1、我国节能电弧炉技术的发展田 辉 宋华德摘 要 介绍了国际上节能电弧炉技术发展概况及国内的建设情况，提出了加速发展我国节能电弧炉技术的建议。关键词 节能 电弧炉 发展Development of Energy-Saving EAF Technology in China Tian Hui and Song Huade(Beijing Central Iron and Steel Design Institute, Beijing 100053)Abstract The main technical development of energy-saving EAF in world and the
2、 present construction situation in China are briefly introduced. The proposals for speeding developing the energy-saving EAF technology in China are offered in this paper.Material Index Energy-Saving, EAF, Development1 超高功率电炉技术发展方向继 70 年代交流超高功率电弧炉技术的完善和 80 年代直流超高功率电弧炉的工业应用之后，80 年代末期，一种以降低电耗与总能耗为目的的节
3、能电弧炉技术迅猛发展，成为当前超高功率电炉技术发展的主要趋势。电弧炉采用节能技术，使电能单耗从 420460 kWh/t 降至300350 kWh/t。表 1 为当前国际上各种节能电弧炉开发应用情况。其中开发最早的为德国 Fuchs 公司在竖井内预热废钢的竖炉，Fuchs 的竖炉国际上已投产 20 余座，尚有 5 座正在建设。在首座竖炉显示其节能与高生产率的特点后，各国主要电炉制造商纷纷开发具有各自特点的节能电弧炉。目前工业上应用最多的有竖炉、Consteel 炉、双壳电弧炉、Danarc 和Danarc Plus-2000 炉与 Korfarc 炉几种，其特点见表 2。表 1 各种节能电弧炉
4、开发应用情况Table 1 Development of various energy-saving EAF technology名称 开发时间 应用情 况 主要制造商双壳电弧炉(交直流) 1992 工业生 产 MDH，Clecim,ABB,新日铁，日本钢管竖炉(交直流) 1988 工业生 产 Fuchs,P.W(卢森堡)，IHI/ABB，大同制钢Comelt 直流电弧炉 实验 VAIConsteel 电弧炉(交直流) 1989 工业生 产 Intersteel Technology Inc.(TECHINT)Danarc 电弧炉(交直流) 1993 工业生 产 DanieliDanarc P
5、lus-2000 电弧炉(交直流) 1993在建数座尚未投产DanieliKorfarc 电弧炉(交直流) 1997 工业生 产 MDHConarc 电弧炉(直流) 在建数座尚未投产MDHArcon 电弧炉(直流) 设计阶 段 ABBContiarc 电弧炉(直流) 实验 MDH表 2 几种主要节能电弧炉的特点Table 2 Features of main energy-saving EAF序号 项目 竖炉 Consteel 炉 Danarc 炉Danarc Plus-2000 炉Korfarc炉双壳电弧炉1 应用情 况1998 年投产 20 座，在建 5 座(指 Fuchs)1998 年投
6、产6 座，在建4 座1995 年13 座1998 年在建3 座1998 年投产 5 座，在建 1 座1996 年14 座2 设备特 点炉盖上带一可升降与移动的竖井，总体结构庞大，设备总重大炉壁上开孔与废钢传送带相接，总体结构庞大，总重大高阻抗，炉底设碳氧风口，炉壁设氧燃烧嘴与氧枪在 Danarc 基础上增加回转式废钢预热装置，结构庞大炉壁上带34 个自进式氧燃烧嘴和多个吹氧风口两个炉壳公用1 套电极机构，各自 1套炉下车辆3 冶炼工艺特点竖井内预热废钢，冶炼同常规电炉传送带内预热废钢，废钢连续在熔池内熔化，电弧稳定，电流小大量使用燃料与氧气代替电能，操作同常规电弧炉与 Danarc 炉相同大量
