電弧爐廢鋼預(yù)熱技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

施維枝

【摘 要】本文從節(jié)能減排的重要性出發(fā)，重點(diǎn)闡述現(xiàn)有各種不同電弧爐廢鋼預(yù)熱技術(shù)發(fā)展，并根據(jù)運(yùn)行情況比較了吊籃型、直流雙爐殼型、豎爐型、Consteel型廢鋼預(yù)熱技術(shù)的優(yōu)劣。除此之外，介紹了國(guó)內(nèi)電弧爐廢鋼預(yù)熱技術(shù)使用現(xiàn)狀。

【關(guān)鍵詞】電弧爐；廢鋼預(yù)熱技術(shù)

一、引言

近年來，全球鋼產(chǎn)量不斷攀升，到2017年世界粗鋼產(chǎn)量超過12億噸。在世界粗鋼產(chǎn)量持續(xù)上升的同時(shí)，電弧爐鋼產(chǎn)量也在逐年上升，2017年世界電弧爐鋼產(chǎn)量達(dá)到3.6億噸，比1990年高1.5億噸。

由于電弧爐煉鋼具有投資少、易于適應(yīng)需求的變化、冶煉鋼種較多等優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)電弧爐煉鋼技術(shù)得到了持續(xù)的發(fā)展，包括大型化、超高功率冶煉、富氧及燃料噴吹、推進(jìn)電弧爐功能分化的二次精煉、偏心爐底出鋼、熱兌鐵水等技術(shù)，自2012年至2017年，典型的電弧爐電能消耗下降13%，電極消耗減少了34%，耐火材料消耗共計(jì)減少55%，生產(chǎn)率增加54%，雖然我國(guó)電弧爐鋼技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步，但與國(guó)外同行業(yè)相比，我國(guó)電弧爐煉鋼的綜合能耗偏高，尚未達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。2017年我國(guó)鋼鐵行業(yè)的先進(jìn)企業(yè)電弧爐工序能耗比韓國(guó)浦項(xiàng)的電弧爐工序能耗指標(biāo)高8kg/t鋼，這說明我國(guó)電弧爐鋼工序還有較大的節(jié)能降耗的空間。電弧爐煉鋼中富氧技術(shù)的應(yīng)用直接導(dǎo)致了電弧爐煙氣溫度上升，溫度可達(dá)1300℃，隨煙氣顯熱帶走了熱量占總投入熱量的13%～20%，充分利用煙氣余熱進(jìn)行廢鋼預(yù)熱的技術(shù)研究已經(jīng)成為電弧爐煉鋼領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

二、國(guó)內(nèi)電弧爐廢鋼預(yù)熱技術(shù)使用現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)使用最多的是豎爐型廢鋼預(yù)熱、Consteel型、雙殼電弧爐廢鋼預(yù)熱。具體使用情況為：

2012年引進(jìn)寶鋼/CLECIM 制造的150t雙殼DC爐，預(yù)熱后的廢鋼溫度可達(dá)300 ℃，總能耗降低30kW·h/t鋼，冶煉周期可縮短至60min。2015 年9月進(jìn)口 張家港潤(rùn)忠公司/德國(guó)Fuchs90t 超高功率單殼豎爐型電弧爐，電弧爐電耗334kW·h/t鋼，電極消耗1.8 kg/t鋼，冶煉周期為64 min。2015 年投產(chǎn)廣州珠江鋼鐵廠/德國(guó) Fuchs 150 t手指式豎爐，節(jié)電80kW·h/t鋼，約減少20%，金屬收得率提高3%～5%，冶煉周期減少6～7min。2016年投產(chǎn)的張家港沙鋼/德國(guó)Fuchs90 t手指式豎爐，預(yù)熱廢鋼270～790℃，冶煉周期55min，電耗330 kW·h/t 鋼。2017年初投產(chǎn)濟(jì)鋼/TECHINT鋼鐵公司65tConsteel電弧爐 ，冶煉周期57 min，電耗380kW·h/t 鋼。

三、電弧爐廢鋼預(yù)熱技術(shù)的發(fā)展

3.1吊籃型廢鋼預(yù)熱法

20 世紀(jì)70年代，日本率先開發(fā)了吊籃型廢鋼預(yù)熱技術(shù)，1980年8月首次在50 t電弧爐上應(yīng)用成功后，80年代前期在日本得到廣泛應(yīng)用。吊籃型預(yù)熱方式是將裝滿廢鋼的吊籃放入容器中進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)備用吊籃輪流連續(xù)使用。實(shí)踐表明，吊籃型廢鋼預(yù)熱效果受到廢鋼種類、煙氣溫度、預(yù)熱時(shí)間等因素影響，不同電弧爐節(jié)省電力的大小差別較大，通?？梢曰厥?20%～30%的煙氣余熱，降低電耗 10～35kW·h/t鋼。冶煉周期縮短 3min/爐，節(jié)約電極 0.3～0.5kg/t 鋼，提高生產(chǎn)率約 5%。隨著電弧爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展，電弧爐冶煉周期時(shí)間縮短，為提高煙氣余熱回收率，需要提高廢鋼預(yù)熱的時(shí)間和預(yù)熱廢鋼的比例，從而需要多個(gè)吊籃進(jìn)行預(yù)熱，通過串聯(lián)形成吊籃型多級(jí)廢鋼換熱，提高了預(yù)熱效果。

