大容量废钢预热型电弧炉的开发及其优越性

     1 前言

    近年来，我国大型电炉的技术经济指标快速提高，缩小了与国际先进水平的差距。有些企业有些技术经济指标达到和超过了国际先进水平。电炉冶炼周期大多数缩短到60min左右，吨钢电耗大幅度降低，不少钢厂冶炼电耗降到了400kWh/t以下，有些企业采用兑铁水操作，取得了更好的经济效益。

    国内电炉装备制造业也得到快速发展，特别是电弧炉高阻抗化、容量大型化方面已取得长足的进步，西安华兴电炉公司和上海重型机器有限公司共同研制的100t高阻抗电弧炉经20多个月运行使用，已经达产、达标。2008年5月20日，由陕西省科技厅组织和主持，对100t高阻抗电弧炉进行了科技成果鉴定和新产品投产鉴定，与会专家高度肯定了国产大容量电弧炉的开发和研制，标志着我国电炉装备制造业填补了一项空白，上了一个新台阶。

    电弧炉的多项关键工艺技术也取得了迅猛的发展，如电弧炉强化供氧技术、泡沫渣技术、兑铁水技术等。但也应指出，在开发和应用国产废钢预热型电弧炉方面，进展却很缓慢，而用炼钢过程产生的废气预热废钢是真正意义的“节能”措施，20世纪80年代以后才有成功的工程应用，特别是将废钢预热与半连续或连续加料技术相结合。目前，也只有个别企业在进行这方面的开发。

    2 国外有关废钢预热型电弧炉的概况

    近20年来，电弧炉炉气能量的利用日益引起人们的关注。输入电弧炉的能量中，约有20～25%的能量随烟氧而排放，于是很自然地想起要开发一种新流程以便用这部分能量来帮助废钢熔化，提高电弧炉的产能并达到节能、降耗的目的。目前，世界上各种废钢预热型电弧炉的开发和应用中，约有十几种炉型，主要有下列几种：

    该技术是意大利德兴公司的专利，1987年在美国北卡州Interesteel公司首先投入工业应用。废钢通过传送带进入很长的隧道，并在隧道内被炉气预热（早期在隧道内装了烧咀，以后有的被取消）。在电弧炉的侧面，有一个废钢进入口，同时又是炉气的出口，它和隧道相连。废钢采用激振器水平式输送，由三条传送带串接而成，其中有一套炉气的动密封系统，防止炉气和外界空气对流。该法可将废钢预热至600℃左右，实际运行结果证明废钢预热温度要低的多。该种电弧炉国内引进了10台左右。

   EcoArc式电弧炉是日本NKK公司于2000年前后开发和投入试验性应用。日本对新一代电弧炉要求其对环境友好，因此，EcoArc式电弧炉在日本又被称为“生态炉”

    EcoArc式电弧炉是在椭圆形的炉体上安装了一个新型的烟道竖炉。废钢通过运送系统半连续地加入烟道竖炉内，每炉加7至10次。炉子可向排渣方向倾动10°，使钢液可以和废钢有效接触，并使废钢预热和熔化。在熔化过程中，废钢不断地在烟道竖炉中下降，然后用上料系统不断地向竖炉中加废钢，因此，废钢和钢液共存于熔炼室内。当钢液温度达到要求时，炉子可向出钢方向倾动15°，将钢液放出，同时在炉内留下50%钢液，为下一炉操作提供条件。竖炉内排出的炉气引至二次燃烧室，然后进入喷淋冷却室，最后经布袋过滤器而排出。此系统可有效地控制排出烟氧中二恶英的含量。

    3 国产废钢预热型电弧炉的开发和研制

    上述三种废钢预热型电弧炉各有其特长。Fuchs竖炉电弧炉废钢预热温度高，节能效果明显，但竖井设在炉盖上，增加了炉子的高度，要求厂房吊车轨面高度高，另外废钢易结块、粘连、水冷式手指和竖井易漏水，维修困难。Consteel式电弧炉从炉子侧面连续进废钢，全熔池操作，炉子运行平稳、噪音低，对电网冲击小，但高温炉气只和输送带上面的废钢接触，废钢预热温度低，节能效果低于Fuchs竖炉，同时隧道窑废钢预热和输送带长度在45～60m，占用车间面积大。EcoArc式电弧炉在日本有1～2台在应用，但还未在国外得到推广。上述3种电弧炉是在其特定条件下通过试验一步步发展起来的，还有待于进一步改进和完善。我们应该根据我国的国情，如炉子大量兑铁水，轻废钢多，车间作业面积紧凑等，在吸收现有成功经验的基础上，开发创新具有自主知识产权的新炉型。设计思路是在电炉的侧面设置一个废钢输送车，在输送车的上部设置竖井，高温烟气从炉子侧门通过废钢输送车进入竖井。废钢从竖井上部加入并存放在竖井内和输送车上的料槽内。逆向流动的高温烟气将废钢预热后，从排气口排出，进入除尘系统。当废钢落入输送车上时，可以用推钢机或振动给料器将已预热的废钢从炉子侧门加入炉内。这种设想由于将竖井设在炉子侧面，降低了Fuchs竖炉的高度，使厂房高度减少，又避免了高温炉气对废钢的直接烧烤，可减少轻废钢的结块、粘连。废钢从侧门连续加入炉内，可实现向炉子连续加废钢，实现全熔池操作，又减少了废钢预热线的长度，减少了占用车间面积。这种自主开发的具有废钢预热功能的新炉型被称为“新概念电弧炉”。

    4 新概念电弧炉的突出优点

    1）废钢从竖井上部分批进入，高温烟气和废钢逆向流动，废钢预热效果好。由于减少了每批废钢的重量，废钢在竖井中停留时间短，消除了废钢粘结的可能。

    2）采用可调式推钢机或连续振动进料及50%的留钢量，确保了全熔池的操作条件，电弧炉与钢铁料不直接接触，电弧平稳，电压波动和闪烁大幅度减少，噪音低。

    3）由于电弧与废钢没有接触，减少了挥发物的产生，加之竖井内废钢对烟气的过滤作用，吸收了部分粉尘，为除尘系统奠定良好基础。

    4）由于挥发物的减少和泡沫渣的控制，铁回收率提高1.5～2.0%。

    5）没有电炉的炉盖旋开操作，减少辅助作业时间，避免炉盖旋开的辐射散热。炉子的生产率比传统电弧炉提高40%以上。

    6）采用高阻抗技术，提高二次电压，减少二次电流，有功功率损耗降低6％～8%，有效减轻短网系统重量。