紐柯為代表的美國(guó)鋼鐵企業(yè)是煉鋼短流程的開(kāi)拓者，那么歐洲的鋼鐵業(yè)可稱(chēng)得上是

11、新工藝和新裝備的積極開(kāi)發(fā)者。（3）日本將新型短流程視為二十一世紀(jì)煉鋼法日本十分重視新型短流程煉鋼技術(shù)開(kāi)發(fā)，并將其視為21世紀(jì)的煉鋼方法。相對(duì)美國(guó)和歐洲，日本制定的計(jì)劃更為具體，并提出了完成的具體時(shí)間表，將工作重點(diǎn)放在研究開(kāi)發(fā)直流電弧爐、利用余熱使廢鋼返回料預(yù)熱以及高效利用電能三個(gè)方面。有人預(yù)測(cè)到2020年，以廢鋼為原料的短流程煉鋼比例約占鋼產(chǎn)量的45%。103. 我國(guó)現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r如何？上世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)的短流程與電爐工程技術(shù)方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，主要體現(xiàn)在：（1）初步實(shí)現(xiàn)了電弧爐容量大型化我國(guó)電爐在20世紀(jì)80年代數(shù)量增加極快，但大多數(shù)是技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)落后的小電弧爐。199

12、3年以后，我國(guó)開(kāi)始逐漸淘汰大量的小電弧爐，取而代之的是60噸150噸以上的大容量電弧爐。這些大型電弧爐的生產(chǎn)率能滿(mǎn)足連續(xù)鑄鋼的要求，形成了電弧爐冶煉-爐外精煉-連鑄或電爐冶煉-爐外精煉-連鑄-連軋的現(xiàn)代電爐流程群體。到2000年，我國(guó)共產(chǎn)電爐鋼2020萬(wàn)噸，其中由50噸以上電弧爐生產(chǎn)的占1241萬(wàn)噸，為電爐總產(chǎn)量的61%。電弧爐容量的大型化是現(xiàn)代電爐煉鋼流程整體優(yōu)化的基礎(chǔ)。（2）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明顯提高，縮短了與國(guó)外的差距，不少電弧爐企業(yè)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平1993年，我國(guó)電弧爐主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：冶煉周期180-200min，電耗610kwh/t以上，電極消耗8.77kg/t，低于1965年的國(guó)際水平，我

13、國(guó)比國(guó)外落后約30年。2003年，我國(guó)部分現(xiàn)代電弧爐煉鋼廠的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)入國(guó)際領(lǐng)先行列。以下是我國(guó)安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司第一煉軋廠100噸煙道豎爐電弧爐在兌25%鐵水條件下2003年的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：表4-3 安鋼100噸煙道豎爐電弧爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（2003）指標(biāo)單位實(shí)績(jī)冶煉周期min平均41，最短30電弧爐送電時(shí)間min平均31，最短27作業(yè)率%92熱停率%1.5最高班產(chǎn)爐13最高日產(chǎn)爐37最高月產(chǎn)噸2003年鋼產(chǎn)量噸電耗kwh/t平均222，最低160氧耗Nm3/t平均41電極電耗kg/t平均1.5，最低1.3（3）在消化吸收引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新近十幾年，我國(guó)引進(jìn)了煙道豎式電

14、弧爐、Consteel電弧爐、Danarc及Danarc Plus電弧爐、雙殼爐及其它超高功率交、直流電弧爐，這些電弧爐目前基本達(dá)產(chǎn)。同時(shí)，在消化引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新，創(chuàng)新技術(shù)主要包括：提出了現(xiàn)代電弧爐冶煉周期綜合控制理論；開(kāi)發(fā)了電弧爐兌加部分鐵水冶煉的新技術(shù)；電弧爐以氮代氬全程底吹技術(shù)。珠鋼引進(jìn)的150噸煙道豎爐電弧爐及韶鋼引進(jìn)的90噸Consteel電弧爐均設(shè)置了底吹氬系統(tǒng)，熔煉過(guò)程中底吹氬或先氮然后氮?dú)迩袚Q。我國(guó)研究了在不同鋼液溶解氧含量條件下吹氮對(duì)鋼液氮含量的影響，開(kāi)發(fā)了電弧爐全程底吹氮技術(shù)，用于生產(chǎn)。珠鋼在全程底吹氮條件下，電弧爐出鋼氮含量可低于30ppm。低氮電弧爐生產(chǎn)

