1、電弧爐煉鋼節電技術的回顧及對策殷寶言摘要回顧了近20年來國內外電爐煉鋼在節電技術方面取得的重大進展,提出了減少我國電爐煉鋼電耗的參考意見。關鍵詞電爐煉鋼節電技術整體節能LOOK BACK ON TECHNOLOGIES FOR ENERGY SAVING INELECTRIC ARC STEELMAKING AND FUTURE POLICYYin BaoyanNo.5 Steel Co.Ltd of ShangHai Iron and Steel Corp.SynopsisThe tremendous progress achieved in the technologies of ener

2、gy saving in the field of electric arc steelmaking in the recent two decades is viewed in retrospect and proposals to further reduce Chinas energy consumption in the electric arc steelmaking also offered.Keywordselectric arc steelmakingtechnology for energy savingenergy saving as a whole1前言我國是一個能源生產

3、大國,同時也是一個能源消耗大國,特別是鋼鐵工業又是能耗大戶,其中以電爐煉鋼耗電最多,全國電爐冶煉電耗已達80億度/a左右。現在,我國電力比較緊張,缺電數量逐年在增加,缺電地區和范圍不斷擴大,預計到2000年,我國電力供應將有較大缺口。要使電爐煉鋼在這種電力日趨緊張的形勢下求得發展,只能走節電降耗、挖潛增益的道路。降低電爐冶煉電耗是一項異常復雜的系統工程,涉及到方方面面,影響因素很多,因此,利用整體節能觀點加強用電管理極為重要,只有這樣,才能使降低電爐冶煉電耗具有實際意義。國內外在電爐煉鋼節電技術上都取得了進展。2發達國家電爐煉鋼節電技術2.1最佳節能爐最佳節能爐是1982年西德KORF公司在改

4、造平爐的基礎上發展起來的,簡譯為EOF爐。EO。國內外在電爐煉鋼節電技術上都取得了進展。有2級或3級對流式廢鋼預熱器和熱交換器,回收的廢氣又可用其化學熱發電,使能源利用達到最佳化。爐墻上安裝3種燒嘴。熔池面以下有埋入式水平煤一氧燒嘴,用于吹O2和噴C粉。熔池上方有斜插氧槍和超聲氧槍用于向爐氣供O2進行二次燃燒。在上列兩種燒嘴之間有油一氧燒嘴,用于保持和調節爐溫及預熱爐底。EOF工藝實質上是氧氣煉鋼,產品是普碳鋼,它的爐料適用范圍廣。冶煉無需用電和電極,利用廉價的氧氣和碳素作為主要能源。應用剩余鋼水,有利節能。90年代初,巴西攀斯廠兩座30t EOF爐已達如下指標:吹煉時間1520min,日產2

5、759爐,耐材消耗1kg/t,油耗1.2kg/t,氧耗75m3/t,石灰用量40kg/t,生產率和鋼質均達到BOF水平,噸鋼電耗25kWh,冶煉成本僅是電爐的50%。2.2豎爐電爐豎爐是英國謝爾尼斯鋼廠發明。豎爐的爐蓋固定不動,預熱器置于上方一側。爐床在軌道上可移動。爐子上有6個氧一燃燒嘴,4個分布在豎爐下方。備有一支自動氧槍進行助熔和脫碳。爐料40%為碎廢鋼,60%為大塊廢鋼。可縮短冶煉時間57min,總能耗減少20%25%,冶煉周期60min,而該公司一般爐子為80100min。豎爐煙塵排放量降低20%,廢氣中60%熱量可回收。目前,美、英、法、盧、墨、比、土等國都采用豎爐技術,容量902

