Consteel電爐與煙道豎爐煉鋼技術的比較

張送來

（貴州正業工程技術投資有限公司，貴州 貴陽 550005）

為了節約生產成本，提高生產效率，減少對環境的污染，現代電弧爐煉鋼相繼開發了廢鋼預熱技術。近年來，廢鋼預熱技術迅速發展，出現了多種廢鋼預熱技術。目前，鋼鐵企業使用較多的是煙道豎爐電爐廢鋼預熱技術，隨著Consteel 電爐的發展，越來越多的企業使用Consteel 電爐廢鋼預熱技術。Consteel 電爐是通過輸送機連續地往電弧爐內加廢鋼，在輸送的過程中利用電弧爐排出的高溫煙氣對廢鋼進行預熱。煙道豎爐爐身直立，爐蓋上帶有豎井，利用電弧爐排出的高溫煙氣在豎井內預熱廢鋼。本文對兩種電爐工藝特點進行比較。

1 Consteel電爐

1989 年，第一套Consteel 電爐于美國北卡羅來納州投產。目前國內外已有上百座Consteel電爐。Consteel電爐生產時，是通過起重機將廢鋼從料場裝載到水平的滑動輸送帶上，輸送帶往電爐熔池移動，然后廢鋼自動、連續地向電弧爐內加料。

1.1 Consteel電爐煉鋼工藝特點

1.2 原輔料的消耗

（1）金屬收得率：連續加料時，熔池始終處于熔融態，渣-金間強烈和連續的反應，降低了渣中（FeO）的含量，倒渣時減少了金屬的損失；此外，排出的煙氣在預熱廢鋼時，其中的金屬會沉積在廢鋼中，隨廢鋼返回熔池，從而提高了金屬收得率，Consteel 電爐連續煉鋼的金屬收得率較傳統電爐提高0.5%～1%。

（2）耐材的消耗：Consteel電爐連續煉鋼時，電弧一直埋在泡沫渣下，電弧的熱傳導率高，減少了對爐體內襯、爐蓋和水冷爐壁耐材的沖擊，噸鋼耐材消耗15 kg左右。

（3）電極的消耗：連續煉鋼時，爐內處于還原氣氛，減少了電極表面的氧化；Consteel電爐的變壓器功率比煙道豎爐電爐功率低，可減少電極的損失，電極消耗為1.65 kg/t鋼。

1.3 動力消耗

電能消耗：由于電弧爐煉鋼主要動力消耗為電能，因此本文主要對電能消耗進行了比較。

連續加料電爐爐蓋開啟較少，減少熔池暴露造成的熱輻射損失，且屬于埋弧操作，供電曲線平穩，噸鋼電耗約為340～380 kW·h/t[3-4]，較其他電弧爐可減少3%～5%的電費。

1.4 其 他

（1）廢鋼中常夾雜塑料等物質，在預熱時燃燒會產生二噁英等有害物質，由于Consteel 電爐排出的煙氣溫度在1 000 ℃左右，且預熱廢鋼后的煙氣在沉降室停留時間在2 s 以上，二噁英可被部分分解。與其他廢鋼預熱技術相比，Consteel電爐排放的廢氣更為環保。

用頻移特性求調幅信號f(t)cosω0t和f(t)sinω0t的頻譜。寫出信號的表達式f(t)=u(t+1/4)-u(t-1/4)，ω∈[-8π，8π]

（2）由于煙氣在預熱廢鋼時以低速逆向流過廢鋼，煙氣中大量的煙塵沉降在廢鋼上，因此布袋除塵量僅11 kg/t[3]，比傳統電爐減少30%左右。

（3）投資成本：Consteel 電爐的變壓器功率比其他電爐功率低，因此變壓器容量減小；與豎爐電爐相比變壓器容量可減少20%～30%；由于煙氣量少，布袋除塵系統比常規除塵系統小40%左右，且布袋和風機的數量也可減少；根據Consteel 電爐工藝的特點，可降低對裝料系統、變電所和閃爍控制系統的要求。

（4）車間布置：Consteel 電爐廢鋼預熱車間通常與煉鋼車間通常為“丁”字形布置，這樣導致了廠區占地面積較大。

2 煙道豎爐電爐

豎爐技術是由德國Fuchs 公司于1992 年開發的，它是在傳統電爐爐蓋某一側加裝豎爐的煉鋼裝置。豎爐是利用電爐排出的煙氣和燃燒嘴燃燒CO 產生的熱量來預熱豎爐中的廢鋼。