15、技術(shù)。我國(guó)對(duì)鋼液脫氮與吸氮理論進(jìn)行了深入、系統(tǒng)研究，促進(jìn)了低氮電爐鋼的生產(chǎn)。美國(guó)電爐鋼氮含量一般為80-120ppm，日本山陽(yáng)特殊鋼廠150噸電爐生產(chǎn)的一般鋼材氮含量100-150ppm，軸承鋼80-100ppm，Ecoarc電弧爐的氮含量為100-110ppm，而我國(guó)不少同容量電弧爐生產(chǎn)的鋼材氮含量達(dá)到40-60ppm。電爐終點(diǎn)碳控制技術(shù)。根據(jù)電弧爐冶煉過(guò)程的碳氧平衡與鐵氧平衡，開(kāi)發(fā)了電爐重電爐終點(diǎn)碳控制技術(shù)，在生產(chǎn)含碳量0.06%的低碳鋼過(guò)程中，將電爐出鋼終點(diǎn)碳控制在0.035-0.045%，一次命中率可達(dá)90%以上。寶鋼在智能煉鋼、自動(dòng)控制終點(diǎn)技術(shù)方面取得了創(chuàng)新性進(jìn)展。電爐優(yōu)化供電技術(shù)。

16、開(kāi)發(fā)了在兌加部分鐵水冶煉條件下充分利用變壓器功率，提高有功功率的供電技術(shù)以及普通超高功率電弧爐及高阻抗電弧爐的非線性電抗模型。開(kāi)發(fā)了電爐爐料結(jié)構(gòu)模型和不延長(zhǎng)冶煉周期的HBI加入工藝。針對(duì)含Cu、Cr的集裝箱板鋼，以廢鋼中的Cu、Ni、Cr雜質(zhì)元素作合金元素料；針對(duì)要求Cu等雜質(zhì)元素含量低的深沖鋼板，爐料中加HBI，利用開(kāi)發(fā)的加入工藝，再加入量為30-35%的條件下，保證冶煉周期基本不延長(zhǎng)，能滿(mǎn)足多爐連鑄的要求。104. 哪些電弧爐冶煉新技術(shù)促進(jìn)了現(xiàn)代電弧爐煉鋼的發(fā)展？由于一系列電弧爐冶煉新技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，電弧爐冶煉周期已從1965年的平均180min縮短到60min以下，最短可達(dá)35min，相

17、應(yīng)的電耗從原來(lái)的630kwh/t降低到最低可達(dá)200kwh/t?？梢哉J(rèn)為現(xiàn)代電爐冶煉技術(shù)是圍繞著縮短冶煉周期這一核心以滿(mǎn)足高效連鑄的節(jié)奏要求、優(yōu)化電爐煉鋼流程而發(fā)展起來(lái)的。20世紀(jì)50年代末傳統(tǒng)的電爐煉鋼已發(fā)展到成熟階段，60年代至70年代主要是發(fā)展超高功率供電及其相關(guān)技術(shù)，包括高電壓長(zhǎng)弧操作、水冷爐壁、水冷爐蓋、泡沫渣技術(shù)等，在這一階段鋼包精煉及強(qiáng)化用氧已開(kāi)始采用。80年代初，由于超高功率供電，為充分利用變壓器功率，將還原期移至爐外勢(shì)在必行，EBT及LF技術(shù)的開(kāi)發(fā)使電弧爐冶煉+在線的二次精煉的現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術(shù)產(chǎn)生；80年代末大型超高功率直流電弧爐問(wèn)世，主要由于它對(duì)電網(wǎng)沖擊小、石墨電極消耗低

