電弧爐煉鋼工的節(jié)能降耗技術(shù)周衛(wèi)國

1、250SSO400圖25 3個(gè)商業(yè)運(yùn)行的工廠的電爐電耗和氧氣消耗的比較60.0Nm巴世套3砧二電爐煉鋼能量消耗電爐煉鋼的能量消耗受能源效率、能量 回收、原材料消耗和操作水平等工藝參數(shù)的 影響如圖1所示。圖1電爐煉鋼匸藝能源消耗的影響因素電弧爐煉鋼主要有這幾方而的消耗：鋼鐵料消耗鋼鐵料消耗是一個(gè)重要的減量化指標(biāo)，目 前我國電弧爐鋼鐵料消耗指標(biāo)的平均水平 大概為1 100kg /t鋼到1 150 kg /t鋼之 間，我國個(gè)別企業(yè)可以達(dá)到1 030 kg /t鋼 到1 040 kg /t鋼之間。為減少鋼鐵料消 耗而采取的技術(shù)措施主要有:廢鋼質(zhì)量的 提高。通過對(duì)廢鋼實(shí)施分類堆放、加強(qiáng)分揀、 減少泥沙等

2、措施，可減少鋼鐵料的消耗，降 低電耗，縮短冶煉周期，提髙鋼水收得率， 降低或控制鋼中的殘余元素。固態(tài)爐料結(jié) 構(gòu)的優(yōu)化。電弧爐中爐料主要以廢鋼為主， 應(yīng)用較多的還有直接還原鐵、熱壓塊鐵、冷 生鐵等。石灰的消耗石灰作為電弧爐煉鋼重要的“造渣劑”， 我國電弧爐石灰消耗從過去使用普通石灰 時(shí)100 kg /t鋼到150 kg /t鋼之間，降低 到現(xiàn)在使用活性石灰的50kg /t鋼左右，我 國先進(jìn)水平達(dá)到了44 kg /t鋼左右，縮小 了與世界先進(jìn)水平的差距。為減少石灰消耗 而采取的技術(shù)措施是：建設(shè)一流活性石灰 生產(chǎn)線，其中，麥爾茲（MAERZ）石灰窯技 術(shù)在我國引進(jìn)的事例較多，業(yè)績也很好，適 合大、中

3、、小型鋼廠或特鋼企業(yè)建設(shè)。根據(jù) 煉鋼實(shí)踐，使用活性石灰可以提高脫磷脫硫 效率80%。耐火材料的消耗在眾多高溫工業(yè)中，鋼鐵工業(yè)是耐火材料 最重要的用戶，耐火材料在鋼鐵工業(yè)中的使 用量約占總疑的65%70亂目前我國底岀 鋼電弧爐的耐火材料消耗大槪為每噸鋼12 kg,我國電弧爐噸鋼耐火材料單耗平均水平 約為1015 kgo為減少耐火材料消耗而 采取的技術(shù)措施主要有：直流電弧爐技 術(shù)（耐火材料消耗可降低30%）;泡沫渣 技術(shù)；電弧爐偏心底出鋼技術(shù)（噸鋼耐 火材料消耗可降低25犒。電極的消耗石墨電極在鋼鐵冶煉中占有一左成本的 比例，而且消耗量不小，各企業(yè)和廠家比較 看重電極的消耗和使用效果。因此，電極消

4、 耗不僅是企業(yè)生產(chǎn)中一項(xiàng)重要的考核指標(biāo)， 也是重要的減量化指標(biāo)。為減少電極消耗而 可以采用的技術(shù)措施有：直流電孤爐技 術(shù)；泡沫渣技術(shù);超高功率電弧爐技 術(shù)。燃料的消耗從圖2和圖3可以看岀，電爐能耗是輸入的 氧氣和碳的函數(shù)，電爐的高效操作意味著冶 煉能耗低，同時(shí)氧氣和天然氣消耗也低。由 于并不是所有的電爐都能有效使用氣體和 碳質(zhì)燃料，所以這兩種原料消耗與電爐的能 疑消耗沒有直接關(guān)系圖7, 8的氧耗和碳耗 數(shù)據(jù)關(guān)系變化表明，氧耗、碳耗與電爐能耗 并沒有直接關(guān)系。只有合理使用碳質(zhì)燃料， 同時(shí)提髙化學(xué)能利用效率，才能降低電爐能 耗。、7（JO850巴丘“廠參數(shù)：電M365kWt.4 7 NmM. Kf

