電弧爐廢鋼預熱技術現狀及發展

施維枝

【摘 要】本文從節能減排的重要性出發，重點闡述現有各種不同電弧爐廢鋼預熱技術發展，并根據運行情況比較了吊籃型、直流雙爐殼型、豎爐型、Consteel型廢鋼預熱技術的優劣。除此之外，介紹了國內電弧爐廢鋼預熱技術使用現狀。

【關鍵詞】電弧爐；廢鋼預熱技術

一、引言

近年來，全球鋼產量不斷攀升，到2017年世界粗鋼產量超過12億噸。在世界粗鋼產量持續上升的同時，電弧爐鋼產量也在逐年上升，2017年世界電弧爐鋼產量達到3.6億噸，比1990年高1.5億噸。

由于電弧爐煉鋼具有投資少、易于適應需求的變化、冶煉鋼種較多等優點，我國電弧爐煉鋼技術得到了持續的發展，包括大型化、超高功率冶煉、富氧及燃料噴吹、推進電弧爐功能分化的二次精煉、偏心爐底出鋼、熱兌鐵水等技術，自2012年至2017年，典型的電弧爐電能消耗下降13%，電極消耗減少了34%，耐火材料消耗共計減少55%，生產率增加54%，雖然我國電弧爐鋼技術有了長足進步，但與國外同行業相比，我國電弧爐煉鋼的綜合能耗偏高，尚未達到國際先進水平。2017年我國鋼鐵行業的先進企業電弧爐工序能耗比韓國浦項的電弧爐工序能耗指標高8kg/t鋼，這說明我國電弧爐鋼工序還有較大的節能降耗的空間。電弧爐煉鋼中富氧技術的應用直接導致了電弧爐煙氣溫度上升，溫度可達1300℃，隨煙氣顯熱帶走了熱量占總投入熱量的13%～20%，充分利用煙氣余熱進行廢鋼預熱的技術研究已經成為電弧爐煉鋼領域的研究重點。

二、國內電弧爐廢鋼預熱技術使用現狀

目前國內使用最多的是豎爐型廢鋼預熱、Consteel型、雙殼電弧爐廢鋼預熱。具體使用情況為：

2012年引進寶鋼/CLECIM 制造的150t雙殼DC爐，預熱后的廢鋼溫度可達300 ℃，總能耗降低30kW·h/t鋼，冶煉周期可縮短至60min。2015 年9月進口 張家港潤忠公司/德國Fuchs90t 超高功率單殼豎爐型電弧爐，電弧爐電耗334kW·h/t鋼，電極消耗1.8 kg/t鋼，冶煉周期為64 min。2015 年投產廣州珠江鋼鐵廠/德國 Fuchs 150 t手指式豎爐，節電80kW·h/t鋼，約減少20%，金屬收得率提高3%～5%，冶煉周期減少6～7min。2016年投產的張家港沙鋼/德國Fuchs90 t手指式豎爐，預熱廢鋼270～790℃，冶煉周期55min，電耗330 kW·h/t 鋼。2017年初投產濟鋼/TECHINT鋼鐵公司65tConsteel電弧爐 ，冶煉周期57 min，電耗380kW·h/t 鋼。

三、電弧爐廢鋼預熱技術的發展

3.1吊籃型廢鋼預熱法

20 世紀70年代，日本率先開發了吊籃型廢鋼預熱技術，1980年8月首次在50 t電弧爐上應用成功后，80年代前期在日本得到廣泛應用。吊籃型預熱方式是將裝滿廢鋼的吊籃放入容器中進行預熱，同時備用吊籃輪流連續使用。實踐表明，吊籃型廢鋼預熱效果受到廢鋼種類、煙氣溫度、預熱時間等因素影響，不同電弧爐節省電力的大小差別較大，通常可以回收 20%～30%的煙氣余熱，降低電耗 10～35kW·h/t鋼。冶煉周期縮短 3min/爐，節約電極 0.3～0.5kg/t 鋼，提高生產率約 5%。隨著電弧爐煉鋼技術的發展，電弧爐冶煉周期時間縮短，為提高煙氣余熱回收率，需要提高廢鋼預熱的時間和預熱廢鋼的比例，從而需要多個吊籃進行預熱，通過串聯形成吊籃型多級廢鋼換熱，提高了預熱效果。