18、，以致80年代末到90年代初直流電弧爐占了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，與此同時(shí)，高配碳、強(qiáng)化用氧技術(shù)（包括超音速氧槍、碳氧槍、氧燃燒嘴、二次燃燒技術(shù)）趨于成熟，VAI稱(chēng)之為K-ES技術(shù)，Danieli稱(chēng)之為Danarc技術(shù)，Demag稱(chēng)之為Korfarc技術(shù)。這一階段廢鋼預(yù)熱開(kāi)始，大量化學(xué)能和物理熱的輸入增加了新能源，使的冶煉周期大大縮短，電極消耗進(jìn)一步降低。1989年紐柯第一條CSP電弧爐生產(chǎn)線投產(chǎn)，形成了“四位一體”的現(xiàn)代電弧爐煉鋼流程，使現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入了成熟階段。90年代中期以來(lái)，由于連鑄單流產(chǎn)量增高，一機(jī)多流、多爐連澆技術(shù)的發(fā)展以及薄板坯厚度的增加，要求進(jìn)一步縮短冶煉周期。這一時(shí)期交流電弧

19、爐與直流電弧爐形成競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展趨勢(shì)，人們關(guān)注的已不是用直流供電還是用交流供電，而是廢鋼預(yù)熱，即二次燃燒和煙氣顯熱的利用問(wèn)題，不同的廢鋼預(yù)熱方式產(chǎn)生了不同類(lèi)型的現(xiàn)代電弧爐，它們分別是Consteel電弧爐，煙道豎爐電弧爐，Comelt中心廢鋼預(yù)熱豎爐電弧爐，帶手指煙道豎爐電弧爐，MSP，Danarc Plus，Conarc電轉(zhuǎn)爐，Contiarc和Ecoarc爐。從環(huán)保的角度看，Ecoarc技術(shù)可使二惡因排放量降低到0.1ngTEQ/Nm3 以下，可滿(mǎn)足日本和歐洲有關(guān)環(huán)保要求，成為對(duì)環(huán)境友好的電弧爐技術(shù)，同時(shí)ECOARC爐子在全廢鋼冶煉條件下，冶煉周期縮短到35min，電耗在氧耗約為30Nm3/t的

20、條件下達(dá)到250kwh/t左右，生產(chǎn)率達(dá)到100t/h。中國(guó)在這一時(shí)期，引進(jìn)了一批現(xiàn)代化的電弧爐，通過(guò)消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和創(chuàng)新，堅(jiān)持生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)了電弧爐加部分鐵水冶煉等高效化生產(chǎn)技術(shù)，并推廣應(yīng)用，縮短了與外國(guó)的差距，使我國(guó)近年來(lái)電爐鋼比例有所回升，部分電弧爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)入了國(guó)際領(lǐng)先行列。105. 現(xiàn)代電弧爐煉鋼流程上有什么特點(diǎn)？現(xiàn)代電弧爐煉鋼，在流程方面有以下特點(diǎn)：（1）現(xiàn)代電弧爐煉鋼主流程為：原料準(zhǔn)備-電弧爐冶煉-LF爐精煉-連鑄-軋制，形成“三位一體”或“四位一體”的緊湊式流程。（2）現(xiàn)代電爐廠內(nèi)產(chǎn)生廢鋼（自產(chǎn)廢鋼、廠內(nèi)加工廢鋼和折舊非鋼）再作為原料返回電弧爐。在采用兌加部

21、分鐵水冶煉時(shí)，將鋼包底、中間包底、注余等熱鋼水倒入鐵水包，經(jīng)流槽直接加入電弧爐中比它們作為冷廢鋼或經(jīng)預(yù)熱的廢鋼具有更好的節(jié)能效果。當(dāng)溫度不夠時(shí)，可用吹氧解決。（3）在原材料準(zhǔn)備中，為了節(jié)能降耗，采用兌加部分鐵水冶煉，這時(shí)鐵水供應(yīng)成為了現(xiàn)代電弧爐煉鋼流程的一個(gè)工序。鐵水可用高爐或熔融還原系統(tǒng)供應(yīng)，必要時(shí)可在高爐與電弧爐之間采用鐵水包噴粉脫硫。對(duì)于100噸左右的電弧爐，匹配容積為380-450m3的高爐，2小時(shí)可供120噸鐵水，保證電弧爐冶煉3爐鋼，這是現(xiàn)代電弧爐煉鋼的較優(yōu)化匹配。在不具備兌加鐵水條件的電弧爐企業(yè)，可以開(kāi)發(fā)新的供氧技術(shù)和爐料預(yù)熱技術(shù)，以增加化學(xué)熱和物理熱。（4）在二次精煉系統(tǒng)中，在