豎爐按照形式可分為單爐體和雙爐體，其中單爐體包括指式豎爐和非指式豎爐，由于指式豎爐是目前豎爐發展中最先進、最完善的一種，因此本文用指式豎爐電爐與Consteel電爐進行比較。

2.1 指式豎爐電爐煉鋼工藝特點

出鋼及爐次前準備完成后，手指打開，將第1籃廢鋼加入到熔池中，第2 籃料隨即加入到豎井內進行預熱。冶煉產生煙氣的顯熱以及豎井中煙氣的二次燃燒放出的化學熱，能使廢鋼得到最大程度的預熱，且豎井中煙氣與廢鋼接觸面積比Consteel 電爐大，可將廢鋼預熱至600～800 ℃，煙氣的熱利用率高[5]。

由于手指長時間在高溫下工作，常發生“折斷”現象，托不住廢鋼料柱，從而失去其作用。

2.2 原輔料的消耗

（1）金屬收得率：豎爐中廢鋼與煙氣接觸面積較Consteel 電爐預熱時大，粉塵沉降到廢鋼中的多，金屬收得率比傳統電爐高1.5%～2%[6]。

（2）耐材的消耗：豎爐的加料方式是間斷的，當爐料加入后，在渣還未造好之前，電弧會損耗部分耐材，豎爐的噸鋼耐材消耗約為20 kg。

（3）電極的消耗：豎爐正常生產時爐蓋始終處于封閉狀態，減少了電極的氧化；此外，豎爐采用小車橫移結構將廢鋼加之爐中心，且廢鋼可加熱至600～800 ℃，使得電極“穿井”容易，因此可以減少電極的損耗，噸鋼電極消耗約1.1 kg/t鋼水。

2.3 動力消耗

電能消耗：手指豎爐廢鋼預熱較充分，煙氣熱量利用率高，能耗為530～580 kW·h/t，雖然手指豎爐預熱后廢鋼溫度比Consteel 電爐廢鋼預熱高，但是每爐料需重新“穿井”，因此能耗比Consteel電爐高。

2.4 其 他

（1）由于豎井的尺寸相比Consteel 電爐廢鋼預熱通道短，廢鋼預熱時產生的二噁英隨煙道排出時沒有足夠的時間分解，因此，煙氣中二噁英的含量較高。豎爐電爐二噁英排放量問題有待進一步解決[6]。

（2）同理，由于豎爐廢鋼預熱通道較短，煙氣流過廢鋼時煙塵的沉降率較小，豎爐噸鋼粉塵量為12～14 kg/t[7]。

（3）投資成本：在電爐爐蓋上加一個或兩個豎井組成了廢鋼預熱系統，此系統結構簡單，占地面積小，不需要另外修建廢鋼預熱廠房，因此，投資成本比Consteel電爐預熱系統低。但是在加料通常使用行車吊起料籃，導致廠房高度增加。

（4）缺點：當廢鋼預熱程度過高時，廢鋼易粘接，導致電爐機械部分易被損壞，影響冶煉周期。

3 結 論

本文主要從原輔料消耗、動力消耗等方面對Consteel電爐和豎爐電爐廢鋼預熱技術進行了比較，得出以下結論：

（1）指式豎爐電爐廢鋼預熱溫度比Consteel 電爐高100～200 ℃。

（2）指式豎爐電爐金屬收得率比Consteel電爐高。

（3）Consteel電爐煉鋼時耐材的消耗比指式豎爐電爐低5 kg。

（4）Consteel電爐電極的噸鋼消耗比指式豎爐電爐高0.55 kg。

（5）Consteel電爐電能消耗比指式豎爐電爐低。

（6）指式豎爐電爐煙氣成分中二噁英含量高，對環境影響大。

（7）指式豎爐電爐投資成本低。

綜上所述，由于電爐主要成本為電耗，而Consteel電爐電耗較低，煉鋼成本低；Consteel 電爐生產的鋼水中P、S 含量低，可用作冶煉特殊鋼。此外，隨著環保政策日益嚴格，Consteel 電爐煙氣比指式豎爐電爐污染小，因此，Consteel電爐煉鋼技術將成為一種發展趨勢。