1前言在世界粗钢产量中,电弧炉钢的比例一直稳步地增长,我国也不例外,尤其近几年来电弧炉钢 的产量更是突飞猛进,其原因一方面是因为电弧炉炼钢设备投资少、周期短、冶炼钢种比较多、易 于适应用户需要的变化;另一方面高效电弧炉设备的出现,以及各种新技术的应用,使得生产率不 断提高,满足了市场的需求。以前在电弧炉内既要完成熔化、脱磷、脱碳,又要进行合金化、脱硫 、去气、去除夹杂物、以及温度成分的调整,即所谓的熔化、氧化、还原三段操作均在电弧炉内完 成,因此冶炼周期很长、生产率低,而且钢材品种单一、质量不稳定。为适应市场需求,逐渐出现 了电弧炉、精炼炉功能分化,也就是说使电弧炉只完成熔化、氧化功能,而还原精炼、成分调整以 及钢水升温,移至精炼炉中进行。电炉功能的分化,促使电弧炉设备各种新技术相继出现:偏心底 出钢,留钢操作,高功率、超高功率供电,水冷炉壁,水冷炉盖,导电横臂,泡沫渣技术,高阻抗 ,各种喷吹技术,废钢预热,计算机自动控制技术等,大大提高了电炉钢的生产率,同时又改善了 产品的品种和质量。高效的炼钢电弧炉冶炼周期(出钢-出钢时间)已突破40min,冶炼电耗 低于290kW·h/t。以下介绍高效电弧炉普遍采用的新技术。2超高功率及其相关技术近年 来以提高炼钢电弧炉的生产率、缩短出钢-出钢时间、降低成本为目的,变压器容量配置逐渐增大 ,吨钢功率配比水平由最初的低功率、中功率,发展到今天的高功率、超高功率。电弧炉功率水平 和生产率的关系见表1。超高功率技术的应用,得益于相关冶炼工艺技术的提高及设备的改进。提 高功率水平,增大了短网的二次电流以及炉内的弧功率,这必然会对导体损耗、电极消耗以及炉壁 的耐材消耗带来负面的影响。但是随泡沫渣冶炼工艺的发展以及导电横臂,水冷炉盖,水冷炉壁等 技术的应用,这种负面影响得以改善。2.1水冷炉盖、水冷炉壁技术功率水平的提高,导致电弧 炉内热负荷的增加,炉内温度分布不平衡加剧,从而大幅度地降低了电弧炉炉壁的使用寿命。资料 表明,一般镁质耐火材料的热流为0.013～0.016MW/m2,铸铁埋管式水冷挂渣炉壁 热流为0.72～1.08MW/m2,板式水冷挂渣炉壁的热流为1.08～2.88MW/m 2,管式水冷挂渣炉壁热流可达到2.88～14MW/m2,几乎是耐火材料的1000倍犤1 犦。水冷炉表1电弧炉功率水平和生产率的关系功率级别低功率中等功率高功率超高功率功率水平 /kVA·t-1出钢-出钢时间/min生产率/t·h-1200200～26015～25 400～500120～15030～40650～80080～9560～80800～100 040～55～120壁及水冷炉盖具有良好的散热能力以及挂渣能力,它可以成倍地降低电弧炉 炉内耐火材料的使用面积,使炉衬和炉盖的使用寿命大大提高,(水冷炉壁使用寿命为3000炉 左右),从而大幅度地降低耐火材料消耗,运行也更加安全可靠。2.2导电横臂技术导电横臂采 用二次导体与横臂一体化的结构,它通常用铜-钢复合板或铝合金板制成,形状一般为矩形,内部 通水冷却。众所周知,变压器二次侧电流通常达数万安培,而电流流过的地方必然有损耗存在。由 于其截面面积和自几何均距比铜管要大很多,因此交直流阻抗值小,损耗减少10%左右。导电横 臂的应用使得横臂既简化了结构,又改善了电能指标。