22、現(xiàn)代電弧爐冶煉周期縮短到35分鐘水平的情況下，對(duì)于那些要求潔凈度高、精煉時(shí)間較長(zhǎng)的鋼種，特別是要求VD精煉時(shí)，為了保證LF時(shí)間短于電弧爐時(shí)間，可采用2座LF爐操作，兩座LF爐之間用軌道連接，鋼包由LF爐至中間包用天車(chē)吊運(yùn)。應(yīng)該指出的是，此時(shí)應(yīng)強(qiáng)化連鑄工序，避免沒(méi)其成為整個(gè)流程的瓶頸。（5）高爐或熔融還原系統(tǒng)產(chǎn)生的煤氣可用于發(fā)電、鋼包烘烤、軋鋼加熱爐、VD蒸汽噴射泵等，強(qiáng)化節(jié)能。（6）現(xiàn)代電弧爐可能增加一個(gè)新的功能，即成為輪胎、塑料、橡膠等廢棄物的處理器，利于環(huán)保。106. 現(xiàn)代短流程電弧爐煉鋼在工藝與裝備上有哪些特點(diǎn)？現(xiàn)代短流程電弧爐煉鋼方法可以與轉(zhuǎn)爐煉鋼法相匹敵，除了流程本身本身具有優(yōu)勢(shì)外，

23、更得益于電弧爐工藝與裝備的不斷改進(jìn)，使電弧爐煉鋼生產(chǎn)的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不斷刷新。先進(jìn)設(shè)備在全廢鋼操作條件下以達(dá)到出鋼-出鋼時(shí)間45分鐘、電耗300kwh/t的水平。在采用兌加30-50%以下鐵水或熔融還原鐵水后，電弧爐進(jìn)一步提高了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了冶煉時(shí)間，降低了電耗，同時(shí)增加了工藝的靈活性。經(jīng)過(guò)一系列改革，現(xiàn)代電弧爐與傳統(tǒng)電弧爐工藝裝備有了很大差別，已成為煉鋼工藝過(guò)程眾多環(huán)節(jié)中的一環(huán)初煉。（1）大型化和高功率化容量過(guò)小的電弧爐不僅生產(chǎn)率低，而且技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)很難與精煉、連鑄、連軋?jiān)O(shè)備配套，因此擴(kuò)大爐容量是提高和改善短流程生產(chǎn)線整體效率的有效手段。上世紀(jì)70年代以來(lái)，許多國(guó)家逐步淘汰了30噸以下的電爐

24、，取而代之是大容量電爐。爐容量增加的同時(shí)伴隨輸入電功率的提高，噸鋼配置的變壓器容量向高功率、超高功率的方向發(fā)展。圖4-1是利用仿真模型對(duì)某100噸電弧爐模擬結(jié)果，由此可看出不同電能輸入功率（有功功率）下電耗及通電時(shí)間所發(fā)生的明顯變化。圖4-1電能輸入功率和電耗及通電時(shí)間的關(guān)系（2）長(zhǎng)弧操作與泡沫渣埋弧工藝電弧爐提高輸入功率的同時(shí)也增加了短網(wǎng)的電能損耗，采用高電壓、小電流為特征的長(zhǎng)弧操作對(duì)于減少電損失是相當(dāng)有效的。為了避免長(zhǎng)弧所引起的輻射熱損失增加及對(duì)爐襯、爐蓋壽命的不利影響，在熔煉過(guò)程中造泡沫渣遮蔽電弧以提高電弧傳熱效率是十分必要的。此外，泡沫渣還能明顯降低電弧爐冶煉時(shí)的噪音。電弧爐生產(chǎn)碳鋼和

