电弧炉节能改造探讨

电弧炉节能改造探讨

陈海涛

41031119741226****

摘要：随着电弧炉炼钢技术发展，电弧炉炼钢正向绿色、节能、高效、智能化的方向发展。特别是进入20世纪后，在环保和节能领域，电弧炉炼钢技术有了较快的发展，绿色及智能化方面也取得了长足的进步，在我国能源发展新趋势的积极引导下，极大地推动了我国钢铁冶炼技术的高质量发展。

关键词：电弧炉；节能改造；策略

1、电弧炉炼钢

电弧炉炼钢大致可分为三个发展阶段，一、研究阶段（1800---1900年），自1800年，英国研制成功碳电极至1891年变压器的应用，使得电弧炉炼钢有了投入生产实践的基础，二、初级阶段（1900----1960年），在欧洲，经过近百年间对三相交流电弧炉、电极升降调节器、炉型、加料以及出钢方式的不断改进，特别是第二次世界大战对钢铁的需求，都为电弧炉炼钢的发展带来了机遇，三、大发展阶段（1960----至今），特别是进入20世纪后，产业政策、原材料的质量和可用性、能源价格的变化、更严格的环保法规及温室气体减排指标、市场原料和产品价格波动的影响，都促使钢铁工业内部结构发生了变化，钢铁冶炼正在由以往长流程生产迅速向短流程冶炼转变。电弧炉炼钢迎来了前所未有的快速增长期。

为了应对短流程生产的时代大潮，电弧炉在节能、高效、智能化方面也取得了显著的技术突破。

2、电弧炉节能改造措施

2.1、废钢预热技术

废钢作为一种可再生资源，是钢铁工业不可或缺的两大铁素来源之一，是唯一可以大量替代铁矿石的绿色资源。用废钢冶炼与用铁矿石冶炼相比，具有显著的环境效益和经济效益，使用废钢冶炼可节能60---70%，节水40%，同样生产一吨钢，将减少1.6吨二氧化碳排放和4.3吨固体废物排放。2018年，我国电弧炉废钢比已经达到20.2%，提前两年完成了“废钢铁产业十三五规划”中提出的废钢比达到20%的目标。

为了进一步提高废钢在电弧炉冶炼中的应用，废钢预热技术得到开发和应用。连续不断向电弧炉内加入废钢，并在此过程中，使用电弧炉内产生的高温烟气对入炉废钢进行预热，这一康斯底（Consteel）电弧炉理念诞生于20世纪80年代早起，近年来在欧洲和我国已经日趋发展成熟，并得到越来越广泛地应用。该工艺提供了可靠的解决方案，来应对入炉原料多样性的问题，一般而言，借助连续供料传送装置可将任何类型的废钢和各种金属原料（废钢压块、铁块）顺利送入炉内，并保障输送效率，以满足生产节奏的要求，从而在入炉原料方面提供了最大的灵活性和最优的成本控制。

在利用高温烟气度预热废钢的过程中，由于废钢来源的复杂性，废钢升温过程中，不可避免的将产生二噁英等有害物质，目前，一般采用升温至850℃后维持2秒以上，随即在2秒内急冷至200℃以下，后续再喷吹活性炭二次吸附的方法来分解二噁英并避免其再生。在降温过程中，产生的蒸汽可用于发电或驱动相关设备，达到节能、余热利用的目的。

废钢预热后，入炉温度可达450℃以上，由于其连续供料的特性，炉内熔池温度保持在合适的范围内，废钢入炉后迅速熔化，金属和炉渣间处于恒定的平衡和持续的脱碳沸腾状态，使熔池内的温度和成分均匀，泡沫渣操作此时也可连续、准确地控制，这对于冶炼过程的顺行非常重要。

良好的泡沫渣操作，可使得送电时保持泡沫渣埋弧操作，电弧稳定性明显增强，与料蓝加料的顶装料电炉相比显著降低了对电网产生的冲击，同时也降低了车间内噪音，改善了工作环境。并可以降低电炉、变电站、除尘及冶炼设备的投资。

