我國能電弧爐技術(shù)的發(fā)展

1、我國節(jié)能電弧爐技術(shù)的發(fā)展田 輝 宋華德摘 要 介紹了國際上節(jié)能電弧爐技術(shù)發(fā)展概況及國內(nèi)的建設(shè)情況，提 出了加速發(fā)展我國節(jié)能電弧爐技術(shù)的建議。關(guān)鍵詞 節(jié)能 電弧爐 發(fā)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超高功率電爐技術(shù)發(fā)展方向繼 70 年代交流超高功率電弧爐技術(shù)的完善和 80 年代直流超高功率 電弧爐的工業(yè)使用之后， 80 年代末期，一種以降低電耗與總能耗為目的 的

3、節(jié)能電弧爐技術(shù)迅猛發(fā)展，成為當前超高功率電爐技術(shù)發(fā)展的主要趨 勢。電弧爐采用節(jié)能技術(shù)， 使電能單耗從 420460 kWh/t 降至 300350 kWh/t。表 1 為當前國際上各種節(jié)能電弧爐開發(fā)使用情況。其中開發(fā)最早的 為德國 Fuchs 公司在豎井內(nèi)預熱廢鋼的豎爐， Fuchs 的豎爐國際上已投 產(chǎn) 20余座，尚有 5座正在建設(shè)。 在首座豎爐顯示其節(jié)能與高生產(chǎn)率的特 點后，各國主要電爐制造商紛紛開發(fā)具有各自特點的節(jié)能電弧爐。目前 工業(yè)上使用最多的有豎爐、 Consteel 爐、雙殼電弧爐、 Danarc 和 Danarc Plus-2000 爐與 Korfarc 爐幾種，其特點見表 2。

4、表 1 各種節(jié)能電弧爐開發(fā)使用情況Table 1 Development of various energy-saving EAF technology名稱開發(fā) 時間使用情 況主要制造商雙殼電弧爐 （ 交直流 ）1992工業(yè)生 產(chǎn)MDH，Clecim,ABB, 新日鐵，日本鋼管豎爐（ 交直流 ）1988工業(yè)生 產(chǎn)Fuchs,P.W（盧森堡 ） ，IHI/ABB ，大同 制鋼Comelt 直流電弧爐實驗VAIConsteel 電弧爐 （ 交直流 ）1989工業(yè)生 產(chǎn)Intersteel TechnologyInc.(TECHINT)Danarc 電弧爐 （ 交直流 ）1993工業(yè)生 產(chǎn)Danie

5、liDanarc Plus-2000 電弧爐( 交 直流)1993在建數(shù) 座尚未投 產(chǎn)DanieliKorfarc 電弧爐 （交直流 ）1997工業(yè)生 產(chǎn)MDHConarc 電弧爐（直流）在建數(shù) 座尚未投 產(chǎn)MDHArcon 電弧爐 （直流）設(shè)計階 段ABBContiarc 電弧爐 （直流 ）實驗MDH表 2 幾種主要節(jié)能電弧爐的特點Table 2 Features of main energy - saving EAF序 號項目豎爐Consteel 爐Danarc爐DanarcPlus-2000 爐Korfarc 爐雙殼電 弧爐1使用情 況1998 年投 產(chǎn) 20 座， 在建 5 座（指 F

6、uchs）1998年投產(chǎn)6 座，在建 4 座1995年13 座1998 年在建3座1998 年投 產(chǎn) 5 座，在 建1座1996年14座2設(shè)備特 點爐蓋上帶 一可升降 與移動的 豎井，總 體結(jié)構(gòu)龐 大，設(shè)備 總重大爐壁上開孔 與廢鋼傳送 帶相接，總 體結(jié)構(gòu)龐大，總重大高阻抗， 爐底設(shè)碳 氧風口， 爐壁設(shè)氧 燃燒嘴與 氧槍在 Danarc 基 礎(chǔ)上增加回 轉(zhuǎn)式廢鋼預 熱裝置，結(jié)構(gòu) 龐大爐壁上帶 3 4 個自 進式氧燃 燒嘴和多 個吹氧風 口兩個爐 殼公用 1套電極 機構(gòu)，各 自1套 爐下車 輛3冶煉工 藝特點豎井內(nèi)預 熱廢鋼， 冶煉同常 規(guī)電爐傳送帶內(nèi)預 熱廢鋼，廢 鋼連續(xù)在熔 池內(nèi)熔化， 電弧