25、低合金鋼時(shí)使用碳氧槍很容易使渣中產(chǎn)生足夠的CO氣體使?fàn)t渣泡沫化，而在冶煉不銹鋼等鋼種時(shí)，則需利用含碳酸鹽發(fā)泡劑的熱分解產(chǎn)生CO2氣體以形成泡沫渣。（3）電氣設(shè)備改進(jìn)與直流供電電弧爐電氣設(shè)備的改進(jìn)包括電極自動(dòng)調(diào)整、導(dǎo)電橫臂和“一電雙爐”的配置等。交流電弧爐上的電極自動(dòng)調(diào)整保證三相功率平衡和最大功率的輸入。與采用匯排方式相比，用銅-鋼復(fù)合板或鋁合金制成的導(dǎo)電橫臂降低了短網(wǎng)電阻，也使裝備更輕便和易于維護(hù)。雙爐殼交替使用一套供電系統(tǒng)的“一電雙爐”的型式能充分發(fā)揮電氣設(shè)備的使用效率，明顯提高電弧爐生產(chǎn)能力。與交流電弧爐相比，直流電弧供電避免了三相電極在爐內(nèi)所造成的“熱點(diǎn)”和“冷區(qū)”，還可以降低對(duì)電網(wǎng)的閃

26、爍干擾，減少電極的表面氧化消耗。（4）能源多樣化爐料的高配碳以及采用超音速水冷氧槍強(qiáng)化吹氧助熔使現(xiàn)代電弧爐中元素氧化產(chǎn)生的熱量占總熱量輸入的三分之一左右，燃料-氧槍燒嘴又能提供10-20%的能量輸入，這些都可以明顯降低電能的消耗。電能屬于二次能源，若采用火力發(fā)電時(shí)煤轉(zhuǎn)化為電能的效率以30%計(jì)，電能在電弧爐中轉(zhuǎn)化為熱能的效率約為70%，則從煤到熱能熔化廢鋼的總熱效率只有20%左右，而利用燃料與氧氣的直接燃燒產(chǎn)生的熱量熔化廢鋼時(shí)熱效率可達(dá)40%以上?？梢?jiàn)，在電弧爐中以煤、燃油和天然氣等一次能源替代電能可提高能源綜合利用率。此外，燒嘴和煤氧槍提供的附加熱能也相當(dāng)于提高了總的輸入功率。（5）二次燃燒與

27、廢鋼預(yù)熱由于高配碳和強(qiáng)化吹氧操作所產(chǎn)生的大量CO氣體，二次燃燒將其中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，同時(shí)也有利于爐氣的安全排放。但是由于爐內(nèi)的二次燃燒只能將CO轉(zhuǎn)化為CO2中大約30%的熱量傳遞給熔池，有必要通過(guò)廢鋼預(yù)熱來(lái)回收爐氣里的顯熱。（6）原料多樣化為避免廢鋼多次循環(huán)使用會(huì)使廢鋼中雜質(zhì)富集，傳統(tǒng)的電爐一般采用向爐料中配入10%左右的生鐵塊來(lái)作為廢鋼替代用品。而現(xiàn)代電爐煉鋼使用的鐵源除了冷生鐵外，還有直接還原鐵（DRI和HBI）、鐵水、脫碳粒鐵、碳化鐵、復(fù)合金屬料等。尤其是熱裝鐵水能夠利用其攜帶的大量物理熱和化學(xué)熱，能縮短冶煉時(shí)間，降低電耗和冶煉成本。（7）自動(dòng)化與智能化隨著功率輸入的智能控制系統(tǒng)、專(zhuān)