7、用氧与燃料，操作控制复杂两个炉壳轮换冶炼，消除了停电时间，操作同常规4后燃烧技术应用竖井内后燃烧在废钢传送带前段后燃烧炉内部分后燃烧在废钢预热系统内后燃烧炉内后燃烧 无5设置电炉密闭罩难易程度难度大 不需密闭罩 一般 难度大 一般不能设置密闭罩6 冶炼时间/min 4560 4550 4860 4560 6075 40507 生产率 /t.h-1 75150 80120 70110 70110 60100 1002008消耗：(废钢法)电/kWh.t-1燃料/kg.t-1炭/kg .t-1氧气/m3.t-1电极/kg.t-13303706816273023403700152035381.730
8、036068152040481.41.63003506851030381.51.735038056101538431.72宝钢 150 t 电炉30%铁水29006351.39 其它 要求厂房 高大平面布置有特殊要求，功率补偿小炉壁与炉底开孔多，操作控制复杂尚无生产实践经验氧燃烧嘴结构与材料特殊设备总重大，布置特殊节能电弧炉技术的主要内涵：(1) 以价格低廉的(见图 1)油、天然气、炭(煤、焦炭)等一次能源代替电能，Danarc 炉的主要特点就是大量采用一次能源与氧。图 1 用氧电弧炉能源费用的比较Fig.1 Energy cost analysis of EAF using oxygen(2
9、) 增加用氧量，采用炉气中 CO 后燃烧技术，提高能量供给中的化学能比例，电炉用氧量从 1520 m 3/t，普遍提高到 3545 m 3/t,同时后燃烧的控制技术日臻完善。(3) 回收利用废气中约 45%的热量预热废钢(见图 2)，摒弃 6070年代污染生产环境的老的分离式废钢预热系统，开发出预热温度达600750 ，与电炉联合的新型废钢预热装置，如竖炉、Consteel 炉、Plus-2000 等，也有的设法在炉内熔化过程中实现后燃烧并预热废钢，如 Korfarc 炉与 Comelt 炉。图 2 废钢预热器的热平衡Fig.2 Energy balance of scrap preheati
10、ng device其它节能途径：如双壳电弧炉，两个炉壳轮换工作，公用一套供电系统，通过消除停电的辅助作业时间，缩短每炉钢冶炼时间，减少热损失而节能；交流超高功率电炉在变压器一侧串联高阻抗电抗器，改善电弧特性，提高热效率，缩短冶炼时间而节能；具有铁水供应条件的厂，采用电炉铁水热装技术，热装比一般在 30%50%，节电能约 150250 kWh/t。节能电弧炉是在常规交流或直流超高功率电弧炉技术基础上发展起来的，有关机械设备与控制系统的关键技术见表 3。表 3 主要节能电弧炉关键技术Table 3 Key technologies of major energy-saving EAF序号 炉型 关
11、键技术1 竖炉(1) 竖井及其运动机械(2) 手指阀(3) 氧燃烧嘴(4) 竖井内后燃烧及其检测控制系统2 Consteel 炉(1) 废钢传送带传动机械(2) 废钢预热段后燃烧及检测控制系统(3) 电炉倾动机械(4) 废气完全燃烧与急冷技术3 Danarc 炉(1) 氧燃烧嘴(2) 煤氧风口和炉底风口(3) 各烧嘴和风口控制系统(4) 高阻抗技术4 Plus-2000 炉(1) 水冷预热料篮预热室(2) 预热装置运动机械(3) 后燃烧及其检测控制系统5 Korfarc 炉(1) 自进式氧燃烧嘴及其特种材料(2) 吹氧风口(3) 后燃烧及其检测控制系统6 双壳电弧炉 双炉壳公用电极机械与短网系
12、统2 我国节能电弧炉概况我国是能源紧缺的国家，尤其是电能，许多电炉钢厂，因电费所占的高成本而缺少市场竞争优势，降低电耗成为电炉钢厂提高经济活力的重要课题。80 年代后期国际上开始兴起的节能电弧炉技术很快受到我国许多企业的重视。张家港润忠钢铁公司引进我国首台带废钢预热的竖炉，于 1995 年 9 月投产后，很快达到每炉钢冶炼时间 60 min，电耗 330 kWh/t 的先进指标，此后拟建的超高功率电弧炉普遍选用节能型电弧炉。表 4 列出了我国已建节能电弧炉及其车间概况。表 4 我国已建与在建节能电弧炉及车间概况Table 4 Outline of energy-saving EAF and m
