现代电弧炉高效低耗炼钢技术发展

现代电弧炉高效低耗炼钢技术的发展
[摘要]：电弧炉高效低耗炼钢技术在我国已经发展相当一短期，不管是电弧炉炉料结构优化、强化冶炼技术、铁水热装技术、余热利用技术都较以前有了明显的提升。

本文针对我国现代电弧炉炼钢技术的发展目标和关键技术进行了叙述和说明。

[关键词]：电弧炉炼钢发展方向技术创新
1、电弧炉炼钢的发展及现代电弧炉炼钢的概念
自上世纪中叶至今，尽管转炉炼钢技术取得了长足的进步，但世界电炉钢比例不断增长，从1950年的7·3%增长到2003年的33·1%，其中美国从6·2%增长到48·9%， 2004年美国电炉钢比例达53%。

1950年以后，电弧炉炼钢所占份额迅速上升，成为与转炉流程相抗衡的第二大钢铁制造流程，主要原因有：
（1）平炉炼钢为氧气转炉炼钢所代替，积累的废钢转由电弧炉炼钢流程来消化。

（2）超高功率电弧炉炼钢技术成功应用，使电弧炉炼钢的效率显著提高，生产成本大幅度降低。

（3）连铸、连轧技术的成功应用，废钢—电弧炉炼钢—连轧型的“小钢厂”迅速发展，占领长型材生产份额。

就电弧炉炼钢的当代技术而言，随着化学能利用技术的长足进步，冶炼周期已由60 min 左右进入50 -40 min，因此其生产节奏已逼近转炉水平。

2、现代电弧炉高效低耗炼钢技术在我国的应用
2·1 优化电弧炉炉料结构
电弧炉炼钢的主要炉料有废钢、生铁、直接还原铁（dri）和热压块铁（hbi）等。

废钢资源有三种：自产废钢、加工厂废钢、循环旧废钢。

炉料结构对电弧炉炼钢的各项指标都有重大影响。

优化炉料结构不仅有利于实现工艺的最佳化，并能给企业带来经济效益，更可以为合理地利用有限的资源提供可靠的依据。

2·2 强化冶炼技术
2·2·1 强化用氧技术
强化用氧技术主要有氧燃烧嘴、吹氧助熔和熔池脱碳、炉门喷碳粉和吹氧机械手、底吹氧气和二次燃烧技术等。

近年来，强化用氧技术的发展和应用对电弧炉炼钢技术经济指标的改善起到了重要的作用。

强化用氧具有一最佳值，目前电能与氧之间的消耗比例还远未达到此最佳值。

高效、节能是21世纪电弧炉炼钢工艺的指导思想，合理利用能源已成为发展电弧炉炼钢新技术的主攻方向。

2·4·2 废钢预热技术
物理预热的利用近年来取得了重大突破。

目前废钢预热型电炉主要有以下3类：双壳炉、以fuchs炉为代表的竖炉和以consteel 技术为代表的连续炼钢技术。

我国双壳炉如宝钢150 t直流电弧炉等。

采用consteel炼钢新技术的有贵钢、西宁特钢、韶钢、山东石横钢厂、江苏无锡雪浪轧钢厂、嘉兴钢厂等，使用效果较好。

2·4·3 除尘余热利用技术
最大限度地回收电炉烟气中的余热是电炉炼钢企业节约能源、降低除尘系统运行费用和企业生产成本的重要途径，也是企业实现循
环经济和清洁生产的重要途径之一。

江苏锡钢50 t电弧炉除尘系统研究应用了余热利用技术，余热锅炉小时产蒸汽量5 t。

莱钢50t 电弧炉第四孔除尘系统研究应用了余热利用技术，铁水比例50%的情况下，热管式余热锅炉小时产蒸汽量20-22 t，蒸汽用于vd炉真空泵及炼钢生产区域采暖、浴池等。

2·5 其他技术
超高功率电弧炉和直流电弧炉都是在80年代末， 90年代初开始在我国同时兴起的。

除上述技术外，无功功率静止式动态补偿技术、管式水冷炉壁、水冷炉盖、偏心炉底出钢技术、电极水喷淋技术、电极自动控制技术、导电横臂节电技术等提高电弧炉生产效率和降低消耗的技术均在我国电弧炉炼钢中得到研究应用。

3、我国现代电弧炉炼钢技术的发展目标和关键技术
2006年，中国金属学会和中国钢铁工业协会联合组织了近百名专家，编写了《2006年-2020年中国钢铁工业科学与技术发展指南》，其中对我国电弧炉炼钢技术到2020年的发展目标和实现这些目标必须抓好完善、推广应用及重点研究开发的关键技术进行了叙述和说明。