28、家系統(tǒng)、重點(diǎn)控制系統(tǒng)等技術(shù)運(yùn)用，自動(dòng)化和智能化技術(shù)極大的促進(jìn)了冶煉技術(shù)，為優(yōu)化冶煉工藝操作，節(jié)能降耗提供了更大的便利。107. 現(xiàn)代電弧爐煉鋼的能量平衡情況是怎樣的？傳統(tǒng)的電弧爐煉鋼是全廢鋼工藝 以冷廢鋼為主，配加10 左右的生鐵塊?，F(xiàn)代電弧爐煉鋼使用的其它原料還有：鐵水、直接還原鐵(DRI，HBI)、碳化鐵等?，F(xiàn)代電弧爐煉鋼典型能量衡算如圖4-2所示。圖4-2 典型的能量衡算從圖中可以看出：(1)電弧爐煉鋼過(guò)程能量輸入支出項(xiàng)的平衡值為630kWht。(2)支出項(xiàng)中，合格鋼水的物理熱為380kWht，是有用能耗。(3)支出項(xiàng)中爐氣帶走的熱量非常大, 減少爐氣造成的熱損失是當(dāng)代電弧爐煉鋼過(guò)程中有

29、最大節(jié)能潛力的方向，因此近年來(lái)許多技術(shù)開(kāi)發(fā)都是圍繞爐氣廢熱利用廢鋼預(yù)熱這一領(lǐng)域展開(kāi)的。(4)縮短冶煉周期，減少非通電時(shí)間有助于減少熱損失。(5)電能約占總能量的70 左右，是電弧爐煉鋼過(guò)程的主要能源。因而，提高變壓器功率級(jí)別，改進(jìn)電弧爐的電氣運(yùn)行狀態(tài)、合理供電，以及提高功率因數(shù)、電效率、熱效率是電弧爐煉鋼技術(shù)發(fā)展的永恒主題。(6)氧燃燒嘴在總的能量構(gòu)成中所占比例并不很大，但是從另一角度來(lái)看 氧燃燒嘴對(duì)冷區(qū)的加熱助熔效果不可忽視，而提高生產(chǎn)率本身就節(jié)約了能源。(7)吹氧產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)熱在能量輸入中占相當(dāng)大比例。由表4-4可知，O僅為生成CO2反應(yīng)熱之13，即CO生成CO2二次燃燒的化學(xué)潛能很大。

30、相比之下，二次燃燒的單位成本最低。表4-4 吹氧熔池各元素氧化1kg產(chǎn)生的理論熱值元素產(chǎn)物反應(yīng)熱相對(duì)成本（參考值）kJ/kgkwh/kgAlAl2O3145724.053.7SiSiO2113293.153.2MnMnO21760.606.0FeFeO42501.181.8CCO116393.230.50.6CCO2348389.680.30.6注：假設(shè)每kwh的電價(jià)為1。通過(guò)能量衡算，結(jié)合能量的輸入和支出，從而可以采取節(jié)約能量和回收能量?jī)煞矫娴拇胧?，達(dá)到電弧爐煉鋼節(jié)能降耗 降低成本的目的。108. 當(dāng)前提高電弧爐生產(chǎn)效率、降低能耗的措施有哪些？從熱平衡角度來(lái)看，電爐煉鋼節(jié)能包括兩方面：一是減

31、少熱損，縮短熱停工時(shí)間；二是采用新技術(shù)新設(shè)備，縮短冶煉時(shí)間。圖4-3歸納了提高電弧爐煉鋼生產(chǎn)率的技術(shù)措施，各項(xiàng)技術(shù)主要為提高電弧爐生產(chǎn)率和縮短冶煉時(shí)間服務(wù)的。可以說(shuō)，電弧爐冶煉技術(shù)主要是基于縮短冶煉周期這一核心而發(fā)展起來(lái)的。圖4-3 提高電弧爐煉鋼生產(chǎn)速率的技術(shù)措施從當(dāng)前的技術(shù)潮流來(lái)看，電爐煉鋼節(jié)能主要采用以下手段：（1）以?xún)r(jià)格低廉的一次能源(油、天然氣、煤等)代替電能。（2）提高電能利用效率，減少無(wú)功功率，主要措施是提高功率因數(shù)。為此優(yōu)化電源接線，并在熔化期進(jìn)行高電壓長(zhǎng)電弧操作。（3）強(qiáng)化用氧，配置氧燃燒嘴燃燒溢出的CO，回收利用煙氣中的化學(xué)熱。（4）利用電爐煉鋼煙氣中的物理熱和化學(xué)熱，進(jìn)行