7、穩(wěn)定， 電流小大量使用 燃料與氧 氣代替電 能，操作 同常規(guī)電 弧爐與 Danarc 爐 相同大量用氧 與燃料，操 作控制復 雜兩個爐 殼輪換 冶煉，消 除了停 電時間， 操作同 常規(guī)4后燃燒 技術(shù) 使用豎井內(nèi)后 燃燒在廢鋼傳送 帶前段后燃 燒爐內(nèi)部分 后燃燒在廢鋼預熱 系統(tǒng)內(nèi)后燃 燒爐內(nèi)后燃 燒無5設(shè)置電 爐密閉 罩難易難度大不需密閉罩一般難度大一般不能設(shè) 置密閉程度罩6冶煉時 間/min4560455048604560607540507生產(chǎn)率 /t . h-17515080120701107011060100100200消耗：（廢鋼法） 電. -1 /kWh.t -1 燃料寶鋼 15033

8、0370340370300360300350350380t 電爐30%鐵水290 06351.38/kg .t -1680686856炭16152015205101015/kg .t -127303538404830383843氧氣/m3.t -121.71.4 1.61.5 1.71.72電極. -1/kg .t -19其它要求廠房 高大平面布置有 特殊要求， 功率補償小爐壁與爐 底開孔 多，操作 控制復雜尚無生產(chǎn)實 踐經(jīng)驗氧燃燒嘴 結(jié)構(gòu)與材 料特殊設(shè)備總 重大，布置特殊節(jié)能電弧爐技術(shù)的主要內(nèi)涵：（1） 以價格低廉的 （見圖 1）油、天然氣、炭 （煤、焦炭 ）等一次能源 代替電能， Dana

9、rc 爐的主要特點就是大量采用一次能源與氧。圖 1 用氧電弧爐能源費用的比較Fig.1 Energy cost analysis of EAF using oxygen(2) 增加用氧量， 采用爐氣中 CO后燃燒技術(shù)，提高能量供給中的化 學能比例，電爐用氧量從 1520 m3/t ，普遍提高到 3545 m3/t, 同時后 燃燒的控制技術(shù)日臻完善。(3) 回收利用廢氣中約 45%的熱量預熱廢鋼 (見圖 2)，摒棄 6070 年代污染生產(chǎn)環(huán)境的老的分離式廢鋼預熱系統(tǒng)， 開發(fā)出預熱溫度達 600 750 ，與電爐聯(lián)合的新型廢鋼預熱裝置，如豎爐、 Consteel 爐、 Plus-2000 等，也有

10、的設(shè)法在爐內(nèi)熔化過程中實現(xiàn)后燃燒并預熱廢鋼， 如 Korfarc 爐與 Comelt 爐。圖 2 廢鋼預熱器的熱平衡Fig.2 Energy balance of scrap preheating device 其它節(jié)能途徑：如雙殼電弧爐，兩個爐殼輪換工作，公用一套供電 系統(tǒng)，通過消除停電的輔助作業(yè)時間，縮短每爐鋼冶煉時間，減少熱損 失而節(jié)能；交流超高功率電爐在變壓器一側(cè)串聯(lián)高阻抗電抗器，改善電 弧特性，提高熱效率，縮短冶煉時間而節(jié)能；具有鐵水供應條件的廠， 采用電爐鐵水熱裝技術(shù)，熱裝比一般在 30%50%，節(jié)電能約 150250kWh/t節(jié)能電弧爐是在常規(guī)交流或直流超高功率電弧爐技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)

11、展起來的，有關(guān)機械設(shè)備與控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)見表 3。表 3 主要節(jié)能電弧爐關(guān)鍵技術(shù)Table 3 Key technologies of major energy-saving EAF序號爐型關(guān)鍵技術(shù)1豎爐(1) 豎井及其運動機械(2) 手指閥(3) 氧燃燒嘴(4) 豎井內(nèi)后燃燒及其檢測控制系統(tǒng)2Consteel 爐(1) 廢鋼傳送帶傳動機械(2) 廢鋼預熱段后燃燒及檢測控制系統(tǒng)(3) 電爐傾動機械(4) 廢氣完全燃燒與急冷技術(shù)3Danarc 爐(1) 氧燃燒嘴(2) 煤氧風口和爐底風口(3) 各燒嘴和風口控制系統(tǒng)(4) 高阻抗技術(shù)4Plus-2000 爐(1) 水冷預熱料籃預熱室(2) 預熱