6、40t,結構、爐體運動方式、供電方式、底電極、石墨電極、原料使用等技術不盡相同,噸鋼電耗264288kWh。2.3雙殼電爐西歐Fuchs Systemtechnik公司開發出一種新型雙殼電爐工藝,可充分利用熔化時產生的廢氣中的熱能,對環境無污染。兩個爐殼容量各為110t,共用一個變壓器和一套電極裝置,兩個爐殼平行布置,安裝在各自的平臺上。生產時,兩臺電爐的熔化期、氧化期、合金輔材添加期、出鋼期互相錯開,從而使電力、O2供應平衡、LF-RH、澆鑄等設備能力都能充分利用,冶煉周期50min,生產能力提高1倍,噸鋼節電90kWh。日本、盧森堡等國都有雙殼電爐。法國一臺雙殼爐可在42min內冶煉一爐1

7、50t鋼水,溫度達1630,精煉后送入連鑄機。2.4等離子煉鋼爐等離子技術,國外60年代進入工業應用,70年代直接用于熔煉金屬。等離子煉鋼爐分直流和交流兩種,初期多為直流式。1983年11月奧鋼聯林茨廠45t/60t直流等離子爐投產。爐殼5800mm,額定功率36MVA。爐壁上安裝4支等離子槍,最大功率78MVA,Ar耗40Nm3/h，熔速30t/h。槍長可調,火焰長度1m,壽命2000h。爐底電極壽命700爐,傾動出鋼,每爐1.5h,主要生產合金鋼和普碳鋼,電耗450kWh/t,噪音80dB,爐襯壽命150爐。隨后Krupp公司又發明了交流等離子爐,可節電25%,噪音7380dB,等離子弧定

8、向穩定且呈收縮狀,可保護爐壁,減少爐襯消耗。等離子煉鋼爐目前仍處在發展時期,技術關鍵是解決熱效率和等離子槍的壽命問題。2.5DC電爐1982年第1臺12t DC爐開始運行。1984年4月美國將1臺30t、12MVA的AC爐改成DC爐。1985年1月15日煉出第一爐鋼水,結果電極比AC爐節約60%,電耗減少3.3%,每爐吹O2時間減少16min。以后DC爐受到全世界關注,如德、法、瑞、意、美、俄、土、日、韓等國都紛紛采用DC爐,爐容量越來越大,底電極結構不斷更新,使DC爐的技術經濟優勢進一步得到發揮。目前,DC爐主要技術指標已達到如下水平:(1)電極消耗達1.11.5kg/t,比AC爐節約60%

9、以上;(2)噸鋼電耗350420kWh,比AC爐降低5%10%;(3)耐火材料節約30%35%;(4)功率因素可達0.930.95,比AC爐提高3%6%;(5)電壓閃爍率比AC爐低50%以上;(6)噪音比AC爐下降1015dB。其他如電極支撐機構、調節系統、電纜等都有節省,總之,DC爐的經濟效益十分顯著。2.6EBT電爐70年代末、德馬克發明了中心底出鋼(CBT)電爐,這是電爐出鋼方式的一次重大變革。實踐證明,CBT電爐雖有許多優點,但不能無渣出鋼,出鋼口維修不方便,故在80年代初,德馬克和DDS廠聯合開發了100t的偏心底出鋼(EBT)電爐。EBT電爐除做到無渣出鋼外,還有提高生產率、節約電

10、極、降低電耗、凈化鋼水、減少環境污染等優點。以100120t EBT電爐為例,可達如下指標:(1)爐墻水冷面積可達90%,爐墻耐材可節省3kg/t左右;(2)節省冶煉電耗3.5%左右;(3)熔化時間縮短3.5min,出鋼時間縮短34min;(4)出鋼溫度降低50;(5)電極消耗降低6%;(6)減少吸氣量,減少二次氧化,提高鋼的質量。因此,近10年來,國外EBT電爐發展很快,有條件的老式電爐紛紛改造成EBT電爐,新建電爐幾產全部用EBT技術。此外,EBT爐型和出鋼機構也發生了變化,使電爐的無渣出鋼技術更趨完善和多樣化。2.7Comeit電爐Comeit電爐在結構上主要特征是具有數支傾斜電極和1個

