电弧炉 炼钢
现代电弧炉炼钢技术的发展
傅
杰
李京社
李
晶
周德光
北京科技大学"!
王中丙
广州珠江钢铁集团公司"!
摘
要
兰德年
中国钢铁工业协会"!
现代电弧炉冶炼技术是围绕缩短冶炼周期这一核心发展起来的#从能量平衡的角度出发#提出了电
弧炉冶炼周期与各工艺参数和设备参数之间的关系式$简单地介绍了世界电弧炉冶炼技术的发展以及围绕超高功率供电%增加化学热和物理热以缩短冶炼周期的冶炼技术进步$肯定了近十年来我国发展现代电弧炉炼钢流程所取得的显著成果#分析了存在问题的原因#提出了提高电炉钢市场竞争力#进一步促进我国电炉钢发展的技术对策$关键词
现代电弧炉炼钢
发展
策略&
’()(*+,-(./+0-+’(1.(203/((*-245.6/(78.+*+69
:;<=>?@<=ABCD>?@<=ABEFG;H>BIJAB!";A=K>LC=MNOPQR=>AR>JAST>RDAOUOBNV>=W=AB
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#S#C4(9g+1’3bOS>LAcY:CM>>UbJh=AB>K>UO^b>AMMLJM>BN
i前言
现代钢生产流程主要包括转炉流程%电弧炉流程和特种熔炼$电炉钢年产量占世界钢总年产量的比例#从上个世纪jk年代以来逐年增长#lkkm年为电弧炉流程由现代电弧炉冶炼%炉外精炼%连njo$
铸%连轧等工序组成#电弧炉薄板坯连铸连轧是现代
电弧炉流程的代表#显示出巨大的优越性$本文从技术及经济的角度#对如何提高电炉钢的市场竞争力和促进我国电炉钢的进一步发展进行了分析研究$p现代电弧炉冶炼技术的发展
现代电弧炉冶炼技术是围绕着缩短电弧炉冶炼
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周期这一核心而发展起来的q$从能量平衡的角
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联系人t傅杰#教授#北京!北京科技大学冶金学院mkkkun"
电弧炉 炼钢
第-期
傅
杰等G现代电弧炉炼钢技术的发展
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度考虑!电弧炉冶炼周期可以用下述公式计算"
#$#%&#’
(%)
#*+,+-.)/(023456&0)(’)%$(13&07#*)+,+-./(023456)(9)’$(18*38*7323456&0)+#/(,+-.)(:)*$(013&07%
*$*(;)18*38*7
式中#出钢至出钢时间)<<电弧炉冶炼周期(!
@=>?
<<通电时间!@=>?#%
热停工时间在#不MM(-)增加化学热和物理热!,M*23456%
可以减小变压器额定功率@在#变的条件下!MM*%
可以增加,!即提高生产M023456不变的条件下!1提高炉子的年产量"率!
必须缩短热停工时间#(H)为缩短冶炼周期!"’
由于在化学热和物理热供量较大的条件下!例如在
供氧强度较大的竖炉冶炼过程和加铁水的N4?5A11O冶炼过程中!可以有一段停电操作!这时03和07不等于.所以#在过去的文!’称为热停工时间较合适(
加铁献中均称为非通电时间)"它是指装废钢时间M#’
<<!=>?@,<<钢液重量!
A@01
<<表观输入电功率!BC@2<<电效率@3456<<功率因数@
03
<<由化学热换算成的电功率!BC@07<<由物理热换算成的电功率!BC@*<<冶炼电耗!BCDE/A
@*1<<*3与*7为.的电耗!BCDE/A@*3
<<由于化学热导致的节电!BCDE/A@*7<<由于物理热导致的节电!BCDE/A"由式(%)F(;)
可见G(%)为了缩短冶炼周期!
必须提高吨钢输入电功率!01与变压器额定功率有关!变压器额定功率大!可输入电弧炉的电功率大!01大"通常将吨钢变压器额定功率大于H..BIDJ的电弧炉称为超高功率电弧炉!K.年代末!超高功率电弧炉的变压器额定功率高达K..F%’..BIDJ/A
"(’)提高03!有利于缩短冶炼周期!03主要来自钢中元素氧化的化学热及氧燃烧嘴提供的化学热"元素(主要是碳)氧化的化学热可占炼钢所需总能量的9.L左右!当二次燃烧率高时!这一比例还会更大些"氧燃烧嘴提供的化学热一般占总能量的;LF%.L"
(9)提高07!有利于缩短冶炼周期!07主要是由废钢预热后废钢的显热及加铁水操作时铁水的显热提供的"
(:)提高23456!可以缩短冶炼周期!提高23456
的措施包括供电制度合理化(优化供电曲线)M人工智能电弧炉M采用导电横臂M优化短网结构等"(;)增加化学热和物理热!可以收到节电效果!理论计算和实践结果表明!目前每增加%=9氧!可以节电约:BCDE/A@每增加%L铁水量!可以节电:F;BCDE/A
"水时间(对于顶装铁水而言)M接电极时间M出钢时间M补炉时间等"
由于一系列电弧炉冶炼新技术的开发应用!电弧炉冶炼周期已从%P-;年的平均%K.=>?缩短到
-.=>?以下!最短可达9;=>?!相应的电耗从原来的-9.BCDE/A降低到最低可达’..BCDE/A
!电极消耗从原来的-Q;BR/A降低到最低可达%BR/A
"现代电弧炉冶炼技术是围绕着缩短冶炼周期这一核心发展起来的"’.世纪-.年代至H.年代主要
是发展超高功率供电及其相关技术!包括高压长弧操作M水冷炉壁M水冷炉盖M泡沫渣技术等!在这一阶段钢包精炼及强化用氧已开始采用"K.年代!ST及UVW技术的开发使电弧炉冶炼&炉外精炼的现代电弧炉炼钢流程基本成熟"K.年代末大型超高功率直流电弧炉问世!由于其对电网冲击小M石墨电极消耗低!以致K.年代末到P.年代初直流电弧炉占了绝对的优势!我国上海的几台%..F%;.A的直流电弧炉就是在这一背景下建立起来的"与此同时!强化用氧技术(包括超音速氧枪M碳氧枪M氧燃烧嘴M底风口M二次燃烧技术)趋于成熟!IJX称之为YZU[技术!\]?>1O>称之为\]?]^3技术!\1=]R称之为Y4^_]^3技术"大量化学能源的输入!使得冶炼周期大大缩短!电耗和电极消耗不断降低!加上高阻抗交流电弧炉对电网的冲击比普通交流电弧炉低;.L!
导致P.年代中期以来!交流电弧炉与直流电弧炉形成竞争发展的趋势"值得注意的是!在这一阶段人们关注的已不是用直流供电还是用交流供电!而是废钢预热!即二次燃烧和烟气显热的利用问题!不同的废钢预热方式产生了不同类型的现代电弧炉!它们分别是用料篮废钢预热的普通电弧炉MN4?5A11O
炉M烟道竖炉MN4=1OA中心废钢预热竖炉M带手指烟道竖炉M‘[aM\]?]^3aOb5MN4?]^3电转炉MN4?A>]^3
和U34]^3
炉"从环保的角度看!废钢预热必须考虑排放废气中有害气体Nc’M二恶英(\>4d>?
)和呼兰