2.2、多功能炉壁氧枪

典型配置为在电弧炉炉壁上安装3个多功能炉壁氧枪，兼具喷氧、烧嘴、喷碳粉的功能。特制的德拉瓦尔孔设计，使得高速氧气流可达到2马赫以上，轻松穿透炉渣层，而又不会引起大量炉渣的飞溅，实现对熔池的高效脱碳，天然气烧嘴的使用，可实现对炉内废钢的再次加热，喷入的碳粉有利于泡沫渣的形成。

多功能炉壁氧枪和水冷炉门氧枪的配合使用，35m³/t的吨钢氧耗，基本可保障冶炼电耗在350Kwh/t以内。

2.3、非对称炉壳

被高温烟气预热的废钢源源不断的落入炉内，其炉壳目前设计也避免了之前EBT电弧炉炉壳的圆弧底设计，而改为非对称设计，追求较深的熔池，减少废钢的堆积，快速且更稳定的熔化，也避免入炉废钢对电极的损伤，并且更容易形成泡沫渣。

非对称炉壳也为较大的留钢操作创造了条件，康斯底电弧炉目前的留钢量，综合考虑一般以40---50%为宜。

2.4、大功率变压器

以废钢作原料的电弧炉，尤其是超高功率电炉，其变压器必须设恒功率段以满足熔化与快速提温期间，不同阶段均能满足大功率供电的要求，即主熔化期或完全埋弧期采用高电压、低电流，又满足快速升温期埋弧不完全或电弧暴露期的低电压、大电流供电。

高阻抗电炉变压器最高二次电压的确定，应以高阻抗计算来确定最高二次电压，最低二次电压的确定主要是满足电炉冶炼的工艺要求。

2.5、短网布局

电弧炉的短网设计是否合理，直接影响电炉的生产效率、炉衬寿命、电效率和功率因数，因此，在节能改造中要重点关注降低短网电阻和平衡三相电抗这两个方面。为了降低短网的电阻，必须尽量缩短短网导体的长度，变压器二次出线三角形封口在变压器内实施，有利于简化短网布线，可降低短网电阻。挠性水冷电缆长度在考虑炉盖旋转、炉体倾动和自身曲率半径、扭曲的情况下，也应尽量短，选取高功率电极和水冷铜钢复合导电横臂，可进一步减小短网电阻。

通过短网的合理布置，可以实现三相电抗平衡，从而实现三相电弧功率的平衡。目前通常采用三角形布置，可使不平衡率达到5%以下。

2.6、电极升降调节装置

电极升降调节装置控制了冶炼过程中电极的升降动作，对于冶炼中电耗、降低对电网的冲击、冶炼效率和电极的保护都具有重要意义。先进的电极升降调节装置应具备以下特点：电极位置控制快速、准确，响应快，降低电极断裂风险、穿井阶段动态控制、工作电弧自动调节、减少闪频、动态电气控制等。

2.7、底吹氩搅拌装置

在电弧炉炉壳底部布置透气砖，通过阀站向炉内吹入受控的氩气，从而改善炉内的动力学性能，加快了冶炼反应的进行和成分、温度的均匀。

2.8、电极降损技术

自动化系统可根据不同的冶炼阶段，对电极喷淋系统的水、气进行动态控制，确保电极表面喷水状态最佳，降低电极的氧化消耗。与传统工艺相比，可降低电极消耗15%。

结论

综上所述，绿色化及智能化技术在电弧炉炼钢行业具有非常重要的意义，科学的绿色生产技术及精准度高的智能化检测与控制技术是今后电弧炉炼钢技术主要的发展方向。在对现存的智能化关键技术、电弧炉炼钢绿色化技术进行不断改进的同时，我们还应该积极探索先进的全流程的电弧炉炼钢，在实现高效工作的同时，还能实现更好的节能减排效果，对环境的保护力度进一步提升，这都是今后重要的发展方向。

参考文献：

[1]陈捷，特诺恩---可持续的炼钢解决方案.（第二届）中国电炉炼钢科学发展论坛[R].北京,2019,100-112.

[2]孙建生，发展以废钢铁资源为主的电炉短流程是钢铁工业超低排放的治本之策.（第二届）中国电炉炼钢科学发展论坛[R].北京,2019,315-322.

[3]阎立懿，李延智，刘一心等.高阻抗电弧炉的设计[J].特殊钢，2002，23（6）：40

[4]阎立懿，肖玉光，李延智，刘一心，胡显坤.现代炼钢电弧炉短网技术[J].工业加热设备，2006（3）：35