13、elting shop in China项 目张家港润忠 安阳钢铁抚顺特殊张家港沙贵阳钢厂涟源钢厂宝钢三炼南京钢铁厂八一钢厂钢铁公司公司 钢公司 景钢铁公司钢公称容量/t90 100 60 80 60 70 150 100 70炉型AC，SSF单竖炉AC，FSFAC，FSFAC，FSFACConsteelACConsteelDC双壳ACPlus-2000DCKorfarc炉壳直径/mm5900/61006300/64005500/5600 60005200/5400 6200 7300 5900 5800变压器容量/MVA65 72 35+20% 65 36 45 99 60+20% 60冶炼
14、周期/min58 59 55 50 65 50,45 6050(不锈除外) 75电炉年产量/ 万t.a-167.5 70 47 69 31.6 52.6 100 63 36.8型式 LF(VD) LF，VD LF，VDLF，VD LF，VD LF2 台LF，VDLF，VD/VODLF(VD)公称容量/t90 100 60 80 60 70 150LF：100 VD：84VOD：7370二次精炼LF 13.5 18 10+20% 13.5 10 10 22+20 13 12变压器/MVA%机型弧形多点矫直立弯式渐近矫直弧形 弧形 弧形弧形(原有)弧形(圆，方)弧形 弧形铸机半径/m7 R0=8
15、12 8 9/16 10 8 9台流数15 11 14 15 13 24 16 15 14连铸机铸坯断面/mm130130150-250950-1500200200240240280320130130150150150150200200140140153方178方160方120 方130 方150 方120方150方180方生产钢种碳钢低合金钢碳结，桥梁低合金碳钢，合结弹簧，轴承不锈钢碳结，合结弹簧碳结，合结弹簧(预留轴承)碳结，合结弹簧，油、气管钢油井管压力管锅炉管碳钢，合结弹簧，冷镦不锈碳结，合结弹簧，低合金产品最终成品线材 板材 棒材 棒材 棒，线 棒材 无缝 管 棒线型，带，中空，线投
16、产时间1995.9 1999 2000 2000 2000 2000 1996 2000 2000建设情况设备设计及供EAF，LF：FuchsCCM:ConcastVAIFSF：FuchsLF,VD:Ceris设计CCM:EAF，LF：FuchsCCM：ConcastEAF：TechintLF：西炉所CCM：EAF：TechintLF：国产CCM:EAF：ClecimLF，VD，CCM：DanieliEAF：Demag其余：国产货 DanieliConcast二手设备Danieli设计单位Ceris Ceris Ceris Ceris 重庆院 Ceris上海院CerisCeris 包头 院备
17、注VD 北京院设计40%铁水30%生铁40%铁水 25%铁水30%铁水41%铁水20%铁水注：手指阀单竖炉； 预计投产时间。 表中节能型超高功率电弧炉，总生产能力约 540 万 t/a，炉容量为60150 t，有 4 座竖炉，2 座 Consteel 炉，双壳炉、Plus-2000、Korfarc 炉各 1 座。目前国际上已成熟地应用于工业生产的各种节能电弧炉(除 Plus-2000 尚无生产实践外)国内都已在建设，大多数采用分交方式引进，即外商供给三电设备、液压设备与表 3 中所列的关键机械部件与技术，其余均由国内制造。3 加速发展我国节能电弧炉技术与常规超高功率电炉比较，节能电弧炉无疑有着