5、tH tkgA650 i 250 115.020.035050 0圖35 3個(gè)商業(yè)運(yùn)行的匸廠的電爐電耗和碳消耗的比較近些年來，電弧爐的綜合用氧技術(shù)日漸成熟 和高效化，主要體現(xiàn)在以助熔為目的的氧燃 燒嘴技術(shù)，氧爆燒嘴可分為煤氧燒嘴、氧油 燒嘴、氧天然氣燒嘴及氧煤氣燒嘴。為了更 有效的利用氧氣和煤粉等燃料而可以采用 的技術(shù)有：超髙功率電弧爐技術(shù)；氧 燃燒嘴技術(shù)；近幾年采用的一種新氧槍 即聚流氧槍技術(shù)，它具有射流長度長、吸入 空氣少、射流發(fā)散少、衰減慢和射流沖擊力 大等優(yōu)點(diǎn)。電能的消耗電弧爐煉鋼以消耗電能為主，電耗在鋼成 本中占很髙比例，肖電是降低成本的主要途 徑之一。在通電過程中，由于電爐的不當(dāng)操

6、 作引起的能量損失主要有：（1）熔化和精 煉過程中的化學(xué)能損失（燒嘴位宜和流量設(shè) 立等）；（2 ）不恰當(dāng)?shù)呐菽斐呻娔艿?損失：（3 ）非標(biāo)準(zhǔn)化操作造成的能量損失。 斷電過程中的能量損失也是增加冶煉能耗 的因素，包括加料、出鋼和轉(zhuǎn)動(dòng)等過程，以 及工的延誤，也會(huì)造成一泄的能量損失。目前我國電弧爐冶煉電耗的平 均水平已達(dá)到350kWh /t鋼，我國先進(jìn)水平 噸鋼耗電量達(dá)到了 310kWh,該指標(biāo)處于世界 先進(jìn)水平行列。如果配合相應(yīng)的技術(shù)措施電 耗指標(biāo)可以降到更低。為了降低電耗而采用 的技術(shù)措施有：超高功率電弧爐技術(shù) （生產(chǎn)率可達(dá)120 t /h 3）;鐵水熱 裝技術(shù)（每熱裝1 t鐵水，就可以節(jié)約

7、電 494 kWh 4）;電弧爐偏心第2期吳 海，等：電孤爐煉鋼發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的研究27 底岀鋼技術(shù)（綜合節(jié)約電能22%） ; （4）導(dǎo)電 橫臂技術(shù)（與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，損耗減少 10%）;合理供電技術(shù)；電弧爐底吹攪 拌技術(shù)。此外，文章前而部分所提到的直流 電弧爐技術(shù)、強(qiáng)化供氧技術(shù)、泡沫渣技術(shù)等 也都是降低電耗的方法和技術(shù)描施。圖4通電和斷電情況下影響電爐能址損失的伙I素三電弧爐煉鋼節(jié)能技術(shù)電弧爐煉鋼的功能在于將冷廢鋼加工成 為成分和溫度合格的鋼水，其中包括了功能 和冶金兩方而的操作。討論電弧爐煉鋼的能 疑問題，包括三個(gè)工程技術(shù)問題：（1）增 加能量供應(yīng)，包括電能和其它物理熱和化學(xué) 能，換取生產(chǎn)率的