12、裝置運動機械(3) 后燃燒及其檢測控制系統(tǒng)5Korfarc 爐(1) 自進式氧燃燒嘴及其特種材料(2) 吹氧風口(3) 后燃燒及其檢測控制系統(tǒng)6雙殼電弧爐雙爐殼公用電極機械與短網(wǎng)系統(tǒng)我國節(jié)能電弧爐概況 我國是能源緊缺的國家，尤其是電能，許多電爐鋼廠，因電費所占的高成本 而缺少市場競爭優(yōu)勢，降低電耗成為電爐鋼廠提高經(jīng)濟活力的重要課題。 80 年 代后期國際上開始興起的節(jié)能電弧爐技術(shù)很快受到我國許多企業(yè)的重視。 張家港 潤忠鋼鐵公司引進我國首臺帶廢鋼預熱的豎爐，于 1995年 9 月投產(chǎn)后，很快達 到每爐鋼冶煉時間 60 min ，電耗 330 kWh/t 的先進指標，此后擬建的超高功率 電弧爐普

13、遍選用節(jié)能型電弧爐。表 4 列出了我國已建節(jié)能電弧爐及其車間概況。表 4 我國已建與在建節(jié)能電弧爐及車間概況Table 4 Outline of energy - saving EAF and melting shop in China項 目張家港潤 忠鋼鐵公司安陽鋼 鐵 公司撫順特 殊鋼公司張家港 沙景鋼鐵公 司貴陽鋼 廠漣源鋼 廠寶鋼 三煉 鋼南京鋼 鐵廠八一 鋼廠電 爐公 稱 容 量 /t901006080607015010070爐 型AC，SSF 單豎爐AC，F(xiàn)SFAC，F(xiàn)SFAC，F(xiàn)SFAC Conste elAC Conste elDC 雙殼ACPlus-2 000DC Korfa

14、rc爐 殼 直 徑 /mm5900/61006300/64005500/560060005200/54006200730059005800變 壓 器 容 量 /MVA657235+20%6536459960+20%60冶 煉 周 期 /mi n585955506550,456050（不 銹除 外）75年 產(chǎn) 量/ 萬 t . a-167.570476931.652.61006336.8次 精 煉型 式LF(VD)LF，VDLF， VDLF， VDLF， VDLF2 臺LF，VDLF，VD/VODLF(VD )公 稱 容 量 /t9010060806070150LF：100VD：84VOD：73

15、70LF 變 壓13.51810+20%13.5101022+20%1312器 /MVA連鑄機機型弧形 多點矯直立彎式 漸近矯 直弧形弧形弧形弧形（ 原有 ）弧形 （圓， 方）弧形弧形鑄 機 半 徑 /m7R0=81289/161089臺 流 數(shù)151114151324161514鑄 坯 斷 面 /mm130130150-250950-1500200200 240240 280320130130150150150150200200140140153方178方160方120方130方150方120方150方180方產(chǎn)品生產(chǎn)鋼種碳鋼低 合金鋼碳結(jié)， 橋梁低合金碳鋼， 合結(jié)彈簧， 軸承不銹鋼碳結(jié)，

16、合結(jié) 彈簧碳結(jié)， 合結(jié) 彈簧 （預留 軸承）碳結(jié)， 合結(jié)彈簧， 油、氣管鋼油井 管壓力 管鍋爐 管碳鋼， 合結(jié)彈簧， 冷鐓 不銹碳結(jié)， 合結(jié)彈簧， 低合 金最 終 成 品線材板材棒材棒材棒，線棒材無縫 管棒線型， 帶，中 空，線建 設(shè) 情 況投 產(chǎn) 時 間1995.919992000200020002000199620002000設(shè) 備 設(shè) 計 及 供 貨EAF，LF： FuchsCCM:Con astVAIFSF：Fuchs LF,VD: Ceris 設(shè)計CCM: DanielEAF， LF： Fuchs CCM： Concas tEAF：Techin tLF：西 爐所 CCM： Conca

17、sEAF：Techin tLF：國 產(chǎn)CCM: 二手設(shè)EAF：Cleci mLF，VD， CCM： DanieDaniel iEAF： Dema 其余： 國產(chǎn)it備li設(shè) 計 單 位CerisCerisCerisCeris重慶院Ceris上海 院CerisCeris包頭 院備 注VD北京院 設(shè)計40%鐵 水30%生 鐵40%鐵 水25%鐵 水30%鐵 水41%鐵 水20%鐵 水注：手指閥單豎爐； 預計投產(chǎn)時間表中節(jié)能型超高功率電弧爐， 總生產(chǎn)能力約 540萬 t/a ，爐容量為 60150 t ， 有 4 座豎爐， 2 座 Consteel 爐，雙殼爐、 Plus-2000 、 Korfarc