3·1 电弧炉炼钢技术的发展
3·1 电弧炉炼钢关键技术
电弧炉炼钢优化供电技术，包括优化供电模型、供电曲线和高效节电技术。

高效、电网低干扰的高阻抗电炉系统技术。

直流电弧炉炼钢技术：综合引进的几类主要装备技术优点，开发自主知识产权、
高稳定性供电，长寿底电极、低氮控制技术等高效、低耗的直流电炉技术。

3·2 泡沫渣技术
泡沫渣是超高功率电炉的配套工艺，其原理是在不增大渣量的前提下，使炉渣呈很厚的泡沫状，以屏蔽电弧保护炉衬，提高电弧对熔池的加热效率。

另外，泡沫渣使部分处于高温下的电极埋于渣中，减少了电极的直接氧化；同时，采用泡沫渣后可使用较高的二次电压，相应地降低了电极电流，减少了电极端部的损失。

采用泡沫渣操作电弧热效率可由原来的30% -40%提高到60%-70%以上，电极消耗也能降低20%左右。

3·3 铁水热装技术
电弧炉兑入部分铁水冶炼是我国冶金工作者对现代电弧炉炼钢
技术发展的贡献。

实践证明它不仅能缩短供电时间和冶炼周期、降低冶炼电耗、稀释废钢中的有害元素、利于生产优质钢水、开发新钢种提高产品竞争力，而且可解决部分废钢短缺问题。

目前我国许多冶金企业在电弧炉内兑铁水后取得显著的经济效益。

天津无缝钢管厂150 t超高功率交流电弧炉从2001年11月开始采用30% -35%的铁水热装，经两年多的生产实践便取得如下效益：冶炼周期从89 min/炉降低至54 min/炉，最短45 min/炉；钢产量2004年达120万，t提高50%以上；氧耗量38-40 m3/t钢；电耗由520 kwh/t降低至338kwh/t钢，降低了182 kwh/t钢。

2002年10月，兴澄特钢100 t直流电弧炉采用40% -50%铁水热装工艺，通电时间36min，
冶炼周期44min，电耗177 kwh/，t氧耗56 m3/，t年产量达110万t。

2004年石横特钢65 tconsteel （连续加料熔炼）电弧炉通过采用热装30%铁水，铁水温度不低于1300℃，同时优化供电制度、泡沫渣等工艺，冶炼电耗降低95 kwh/，t氧气消耗降低2·8m3/，t冶炼周期缩短7·5 min。

关于电炉铁水配比的最佳选择各厂多依据本厂具体条件如铁水供应量、电炉装备水平、氧气供应条件等诸多因素综合分析确定。

3·4 电弧炉炼钢余热利用技术
从某种意义上讲，电炉炼钢引入辅助能源的主要效果是降低电耗，而无助于降低总能耗。

降低电炉炼钢总能耗的根本措施在于减少能量消耗，其中，废气的余热再利用是很重要的一个方面。

电炉废气中的能量损失约为80-200 kwh/，t由于这些能量的损失使炼钢工作者致力于采用废钢预热方法回收废气中的显热，采用二次燃烧技术回收废气中的co和h2的潜热。

回收废气中显热的另外一种方式是采用余热锅炉。

3·4·1 二次燃烧技术
随着电炉的超高功率化、引入外加热源（氧—燃烧嘴、氧—碳喷枪）和泡沫渣冶炼技术的推广和应用，不但增加了除尘系统的负担，而且使大量的显热和化学热被废气带走，造成巨大的能量损失。

从理论分析和实测知，冶炼过程中产生的co和h2等可燃气体含有大量的化学热，只有通过在炉内进行二次燃烧方可得到经济的回收和利用。

鉴于此，一种有推广价值的二次燃烧技术在不少工业发达国
家得到应用，并产生了可观的经济和社会效益。

4 结语
多项现代电弧炉高效低耗炼钢技术在我国得到了研究、推广及应用与长足发展。

《2006年-2020年中国钢铁工业科学与技术发展指南》对我国电弧炉炼钢技术到2020年的发展目标和实现这些目标必须抓好完善、推广应用及重点研究开发的关键技术进行了叙述和说明。

各电炉钢厂应根据自己的实际情况，选用适合自己的现代电弧炉高效低耗炼钢技术，不断研究、优化、改进和推广应用。

参考文献：
[1]傅杰，朱荣，李晶·我国电炉炼钢的发展现状与前景·冶金管理， 2006，（8）： 20-23·
[3]傅杰·电弧炉炼钢技术发展历史“分期”问题·钢铁研究学报， 2006， 18 （5）： 1-4·。