8、提髙；（2）增加輸入功 率，包括電功率和單位時(shí)間內(nèi)其它物理熱和 化學(xué)熱的供應(yīng)量，提髙電弧爐煉鋼的生產(chǎn)速 率，亦即縮短冶煉周期、提高生產(chǎn)節(jié)奏：（3） 提髙能量的利用效率。超高功率供電技術(shù)電弧爐煉鋼采用超高功率冶煉，提高熔池能量 輸入密度，加速爐料熔化，大幅度縮短冶煉時(shí) 間，從而使電弧爐的熱效率提烏，單位電耗顯 著下降。超高功率電弧爐具有獨(dú)特的供電制 度，在整個(gè)冶煉過程中采用高功率供電，熔化 期釆用高電壓、長電弧快速化料，熔化末期采 用埋狐泡沫渣操作，促使熔池升溫和攪拌， 保證熔體成分和溫度的均勻化，同時(shí)減輕爐 襯的熱負(fù)荷，達(dá)到提髙電弧爐煉鋼生產(chǎn)率， 降低電耗的目的。圖5列出了某國72 t不 同功

9、率電弧爐的主要技術(shù)參數(shù)，可以看岀采 用超髙功率冶煉的電弧爐的總效率也較高。-kVVt iMi1 IW-hM1 Witw201242402)5386130J536041?050406006241778M Cl Ib圖5某國75 t不同功率電弧爐的主要技術(shù)參數(shù)強(qiáng)化用氧技術(shù)強(qiáng)化用氧技術(shù)主要有氧燃燒嘴、吹氧助熔 和熔池脫碳、爐門噴碳粉和吹氧機(jī)械手、底 吹氧氣和二次燃燒技術(shù)等。近年來，強(qiáng)化用 氧技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用對(duì)電弧爐煉鋼技術(shù)經(jīng) 濟(jì)指標(biāo)的改善起到了重要的作用。其中氧燃 燒嘴、氧槍和二次燃饒是主要的用氧方式， 將它們結(jié)合使用可起到改善熔池?cái)嚢栊Ч?促進(jìn)冶金反應(yīng)、降低電耗以及提高生產(chǎn)率等 作用。強(qiáng)化用氧具

10、有一最佳值，目前電能與 氧之間的消耗比例還遠(yuǎn)未達(dá)到此最佳值。高 效、肖能是21世紀(jì)電孤爐煉鋼工藝的指導(dǎo)思 想，介理利用能源已成為發(fā)展電弧爐煉鋼 新技術(shù)的主攻方向成為發(fā)展電孤爐煉鋼新 技術(shù)的主攻方向。在電弧爐冶煉過程中進(jìn)行 強(qiáng)化用氧的目的除了加快脫碳速度以外，還 充分利用氧氣與原料中易氧化元素發(fā)生化 學(xué)反應(yīng)所放出的熱量，達(dá)到節(jié)能降耗的效 果。各種元素氧化的理論熱值如表3所示， 根據(jù)理論計(jì)算，對(duì)于普通鐵水，每吹入1 m3 的氧氣，所含元素在1 600 C時(shí)反應(yīng)理論發(fā) 熱值約為4kWh,可以計(jì)算出強(qiáng)化用氧供 能占總能量供應(yīng)的25%30% 6。近代電 弧爐煉鋼大量使用氧氣，再加上其他煉鋼技 術(shù)使冶煉周

11、期縮短至4060min,故有“電 弧爐煉鋼轉(zhuǎn)爐化”之說。因此，強(qiáng)化用氧技 術(shù)已經(jīng)成為電弧爐煉鋼重要的技術(shù)方向。熱裝鐵水技術(shù)電弧爐兌入部分鐵水冶煉是我國冶金工 作者對(duì)現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術(shù)發(fā)展的貢獻(xiàn)。實(shí) 踐證明它不僅能縮短供電時(shí)間和治煉周期、 降低冶煉電耗、稀釋廢鋼中的有害元素、利 于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼水、開發(fā)新鋼種提髙產(chǎn)品競爭 力，而且可解決部分廢鋼短缺問題。目前我 國許多冶金企業(yè)在電弧爐內(nèi)兌鐵水后取得 顯著的經(jīng)濟(jì)效益。鐵水在1350 C時(shí)其熱焰為1 221 kJ/kgo因 此每加熱It鐵水即可帶入物理熱X106RJ, 相當(dāng)于339 kWh的電能。從元素氧化釋放 熱疑的角度來看，氧化鐵水中元素所釋放的 熱