32、廢鋼預(yù)熱。（5）采用偏心底出鋼(EBT)技術(shù)，進(jìn)行留鋼留渣操作。一方面確保有大量熱能的爐渣留在爐內(nèi)，同時(shí)殘留爐渣和鋼液有利于通電初期的電弧早期穩(wěn)定，從而提高功率因數(shù)，縮短熔化用電時(shí)間109. 現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術(shù)中合理的供電制度對(duì)節(jié)能有何影響？現(xiàn)代電弧爐煉鋼的基本方向是高生產(chǎn)率、低生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異而穩(wěn)定。在生產(chǎn)過(guò)程控制中，電氣運(yùn)行是極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。電弧爐煉鋼過(guò)程中合理的電氣運(yùn)行制度是最基本的工藝制度，合理的電氣運(yùn)行制度在于充分發(fā)揮變壓器的能力，不僅對(duì)操作順行很必要，而且也有助于降低電耗、電極損耗和耐火材料侵蝕，縮短冶煉周期。供電制度的優(yōu)化原則在于冶煉過(guò)程中盡可能發(fā)揮變壓器的供電能力，最直接

33、的目標(biāo)是電弧功率最大。因此，在額定功率允許范圍內(nèi)、保證電弧穩(wěn)定燃燒的前提下，應(yīng)盡量提高功率因數(shù)，從而提高生產(chǎn)率，降低電耗和總能耗。110. 現(xiàn)代電弧爐煉鋼的供氧技術(shù)如何促進(jìn)節(jié)能？強(qiáng)化用氧除了使脫碳速度加快以外 還可以充分利用氧氣與原料中易氧化元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出的熱量，達(dá)到節(jié)能降耗的效果。近代電弧爐煉鋼大量使用氧氣，再加上冶煉周期縮短至40-60min，故有“電爐煉鋼轉(zhuǎn)爐化”之說(shuō)。其中，吹氧使熔池中各元素氧化，放熱一般情況下已占總能量供應(yīng)的25 30。同時(shí)通過(guò)氧氣的攪拌效果提前了爐底廢鋼的熔化，均勻鋼水溫度，抑制了精煉期的沸騰現(xiàn)象。強(qiáng)化用氧已成為電弧爐煉鋼重要的技術(shù)方向。對(duì)于普通鐵水，每供入l

34、ms的氧氣，所含各元素在1600 時(shí)反應(yīng)理論發(fā)熱值約為4kWh。一般情況下強(qiáng)化用氧供能已占總能量供應(yīng)的25 30 。111. 泡沫渣技術(shù)在大容量超高功率電弧爐冶煉中有什么作用？為縮短冶煉周期，提高生產(chǎn)率，電爐煉鋼采用較高的二次電壓進(jìn)行長(zhǎng)電弧冶煉，因長(zhǎng)電弧輻射能力強(qiáng)，故采用泡沫渣技術(shù)屏蔽電弧。泡沫渣技術(shù)是在電爐冶煉過(guò)程中，在吹氧的同時(shí)向熔池內(nèi)噴碳粉，形成強(qiáng)烈的碳氧反應(yīng)，在渣層內(nèi)形成大量的CO氣體泡沫，使渣的厚度達(dá)到電弧長(zhǎng)度的2 5- 3 0倍，能將電弧完全屏蔽在內(nèi)，減少電弧輻射，延長(zhǎng)電爐壽命，并提高電爐的熱效率。良好的泡沫渣有助于改善電弧對(duì)鋼水的傳熱，降低鋼水的吸氣，減少爐塵的侵蝕和降低噪音。同