18、 爐各 1 座。目前 國際上已成熟地使用于工業(yè)生產(chǎn)的各種節(jié)能電弧爐 （除 Plus-2000 尚無生產(chǎn)實踐 外）國內(nèi)都已在建設(shè)，大多數(shù)采用分交方式引進，即外商供給三電設(shè)備、液壓設(shè) 備與表 3 中所列的關(guān)鍵機械部件與技術(shù)，其余均由國內(nèi)制造。加速發(fā)展我國節(jié)能電弧爐技術(shù)與常規(guī)超高功率電爐比較， 節(jié)能電弧爐無疑有著極大的優(yōu)越性。 我國在建或 已建的節(jié)能電弧爐全部為引進技術(shù)， 因而， 如何加速發(fā)展我國自己的節(jié)能電弧爐 技術(shù)，為大量小型電爐鋼廠的改造提供先進的技術(shù)支持，實為最緊迫的課題。以 下建議可供參考。（1）實事求是、科學、準確、全面地認識各種節(jié)能電弧爐的特點，依據(jù)具體 條件選擇爐型。概念上應弄清，節(jié)

19、電不完全等同于節(jié)能，我國目前電費價格高，降低電耗對 于降低電爐鋼生產(chǎn)成本十分重要， 但我國是一個能源緊缺的國家， 節(jié)能技術(shù)應該 著重降低總能耗，有的節(jié)能電弧爐，電耗指標很先進，但同時必需提供較多的油 或燃氣等其它能源，綜合能耗并不先進。電爐熱裝鐵水能顯著降低冶煉能耗與煉鋼本身的總能耗， 但是，鐵水煉鋼是 一個從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高 1 倍，因此，電爐鐵水熱裝只適于具有多余鐵水的企業(yè)。帶有廢鋼預熱的節(jié)能電弧爐，對預熱廢鋼過程中產(chǎn)生的 Dioxin（ 二惡英 ） ， Furan（ 呋喃）等致癌有毒氣體造成環(huán)境污染的問題必須予以足夠重視。避免形成 有毒氣體的

20、根本辦法，是使預熱后的廢氣完全燃燒，然后在高于 800 的溫度 下使其急速冷到 300 以下。但據(jù)我們了解，目前只有 Consteel 爐具有這一切 實措施，其它形式的帶廢鋼預熱的節(jié)能電弧爐尚無實際措施。國際已有的各種節(jié)能電弧爐型式與設(shè)備差別較大 （ 見表 2） ，在評價建設(shè)費用 與經(jīng)濟效益時， 除考慮節(jié)能電弧爐本身的費用外， 還需要考慮相關(guān)投資， 如豎爐， 要求高大的廠房， 配套建設(shè)的電爐密閉罩也比其它的爐型復雜龐大， 冷卻水的用 量也高得多，對建設(shè)費用影響較大。防止只見一點 （ 如只講電耗 ） 不及其余的片面觀點， 以求選取合理爐型， 取得 最佳綜合效益。表 5為 60 t 不同形式節(jié)能電

21、弧爐的主要參數(shù)與指標，其中許多數(shù)據(jù)有待國 內(nèi)實踐驗證。表 5 60 t 節(jié)能電弧爐主要參數(shù)與指標序號項目公司ABCD1采集數(shù)據(jù)時間19981998199819982爐型AC，KorfarcAC,Plus-2000AC，ConsteelAC ，F(xiàn)SF3公稱容量 /t606060604冶煉時間 /min605954555生產(chǎn)率 /t .h-1606166.765.56變壓器容量 /MVA35+20%35+20%3535+20%7設(shè)備總重 /t263.43787.9849.3703其中廢鋼預熱系統(tǒng) /t0270.2431.93708鋼鐵料收得率 /%909194929主要消耗：(30%生鐵)(30%生鐵)(30%生鐵)(30%生鐵)(1) 鋼鐵料/kg .t -11111109810641087(2) 電能/kWh. t -1355335325310(3) 氧氣 /m對引進節(jié)能電弧爐的設(shè)備性能、生產(chǎn)操作技術(shù)進行