12、量要比氧化廢鋼中元素所釋放的熱量多。 以1 t鐵水代替1 t廢鋼為例，按1 400 C時(shí) 元素氧化釋放的熱量汁算，鐵水氧化后多釋放的化學(xué)熱為 559 265 kJ，相當(dāng)于155 kW - h的電能。因 此熱裝1 t鐵水，可節(jié)電339+155=494 kW 7 o電弧爐煉鋼法的基礎(chǔ)是廢鋼的穩(wěn)左供 給，而由高爐。向電狐爐直供熱裝鐵水不但可以緩解廢鋼 資源緊缺的壓力，同時(shí)，熱裝鐵水帶入大量 的物理顯熱，并有大量的C, Si, Mn等元 素與O反應(yīng)釋放大量的化學(xué)潛熱，可有效地 提高熔池溫度，降低冶煉電耗，減少電極等 輔助材料的消耗，縮短冶煉周期，從而提髙 煉鋼生產(chǎn)效率。電弧爐熱裝鐵水能顯著降低 冶煉能

13、耗與煉鋼本身的總能耗，但鐵水煉鋼 是一個(gè)從鐵礦石到冶煉的長流程工藝，其總 能耗比用廢鋼為原料的短流程工藝約髙出 一倍，因此電弧爐熱裝鐵水只適用于具有多 余鐵水的鋼鐵企業(yè)。泡沫渣技術(shù)泡沫渣技術(shù)是在電弧爐冶煉過程中，吹氧 的同時(shí)向熔池內(nèi)噴碳粉或碳化硅粉，加劇碳氧 反應(yīng)，在渣層內(nèi)形成人量的CO氣體泡沫，使 渣層厚度達(dá)到電弧長度的倍，電弧完全 被屏蔽，從而減少了電弧輻射，提高了電弧爐 的熱效率，也延長了電弧爐的存命。隨著超高 功率電弧爐的出現(xiàn)和發(fā)展而得以應(yīng)用的電弧 爐泡沫渣技術(shù)，綜合起來有以下優(yōu)點(diǎn)：使長弧 操作變?yōu)榭赡埽航?低電耗、縮短冶煉時(shí)間、提高生產(chǎn)率；降低 電極消耗：有利于脫硫、脫磷和去除氣體。

14、 采用泡沫渣后加熱效率可達(dá)到60%以上，*i*j 電10-30 kW h/t,縮短冶煉時(shí)間14%。電弧爐煉鋼余熱利用技術(shù)從某種意義上講，電爐煉鋼引入輔助能 源的主要效果是降低電耗，而無助于降低 總能耗。降低電爐煉鋼總能耗的根本措施在 于減少能量消耗，其中，廢氣的余熱再利 用是很重要的一個(gè)方面。爐氣能量有兩種， 一種是高溫爐氣帶龍的物理顯熱，另一種是 爐氣可燃成分的化學(xué)能。為了充分利用這部 分能量，人們發(fā)展了二次燃燒技術(shù)及廢鋼預(yù) 熱技術(shù)。電爐廢氣中的能量損失約為80 200 kWh / ,t由于這些能量的損失使煉鋼工作 者致力于采用廢鋼預(yù)熱方法回收廢氣中的 顯熱，采用二次燃燒技術(shù)回收廢氣中的C0

15、 和H的潛熱。3. 5. 1化學(xué)余熱再利用一一二次燃燒二次燃燒技術(shù)是通過二次燃燒裝置噴射適 量的輔助氧氣來燃燒CO和操作中產(chǎn)生的其 他氣體，放出人量的熱量預(yù)熱周圉的廢鋼并返 回熔池內(nèi)部，從而縮短冶煉時(shí)間，取得節(jié)能降 耗的效果。二次燃燒技術(shù)主要包括三項(xiàng)技術(shù)： 水冷氧槍、氧氣流量控制和氣體分析系統(tǒng)。二次燃燒是新出現(xiàn)的技術(shù)，其目的是降低能 源成本，增加電弧爐的生產(chǎn)率。這是泡沫渣技 術(shù)的直接延續(xù)。電弧爐爐氣的二次燃燒可以達(dá) 到如下效果：減少電耗；提高生產(chǎn)強(qiáng)度：捉高 爐料的配碳量：有利于廢氣處理。3. 5. 2物理余熱利用一一廢鋼預(yù)熱物理預(yù)熱的利用近年來取得了重大突 破。目前廢鋼預(yù)熱型電爐主要有以下3類