35、時(shí)，由于增加了鋼渣接觸面積，極有利于氧化渣脫磷。泡沫渣技術(shù)用于大容量超高功率電爐，可使傳熱效率大大提高，縮短冶煉時(shí)間，降低冶煉電耗，并提高電爐爐齡，減少爐襯材料消耗。112. 氧燃燒嘴在現(xiàn)代電弧爐煉鋼中起到哪些主要作用？電弧爐氧燃燒嘴技術(shù)是向熔池強(qiáng)化供熱的一項(xiàng)技術(shù)，通過(guò)使用其它燃料補(bǔ)充電能，保證廢鋼熔化，縮短電爐冶煉時(shí)間，從而提高生產(chǎn)效率，降低冶煉電耗。采用氧燃燒嘴提供輔助能源，更重要的是加熱冷區(qū)，改善爐內(nèi)熱平衡，從而達(dá)到節(jié)能增效的結(jié)果。在電爐生產(chǎn)中，使用氧燃燒嘴的主要作用概括為：增加爐內(nèi)總熱量；使?fàn)t內(nèi)各部位溫度差異縮??；減少電能消耗；冶煉時(shí)間縮短，提高生產(chǎn)率；降低電極和耐火材料的消耗。氧燃燒

36、嘴是最可觀的電能補(bǔ)償源，不過(guò)，在運(yùn)用氧燃燒嘴節(jié)省能源時(shí)，應(yīng)關(guān)注天然氣和燃料油的價(jià)格，考慮綜合效益。113. 偏心爐底出鋼技術(shù)（EBT）在降低電耗方面有哪些作用？采用偏心爐底爐底出鋼，即把出鋼口設(shè)置在爐底部位，與傳統(tǒng)電弧爐出鋼方法相比：(1)爐內(nèi)能保留98的鋼渣，有利于下一爐爐料的熔化和脫磷，提高生產(chǎn)率；(2)出鋼時(shí)電爐傾動(dòng)角度小于15(傳統(tǒng)電爐為40-50)，可以增加水冷爐壁使用面積，降低耐火材料單耗，縮短短網(wǎng)長(zhǎng)度，降低阻抗；(3)出鋼時(shí)鋼液垂直下降，呈圓柱形流人鋼包，縮短了鋼液進(jìn)入鋼包的路徑，減少了鋼液二次氧化，減少鋼液溫降，從而節(jié)約電能；(4)可以有效阻斷出鋼時(shí)電爐氧化爐渣的流出，從而提高

37、向鋼中加人的鐵合金的收得率；(5)提高了鋼液的純凈度，減少了夾雜物的含量，提高了鋼液脫硫效率，并能防止鋼液回磷。(6)可以降低出鋼溫度，進(jìn)而減少單位電耗，縮短出鋼時(shí)間。正是由于上述一系列優(yōu)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了電爐與精煉爐的最佳配合。114. 什么是底吹攪拌技術(shù)？底吹技術(shù)是在爐底安裝噴嘴或透氣磚，將氣體(惰性氣體或氧氣等)吹人煉鋼熔池，加強(qiáng)鋼液攪拌，提高電弧爐冷區(qū)熱量的傳遞速率，促進(jìn)熔池溫度和成分均勻化，加快爐內(nèi)反應(yīng)進(jìn)行速度。從而降低電耗，減少電極和石灰的消耗，提高生產(chǎn)效率，并能降低脫氧用鋁耗量和鐵合金耗量采用底吹攪拌技術(shù)，更能發(fā)揮超高功率電弧爐的水平，適應(yīng)其快節(jié)奏、高效率的特點(diǎn)，提高生產(chǎn)率，降低消耗。115. 電極智能控制技術(shù)對(duì)冶煉電耗起到什么樣的影響？電弧爐人工智能電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)(IAF)的控制原理是模擬人的大腦神經(jīng)系統(tǒng)，通過(guò)記憶、對(duì)比、映射等方式，從被控系統(tǒng)的輸入和輸出數(shù)據(jù)去學(xué)習(xí)被控對(duì)象，記憶各種運(yùn)行狀態(tài)，周期性?xún)?yōu)化內(nèi)部控制參數(shù)，不斷完善其控制；是一