11、存放廢鋼的爐身,廢鋼用工藝廢氣預熱。由于采用傾斜電極的熔化原理和特殊的廢鋼預熱裝置,Comeit電爐具有許多明顯的優點:(1)總能耗比傳統的電爐降低約100kWh/t;(2)出鋼出鋼時間45min;(3)電極消耗比常規的DC爐大約節約30%;(4)單位投資低,投資的返回期比AC爐和DC爐均短;(5)廢氣量最多可減少70%,且廢氣可全部回收;(6)噪聲電頻最多可降低15dB;(7)電網的短路容量是AC爐的25%,或是常規DC爐的50%,不用動態補償,不產生閃爍。2.8新型煉鋼原料碳化鐵(Fe3C)隨著鋼鐵工業的迅速發展,清潔廢鋼的缺口越來越大。70年代初,美國提出用Fe3C作煉鋼原料的設想。Fe

12、3C具有雙重潛力,它既是金屬來源,又是燃料的來源。Fe3C生產過程簡單,生產成本只相當于DRI的77%。目前,美國、日本和歐洲的一些國家已用Fe3C代替廢鋼煉鋼,取得顯著的節能效果。Fe3C的節能效果與Fe3C中的磁鐵礦含量有關，見圖1。圖1電耗隨Fe3C含量的變化實踐表明,以Fe3C為原料煉鋼,還能解決廢鋼中殘留的有害元素過多和電爐鋼含N量過高兩大難題,提高鋼的質量。一種新型的直接以100%Fe3C為原料的自供能雙室全封閉煉鋼工藝在美國試行。2.9K-ES工藝為了在EAF爐中有效地利用礦物能,德國克魯克納公司和日本東京制鋼公司于1987年把轉爐煉鋼技術應用于電爐煉鋼,即K-ES工藝。該工藝包

13、括下列要素:(1)利用煤或焦炭與O2燃燒,代替電能;(2)利用二次燃燒補充熱量,傳給爐料和熔池,最大限度地利用工業廢氣;(3)底部供氣,攪拌熔池,加速熔化,縮短冶煉時間,改善鋼渣平衡,控制鋼水的氣體含量。K-ES工藝原理見圖2。日本東京鋼公司高知廠27t爐、意大利奧索波費里耶爾諾爾廠80t爐和帕多瓦AV廠27t爐都利用K-ES工藝。圖2K-ES工藝原理2.10二次燃燒技術傳統的電爐煉鋼,產生的CO作為廢氣排出。這部分CO具有約3kWh/m3 CO的化學能。二次燃燒技術,就是向熔池上方吹O2,使CO氧化為CO2,可提供5.8kWh/m3O2的低成本能量。與廢鋼預熱相比,吹O2二次燃燒的效率更高。

14、發達國家電爐煉鋼節電技術除上述介紹的外,其他還有超高功率、廢鋼預熱、水冷技術、泡沫渣、底供氣、強化用氧、鋼包爐、計算機控制等,這些已有文章介紹,不再重復。3我國電爐節電技術目前,我國的電爐煉鋼采用的節電技術有VHP操作、廢鋼加工和預熱、以氧代礦、熔氧結合、快白渣、爐內噴粉、不銹鋼倒包、爐外精煉、水冷氧槍、水冷電纜、用鐵水、不烘爐、氧燃燒嘴、泡沫渣、余鋼余渣回爐、無渣出鋼、水冷電極、電極涂層、電極升降控制、合理超裝、計算機控制等,這些新工藝新技術不但降低了電爐電耗,而且提高了電爐鋼的產量和質量,具體效果見表1。表1我國采用的電爐節電技術及主要效果單位工藝主要效果成無、齊鋼唐鋼、五鋼上三、石鋼氧燃