2.3偏心底出钢技术以往电弧炉出钢槽出 钢方式,是在钢渣覆盖钢液的状态下出钢,主要目的在于防止钢液温度下降,提高脱硫能力和防止 钢液氧化。随着炉外精炼的发展,希望无渣出钢,以提高钢液的纯洁度和均匀性。偏心底出钢技术 的出现满足了无渣出钢的要求。另外采用偏心底出钢方式,可使水冷炉壁面积扩大,减少热态修补 工作量;出钢时间缩短,温降少,钢包寿命和电耗都有很大程度的改善。2.4泡沫渣技术泡沫渣 技术的出现,是超高功率输入以及高电压、长电弧操作的结果。在吹氧同时,往炉渣喷入碳粉(约 每吨钢喷5～6kg碳粉)或加焦碳,连续不断的激烈的碳氧反应,使炉渣产生大量CO而发泡, 从而形成泡沫渣。渣的泡沫化后,可以实施埋弧操作,电弧热可以高效地通过熔渣传入钢液中,降 低了电耗和电极消耗;电弧的辐射热减少,降低了炉壁耐火材料的消耗以及炉盖的烧损;对钢液和 熔渣进行脱氧,提高了钢的收得率和铁合金的收得率。另外由于渣的泡沫化,使得熔渣去除准确。 2.5高阻抗电弧炉技术为保证炉内最大功率输入,采用高的二次电压、低的二次电流,这样既能 保证输入炉内的功率达到最大,同时又可降低短网损耗。但是,二次电压的提高,使得电弧变得极 不稳定,从实际使用情况看,当功率因数超过85%时,电弧就会变得极不稳定,因此,为使电弧 稳定燃烧,需在主回路串联一台电抗器,这就是高阻抗电弧炉。理论上,变压器二次电压越高,需 串联的电抗器容量越大。与常规炉相比,高阻抗电炉电效率由93.1%提高到95.75%,电 耗降低至400kW·h/t以下,电极消耗降低20%,约为1.7～2.4kg/t犤2犦, 电极接头处的断裂的可能性减少,电极横臂系统的机械共振受到限制。更为重要的是高阻抗电炉对 电网的干扰减小,电压闪变和高次谐波量相对要小。3废钢预热技术输入电弧炉的能量约57%直 接利用在电弧炉炼钢生产过程中,43%为损失热量。损失的热量中,12.5%为炉盖和炉壁冷 却水损失,21%为废气带走的损失,7.5%为炉渣带走的损失,其它损失为2%犤3犦。显然 废气带走的热损失最大。电炉废气的温度约300～700℃,利用这些热量将总装入量50%～ 100%的废钢进行预热,可以降低冶炼电耗20～25kw·h/t,熔化时间缩短8～10m in,电极消耗降低0.2～0.6kg/t,耐火材料消耗降低15%犤3犦。可见,废钢预热 技术在提高生产率和节能降耗方面优势明显,具有代表性的炉种有:竖炉电弧炉和constee l炉。4氧燃烧嘴在电弧炉上安装超音速氧枪、碳氧喷枪、氧燃烧嘴,大量利用辅助能源,是高效 炼钢电弧炉缩短冶炼周期、降低电能消耗的又一手段。氧燃烧嘴以煤油、重油或天然气等作燃料, 为了促进燃烧效果,同时供给必要的氧气,得到高温火焰,促进废钢的加热和熔化。一般情况下, 氧气比例为2%～3%,但为促进废钢熔化,也有用更多氧气的。最初是在冷区设置烧嘴以缓解冷 区的不均匀熔化,但目前因为炉子的大型化以及从炉口的吹氧量增大,往往造成熔化不平衡,所以 不少厂家在炉口设置摆动式烧嘴,在其它熔化迟缓部位设置一定数量的助燃烧嘴,烧嘴的数量一般 为3～5支/炉,燃料用量为2～5L/t,降低电耗为每升相当于8～9kW·h/t。5Je tbox多功能喷枪技术Jetbox多功能喷枪安装于炉壁上,离钢液面约500～700mm 。