3.2直流雙殼爐型廢鋼預(yù)熱法

為提高電弧爐生產(chǎn)能力，日本NKK公司率先開發(fā)的直流雙殼電弧爐，可達(dá)到100%廢鋼預(yù)熱，可減少電耗60～90kW·h/t鋼。雙殼電弧爐自2010年開發(fā)到2017年已有19座投產(chǎn)，其中大部分為直流雙殼爐。由于換熱能力和廢鋼類型的限制，直接采用煙氣余熱來預(yù)熱廢鋼的雙殼爐型實(shí)際很難取得預(yù)期效果，故多采用帶有燒嘴的雙殼爐型廢鋼預(yù)熱方法，但其又需要增加其他燃料，盡管噸鋼耗電量能夠降低，生產(chǎn)率提高20%以上，通常節(jié)約20～40kW·h/t鋼，但因增加了其他能源，導(dǎo)致節(jié)能效果下降。

3.3豎爐型廢鋼預(yù)熱法

由于吊籃型廢鋼預(yù)熱存在的環(huán)境和預(yù)熱效果問題，在20世紀(jì)90年代初，出現(xiàn)了兩種商業(yè)運(yùn)行成功的廢鋼預(yù)熱方法，即豎爐型廢鋼預(yù)熱和Consteel型電弧爐廢鋼預(yù)熱法，其中豎爐型廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)有包括德國(guó)?？怂瓜到y(tǒng)、日本大同系統(tǒng)以及IHI系統(tǒng)。德國(guó)Fuchs公司率先開發(fā)了豎爐型廢鋼預(yù)熱方法，取得了良好的效果，也成為目前最為成功、應(yīng)用最為廣泛的電弧爐廢鋼預(yù)熱方法。2010年Fuchs公司在傳統(tǒng)電弧爐爐蓋的一側(cè)加裝一個(gè)豎爐廢鋼預(yù)熱裝置，其將廢鋼裝入豎爐，并將煙氣逆向流經(jīng)豎爐。2013年之前在英國(guó)Co-Steel Sheerness公司得到應(yīng)用。豎爐直接安裝在電弧爐上方，電弧爐排出煙氣不經(jīng)管道直接進(jìn)入豎爐，保證了排氣熱量的充分利用。

3.4 Consteel型廢鋼預(yù)熱法

20世紀(jì)80年代末開發(fā)的Consteel電弧爐是在連續(xù)加料的同時(shí)，利用爐子產(chǎn)生的高溫廢氣對(duì)運(yùn)送過程中的爐料進(jìn)行連續(xù)預(yù)熱，可使廢鋼入爐前的溫度高達(dá)500～600℃，而預(yù)熱后的廢氣經(jīng)燃燒室進(jìn)入預(yù)熱回收系統(tǒng)。它實(shí)現(xiàn)了廢鋼連續(xù)預(yù)熱、連續(xù)加料、連續(xù)熔化，提高了生產(chǎn)率，改善了車間內(nèi)外的環(huán)保條件，降低了電耗及電極消耗等。將預(yù)熱過的廢鋼水平連續(xù)加入到電弧爐內(nèi)是Consteel電弧爐的一大特點(diǎn)，它滿足了鋼水熔化廢鋼的冶煉工藝要求。由于采用鋼水熔化廢鋼，所以電弧爐大部分時(shí)間處于熔化/精煉狀態(tài)，因此Consteel電弧爐降低了對(duì)電網(wǎng)的要求，減少了對(duì)電網(wǎng)的影響。連續(xù)電弧爐是近代和未來電弧爐的發(fā)展趨勢(shì)，具有顯著節(jié)能作用。2013年前后在美國(guó)Florida Steel和日本Kyoei Steel公司應(yīng)用。21世紀(jì)初至今，我國(guó)引進(jìn)了多臺(tái)高端、先進(jìn)的電弧爐煉鋼設(shè)備，其中引進(jìn)最多的爐型是Consteel電弧爐。

四、結(jié)論

中國(guó)鋼鐵企業(yè)面臨越來越大的節(jié)能減排壓力，電弧爐煙氣余熱如何充分利用已成為行業(yè)關(guān)注熱點(diǎn)，也是電弧爐煉鋼技術(shù)中的重要節(jié)能減排措施，國(guó)內(nèi)外針對(duì)利用煙氣余熱進(jìn)行廢鋼預(yù)熱取得了明顯的效果。從總體看，廢鋼預(yù)熱技術(shù)不僅大幅節(jié)約能源，而且有效提高生產(chǎn)率。新建電弧爐應(yīng)充分考慮采用廢鋼預(yù)熱技術(shù)，以充分利用余熱資源，降低消耗，減少成本，并可提高電弧爐生產(chǎn)率。

【參考文獻(xiàn)】

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