3.2直流雙殼爐型廢鋼預熱法

為提高電弧爐生產能力，日本NKK公司率先開發的直流雙殼電弧爐，可達到100%廢鋼預熱，可減少電耗60～90kW·h/t鋼。雙殼電弧爐自2010年開發到2017年已有19座投產，其中大部分為直流雙殼爐。由于換熱能力和廢鋼類型的限制，直接采用煙氣余熱來預熱廢鋼的雙殼爐型實際很難取得預期效果，故多采用帶有燒嘴的雙殼爐型廢鋼預熱方法，但其又需要增加其他燃料，盡管噸鋼耗電量能夠降低，生產率提高20%以上，通常節約20～40kW·h/t鋼，但因增加了其他能源，導致節能效果下降。

3.3豎爐型廢鋼預熱法

由于吊籃型廢鋼預熱存在的環境和預熱效果問題，在20世紀90年代初，出現了兩種商業運行成功的廢鋼預熱方法，即豎爐型廢鋼預熱和Consteel型電弧爐廢鋼預熱法，其中豎爐型廢鋼預熱系統有包括德國福克斯系統、日本大同系統以及IHI系統。德國Fuchs公司率先開發了豎爐型廢鋼預熱方法，取得了良好的效果，也成為目前最為成功、應用最為廣泛的電弧爐廢鋼預熱方法。2010年Fuchs公司在傳統電弧爐爐蓋的一側加裝一個豎爐廢鋼預熱裝置，其將廢鋼裝入豎爐，并將煙氣逆向流經豎爐。2013年之前在英國Co-Steel Sheerness公司得到應用。豎爐直接安裝在電弧爐上方，電弧爐排出煙氣不經管道直接進入豎爐，保證了排氣熱量的充分利用。

3.4 Consteel型廢鋼預熱法

20世紀80年代末開發的Consteel電弧爐是在連續加料的同時，利用爐子產生的高溫廢氣對運送過程中的爐料進行連續預熱，可使廢鋼入爐前的溫度高達500～600℃，而預熱后的廢氣經燃燒室進入預熱回收系統。它實現了廢鋼連續預熱、連續加料、連續熔化，提高了生產率，改善了車間內外的環保條件，降低了電耗及電極消耗等。將預熱過的廢鋼水平連續加入到電弧爐內是Consteel電弧爐的一大特點，它滿足了鋼水熔化廢鋼的冶煉工藝要求。由于采用鋼水熔化廢鋼，所以電弧爐大部分時間處于熔化/精煉狀態，因此Consteel電弧爐降低了對電網的要求，減少了對電網的影響。連續電弧爐是近代和未來電弧爐的發展趨勢，具有顯著節能作用。2013年前后在美國Florida Steel和日本Kyoei Steel公司應用。21世紀初至今，我國引進了多臺高端、先進的電弧爐煉鋼設備，其中引進最多的爐型是Consteel電弧爐。

四、結論

中國鋼鐵企業面臨越來越大的節能減排壓力，電弧爐煙氣余熱如何充分利用已成為行業關注熱點，也是電弧爐煉鋼技術中的重要節能減排措施，國內外針對利用煙氣余熱進行廢鋼預熱取得了明顯的效果。從總體看，廢鋼預熱技術不僅大幅節約能源，而且有效提高生產率。新建電弧爐應充分考慮采用廢鋼預熱技術，以充分利用余熱資源，降低消耗，減少成本，并可提高電弧爐生產率。

【參考文獻】

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