15、燒嘴縮短冶時2060min,降低電耗5070kWh/t長城、撫順、太鋼五鋼、大連、齊鋼爐內噴粉,爐外精煉縮短冶時2040min,降低電耗2060kWh/t五鋼、撫順、大連長城、本鋼熔氧結合,快白渣縮短冶時2060min,降低電耗2075kWh/t五鋼、大冶、本鋼重特、長城不銹鋼倒包單爐冶時3h,冶煉電耗達到460530kWh/t北滿、撫鋼、西寧EBT電爐+模鑄生產軸承鋼,鋼中最低氧含量已接近SKF水平大冶虹吸出鋼冶時縮短26min,電耗降低5772kWh/t,軸承鋼中平均氧含量13.4×10-6凌源、武進濟鋼、承鋼水冷電纜縮短冶時10min,噸鋼節電2030kWh,無維修費用,無熱停

16、工時間石鋼噴煤粉節電89kWh/t,縮短冶時23 min安鋼用10%鐵水電耗穩定在470kWh/t長城偏流中心水冷氧槍吹氧時間縮短4min,平均電耗降低16kWh/t,吹氧管節約5.26kg/t,脫C速度增加70%承鋼不烘爐節電2.53.0kWh/t五鋼、承鋼余鋼、余渣回爐縮短冶時1215min,節約電耗3040kWh/t五鋼、南昌、沙洲泡沫渣節電19 kWh/t,提高生產率20%石鋼廢鋼預熱縮短冶時48min,節電3050kWh/t,電極降低0.70.9kg/t廣鋼、天管UHP平均電耗552kWh/t,平均冶煉周期132min沙鋼豎爐電耗330kWh/t,產量90t/h,電極消耗2kg/t除

17、表1中列舉的單項節能技術外,有些小型電爐從工藝、設備、管理進行綜合冶理,如某鋼廠對5t電爐,配置5500kVA變壓器,實施下列5條措施后,取得顯著效果。(1)短網由平面布置改成三角形布置;使電抗不平衡度由45%降到21.7%;(2)采用中相電抗器,提高中相電抗,使電抗不平衡度降到10.9%;(3)根據指定鋼種,采用最低電耗供電曲線;(4)改進交流雙電機電極調節器,為實現使用最小電耗供電曲線創造條件;(5)原料量化管理。 4降低電爐冶煉電耗的設想從熱平衡角度看,電爐煉鋼節能包括兩方面。一是減少熱損,縮短熱停工時間;二是采用新技術新設備,縮短冶煉時間。我國電爐煉鋼節電技術雖有較大發展,但各企業間能

18、耗差距大,與國外先進國家相比,差距更大。因此,我們應密切跟蹤世界煉鋼技術發展動向,認真學習外國先進的節電技術。目前,我國電爐煉鋼尚存在4大問題:即生產能力布局不平衡;工藝和裝備落后;熱效率低,能源單一;廢鋼緊張,加工處理不力。要解決這些問題,必須依靠技術進步,實現科學煉鋼,才是根本出路。從宏觀看,在具有電力和廢鋼且管理比較先進的地方,應發展短平快、效益高、應變能力強的新型電爐,改造或新建以電爐連鑄連軋短流程為主體的高效工廠。合理大型化、高功率化、緊湊型是電爐煉鋼的發展方向。在那些電力比較緊張,煤資源比較豐富、有鐵無鋼(或出材缺坯)、有小高爐小軋機的小型鋼廠(10100萬t/a),如有平爐,采用EOF技術;如無平爐,采用豎爐技術,實為增產降耗的明智選擇。EBT技術是一種高效的電爐煉鋼法,此法對較大型電爐更可獲得良好的經濟效益。從結構看,高架式或半高架式電爐采用EBT技術較安全方便。但我國老企業的絕大部分電爐都不是高架式,爐底沒有空間,采用EBT技術難度較大,采用水平出鋼法是一種節能安全的方法。目前我國3t以下的電爐要占電爐總數的50%左