18、极大的优越性。我国在建或已建的节能电弧炉全部为引进技术，因而，如何加速发展我国自己的节能电弧炉技术，为大量小型电炉钢厂的改造提供先进的技术支持，实为最紧迫的课题。以下建议可供参考。(1) 实事求是、科学、准确、全面地认识各种节能电弧炉的特点，依据具体条件选择炉型。概念上应弄清，节电不完全等同于节能，我国目前电费价格高，降低电耗对于降低电炉钢生产成本十分重要，但我国是一个能源紧缺的国家，节能技术应该着重降低总能耗，有的节能电弧炉，电耗指标很先进，但同时必需提供较多的油或燃气等其它能源，综合能耗并不先进。电炉热装铁水能显著降低冶炼能耗与炼钢本身的总能耗，但是，铁水炼钢是一个从矿石到冶炼的长流程工艺
19、，其总能耗比用废钢为原料的短流程工艺约高 1 倍，因此，电炉铁水热装只适于具有多余铁水的企业。带有废钢预热的节能电弧炉，对预热废钢过程中产生的 Dioxin(二恶英)，Furan(呋喃)等致癌有毒气体造成环境污染的问题必须予以足够重视。避免形成有毒气体的根本办法，是使预热后的废气完全燃烧，然后在高于 800 的温度下使其急速冷到 300 以下。但据我们了解，目前只有 Consteel 炉具有这一切实措施，其它形式的带废钢预热的节能电弧炉尚无实际措施。国际已有的各种节能电弧炉型式与设备差别较大(见表 2)，在评价建设费用与经济效益时，除考虑节能电弧炉本身的费用外，还需要考虑相关投资，如竖炉，要求
20、高大的厂房，配套建设的电炉密闭罩也比其它的炉型复杂庞大，冷却水的用量也高得多，对建设费用影响较大。防止只见一点(如只讲电耗)不及其余的片面观点，以求选取合理炉型，取得最佳综合效益。表 5 为 60 t 不同形式节能电弧炉的主要参数与指标，其中许多数据有待国内实践验证。表 5 60 t 节能电弧炉主要参数与指标Table 5 Main technical parameters of a 60t energy-saving EAF公 司序号 项目 A B C D1 采集数据时间 1998 1998 1998 19982 炉型 AC，Korfarc AC,Plus-2000 AC，Consteel
21、AC，FSF 3 公称容量/t 60 60 60 604 冶炼时间/min 60 59 54 555 生产率/t .h-1 60 61 66.7 65.56 变压器容量/MVA 35+20% 35+20% 35 35+20%7设备总重/t 其中废钢预热系统/t263.430787.9270.2849.3431.97033708 钢铁料收得率/% 90 91 94 929 主要消耗： (30%生铁) (30%生铁) (30%生铁) (30%生铁)(1) 钢铁料/kg .t-1 1111 1098 1064 1087(2) 电能/kWh .t-1 355 335 325 310(3) 氧气/m 3
22、.t-1 43 39 37 38(4) 轻油/kg .t-1 5 5 0 7(5) 电极/kg .t-1 1.7 1.7 1.7 1.7(6) 炭/kg .t-1 9 4 18 12(7) 耐材/kg .t-1 6 5 5 710 生产成本 /RMB.t-1 1759.6 1783.3 1698.8 1784.311 总能耗/kg 标煤 .t-1 177.38 174.14 165.85 166.44注： FSF 为手指阀单竖炉； D 中电气部分重量不全；成本计入冷却水、设备维修等费用 (2) 对引进节能电弧炉的设备性能、生产操作技术进行全面测试与分析，进一步了解与掌握其技术特点与设计制造技术
23、。弄清节能电弧炉的技术要领，提高自己的设计与制造技术。(3) 表 3 所列各项关键技术是研制节能电弧炉的难点，可分为机械设备与电气自动控制两部分。应组织科研、设计、院校、制造与生产厂家的各相关专业的技术力量，选定项目，通过与外商合作设计、合作制造尽快消化吸收节能电弧炉的关键技术，同时购买必要的专利和软件技术。(4) 炼钢技术装备发展的另一个重要趋势是将电炉与转炉的特点结合与融合。如 MDH 已在进行工业性建设的 Conarc 炉，两个炉子轮换通电熔化与吹氧精炼，故叫转弧炉，生产效率高，可以适应各种原料，电耗与总能耗大幅度降低，但设备庞大，若在一个炉子中将两者的特性结合起来，取各所长，将更适合我国大量中、小型电炉与转炉技术改造的需要。作者简介：田 辉，女，32 岁，工程师。1993 年东北大学钢铁冶金系硕士毕业，从事电炉、精炼炉设计。作者单位：北京钢铁设计研究总院，北京 100053