16、： 雙殼爐、以FUCHS爐為代表的豎爐和以C onsteel技術(shù)為代表的連續(xù)煉鋼技術(shù) 電弧爐煉鋼結(jié)合廢鋼余熱的最新發(fā)展是 Fuchs公司開發(fā)的豎爐-電弧爐，即將傳統(tǒng)的 爐外廢鋼預(yù)熱裝置移到爐子上部，進(jìn)行爐內(nèi) 廢鋼預(yù)熱，充分進(jìn)行二次燃饒化學(xué)能的轉(zhuǎn)換 和高溫爐氣的物理余熱回收，兼顧過濾煙 塵。在電弧熔化廢鋼前，使?fàn)t氣的顯熱和化 學(xué)熱用于預(yù)熱廢鋼，從而卩省了爐內(nèi)輸入能 屋。該工藝的生產(chǎn)率和加工成本因下列原因 而改善：廢鋼熔化前得到余熱，縮短了熔化 時(shí)間；功率輸入有所改善，提高了爐子的生 產(chǎn)率：金屬收得率有所提髙；石省電極和耐 火材料；減輕環(huán)境污染。3. 5.3除塵余熱利用技術(shù)最大限度地回收電爐煙氣中

17、的余熱是 電爐煉鋼企業(yè)肖約能源、降低除塵系統(tǒng)運(yùn)行 費(fèi)用和企業(yè)生產(chǎn)成本的重要途徑，也是企 業(yè)實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和淸潔生產(chǎn)的重要途徑之O以電弧爐為主的短流程煉鋼過程中會(huì)產(chǎn) 生一些鐵素資源，如產(chǎn)生的爐氣中會(huì)有大疑 的煙塵灰和污泥，這些回收的含鐵塵泥通過 干化、混勻后進(jìn)入燒結(jié)配料槽，作為燒結(jié)原 料利用；短流程中的連鑄連軋單元，會(huì)產(chǎn)生 大疑的氧化鐵皮，大塊的鐵皮經(jīng)簡單烘F后 送煉鋼廠作為轉(zhuǎn)爐氧化劑使用；小塊鐵皮 經(jīng)原料場進(jìn)入燒結(jié)、球團(tuán)單元配料槽，作為 燒結(jié)、球團(tuán)的原料使用。四結(jié)語從世界電弧爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展來看，電弧爐 冶煉過程節(jié)能降耗是個(gè)永恒的課題。本文對(duì) 電弧爐冶煉過程中通常釆用的主要節(jié)能技術(shù) 進(jìn)行了分析。

18、然而，節(jié)能是鋼鐵企業(yè)整體的節(jié) 能并不是某個(gè)匸藝、某個(gè)技術(shù)的節(jié)能，應(yīng)該從 整體節(jié)能的觀點(diǎn)出發(fā)，著重降低總能耗、綜合 能耗，以期取得最佳綜合效益。減少能量需求， 特別是充分利用余熱，將對(duì)降低電能和總能耗 有良好的效果。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，耍 實(shí)現(xiàn)技術(shù)節(jié)能、結(jié)構(gòu)節(jié)能、系統(tǒng)節(jié)能的有機(jī)結(jié) 合，必須在原料、設(shè)備、工藝、供電和管理等 方面進(jìn)行宏觀綜合性掌控。隨著能源技術(shù)的 發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的改善，電爐煉鋼流程的綠 色化程度與環(huán)境友好的優(yōu)勢將持續(xù)增長，因 此電弧爐短流程鋼鐵企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)大 有可為，而且是現(xiàn)實(shí)的。從適應(yīng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)社 會(huì)的要求出發(fā)，電弧爐短流程需要繼續(xù)改革 與發(fā)展，致力成為淸潔生產(chǎn)和能源、資源循 環(huán)的典范