Jetbox系统包括水冷超音速氧枪和喷碳枪。氧枪采用环流保护的超音速射流技术,使氧气 流可以在较长的距离上保持集束状态,从而具备强大的穿透能力,对钢水的脱碳和熔池搅拌作用加 强,增加了氧气与熔池的接触面积,提高了氧气的利用率。Jetbox系统还有一个喷碳枪,布 置在集束射氧枪的右下方,这种平行布置有利于泡沫渣的快速形成并防止喷碳孔堵塞。Jetbo x多功能喷枪的应用解决了氧枪长期困扰的难题即系统安全性和使用效率。Jetbox系统的应 用可实现废钢预热,切割熔化,二次燃烧和升温脱碳一体化,更有效地利用化学能,降低电耗,实 现闭炉门操作,炉门口吸入的冷风少,减少热量损失,对改善电弧炉的工作环境及电弧稳定燃烧大 有益处。Jetbox系统使用集束射流、炉中多点供氧喷碳和更短的喷射距离,供氧强度增大, 电炉快速熔化废钢,脱碳和脱磷能力增强,特别适合于铁水热装,以及冶炼含碳量较高的钢种。6 结语提高电弧炉的生产率,降低能源消耗,一直是电弧炉炼钢发展的方向,其它技术,如底吹技术 、富氧操作、各种喷吹技术及二次燃烧、智能化炼钢等的应用均是提高炼钢电弧炉生产率、降低成 本的手段,高效炼钢电弧炉设备的广泛应用,将越来越受到人们的关注。高效炼钢电弧炉设备@曾 玉清$江西新余新钢特殊钢有限责任公司!江西新余338013电弧炉;;高效;;节能提高电弧炉的生产率,降低能源消耗,一直是电弧炉炼钢发展的方向,高效炼钢电弧炉设备的广泛应用是各种新技术、新工艺共同发展的结果。李士琦.现代电弧炉炼钢犤M犦.原子能出版社,1995.
梁正敏.高阻抗电弧炉犤J犦.工业加热,2001,(3):21-24.
EHLEJ,KNAPPH.指篦式竖炉电弧炉犤J犦.冶金设备和技术,1999,(1):34 -40.叩乃鹗?其它损失为2%犤3犦。显然废气带走的热损失最大。电炉废气的温度约3 00～700℃,利用这些热量将总装入量50%～100%的废钢进行预热,可以降低冶炼电耗 20～25kw·h/t,熔化时间缩短8～10min,电极消耗降低0.2～0.6kg/t ,耐火材料消耗降低15%犤3犦。可见,废钢预热技术在提高生产率和节能降耗方面优势明显, 具有代表性的炉种有:竖炉电弧炉和consteel炉。4氧燃烧嘴在电弧炉上安装超音速氧枪 、碳氧喷枪、氧燃烧嘴,大量利用辅助能源,是高效炼钢电弧炉缩短冶炼周期、降低电能消耗的又 一手段。氧燃烧嘴以煤油、重油或天然气等作燃料,为了促进燃烧效果,同时供给必要的氧气,得 到高温火焰,促进废钢的加热和熔化。一般情况下,氧气比例为2%～3%,但为促进废钢熔化, 也有用更多氧气的。最初是在冷区设置烧嘴以缓解冷区的不均匀熔化,但目前因为炉子的大型化以 及从炉口的吹氧量增大,往往造成熔化不平衡,所以不少厂家在炉口设置摆动式烧嘴,在其它熔化 迟缓部位设置一定数量的助燃烧嘴,烧嘴的数量一般为3～5支/炉,燃料用量为2～5L/t, 降低电耗为每升相当于8～9kW·h/t。5Jetbox多功能喷枪技术Jetbox多功能喷枪安装于炉壁上,离钢液面约500～700mm。Jetbox系统包括水冷超音速氧
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