廢鋼預熱型電爐煉鋼廠廢鋼供應能力的確定

劉春霆，廖 遠，劉書忠，周 懿

(1.中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶 401122； 2.山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鋼二廠，山西 太原 030003；3.中冶賽迪重慶信息技術有限公司，重慶 401122)

最近幾年，隨著中國鋼鐵工業的發展及社會積蓄廢鋼量增加、國家環保要求、關停地條鋼生產線及產業政策引導等因素的影響，中國短流程電弧爐煉鋼工藝發展比較快，2018年電爐鋼產量約9 000萬t，占比從前幾年的6%左右上升到9.8%，預計在不久的將來會上升到20%。

從2017年開始新上的電弧爐里面，很多廠家采用了廢鋼預熱型電爐，其中多數采用了帶水平輸送段。帶水平輸送段的廢鋼預熱型電爐，生產效率比較高，實際操作可以達到冶煉周期35～40 min，日生產爐數35～40爐。而常規的全冷料電爐，一般冶煉周期為50～55 min，日生產爐數24～27爐。這樣快節奏的連續生產，對電爐煉鋼廠廢鋼配料系統能力提出了很高的要求。

一些投產的電爐煉鋼廠在實際生產中，出現了廢鋼供應能力跟不上電爐生產，造成電爐生產能力嚴重發揮不足的問題。而在常規工廠設計時，怎樣確定帶廢鋼水平輸送段預熱型電爐的廢鋼供應能力還沒有專門的參數和方法。

因此，什么是廢鋼供應能力的重要參數？怎么確定這些重要參數？這些是在電爐煉鋼工藝設計時亟待解決的問題。下面，結合某廠140 t帶水平預熱系統電爐項目，提出帶廢鋼水平輸送段預熱型電爐廢鋼供應能力參數的確定方法和數值。

1 前提條件

電爐座數1座；

電爐型式帶水平廢鋼預熱，交流，EBT；

平均出鋼量140 t；

年產鋼水量142.86萬t；

原料組成100%廢鋼；

60%廢鋼+40%鐵水；

廢鋼堆密度0.7 t/m3；

廢鋼至鋼水收得率92%；

車間年純生產時間300天。

2 確定廢鋼配料系統能力

按電爐采用100%廢鋼生產進行核算：

電爐冶煉周期T=(1440×300)/(142.86×10 000/140)=42.3min，取42min。

車間日平均生產爐數N1=(142.86×10 000/140)/350=29.16爐，取29爐。

車間日最大生產爐數N2=1 440/40=36爐。

電爐每爐需廢鋼量Q1=140/0.92=152.17 t。

車間日平均需要廢鋼量Q2=152.17×29=4 412.93 t。

折合廢鋼平均供應速度V1=4 412.93/1 440=3.06 t/min。

車間日最大需要廢鋼量Q3=152.17×36=5 478.12 t。

折合廢鋼最大供應速度V2=5 478.12/1 440=3.80 t/min。

關于廢鋼配料系統廢鋼供應能力，需要考慮的因素有：廢鋼配料間跨間組成和工藝布置、廢鋼運入能力、廢鋼堆存天數、廢鋼配料間起重機配料能力及作業率、廢鋼水平輸送段輸送能力等。對帶水平廢鋼輸送帶的電爐來說需要特別關注的是：①廢鋼水平輸送段的輸送能力；②廢鋼配料間起重機配料能力。

2.1 廢鋼水平輸送段能力確定

電爐冶煉周期T的組成如下：

通電時間T130 min;

測溫取樣1 min;

出鋼3.5 min;

修爐3 min;

各種耽誤4.5 min;

合計42 min。

其中通電時間T1為30 min，非通電時間T2=T-T1=12 min。

廢鋼水平輸送段在T2時間段內都是停止工作的，而通電時間T1中，有5 min左右是鋼水升溫準備出鋼的時間，廢鋼加料也需要停止。

電爐冶煉時廢鋼水平輸送段的可加料時間為T3=T1-5=30-5=26 min。

2.1.2 廢鋼水平輸送段輸送速度

廢鋼水平輸送段輸送速度V3=(Q1/T3)×1.1=(152.17/26)×1.1=6.44 t/min，1.1是系數。

輸送速度V3是廢鋼供應能力的重要參數之一，是整個廢鋼水平輸送段設備設計的基礎數據。此參數結合料槽內料層高度0.7m、廢鋼堆比重0.7t/m3等，即可確定水平輸送段料槽的斷面尺寸，進而確定輸送段其他設備設計的參數。

2.2 廢鋼配料間起重機配料能力確定

給廢鋼水平輸送段上加廢鋼的設備主要有：電磁盤起重機、履帶輸送機等。其中電磁盤起重機配料能力核算是關鍵，關系到電爐產能能否充分發揮，也是確定廢鋼配料間布置、是否設置履帶輸送機等的重要依據。

常規設計時廢鋼配料間起重機配料能力僅核算其作業率，作業率在80%以內即可。但給廢鋼水平輸送段上廢鋼的電磁盤起重機，如果僅計算作業率是不夠的，因為作業率是按日平均來計算的，而廢鋼水平輸送段要求起重機在一個電爐冶煉周期內滿足其廢鋼輸送速度才能滿足連續生產需要，這時電磁盤起重機已經類似于線上設備。

2.2.1 電磁盤起重機可配料時間

與廢鋼水平輸送段可加料時間T3不同的是，電磁盤起重機可以在廢鋼水平輸送段停止給電爐輸送廢鋼時繼續進行配料作業，直至將水平輸送段加滿廢鋼。

電磁盤起重機可配料時間T4=T3+(T-T3)×50%=26+(42-26)×50%=34 min。

上式計算中考慮取50%的廢鋼水平輸送段停工時間可以配料。

2.2.2 電磁盤起重機配料能力及起重機數量

電磁盤起重機配料能力V4=(Q1/T4)=152.17/34=4.48 t/min。配料能力V4是廢鋼供應能力的重要參數之一，是確定廢鋼配料間數量及工藝布置、電磁盤起重機數量、是否設置履帶機等輔助上料手段等的關鍵參數。

電磁盤起重機的主要參數選擇見表1。

表1 電磁盤起重機主要參數

根據電磁盤起重機主要參數，結合廢鋼配料間廢鋼運輸形式和典型的工藝布置等，計算出電磁盤起重機不同作業的周期見表2。

表2 電磁盤起重機作業周期

根據電磁盤起重機作業周期、電磁盤每次吸料量，要滿足V4=4.48 t/min配料能力，計算得到單臺起重機配料速度和需要的起重機數量見表3。

表3 電磁盤起重機配料速度和數量

電磁盤起重機的磁盤每次吸取廢鋼量一般僅與廢鋼密度大小相關，起重機噸位增加并不能顯著增加磁盤每次吸取廢鋼量。因此電爐噸位大小與電磁盤起重機數量之間基本是線性關系。經計算，考慮落地廢鋼向縱向輸送帶配料的工況下，冶煉周期T=42 min不變時，不同電爐噸位需要的電磁盤起重機數量見表4。

表4 不同噸位電爐電磁盤起重機數量

3 計算結果分析及總結

對以上計算結果分析如下：

(1) 廢鋼水平輸送段能力V3需達到6.44 t/min才能滿足要求，V3比車間廢鋼平均供應速度V1(3.0 6 t/min)、最大供應速度V2(3.80 t/min)的數值都大，比值達到169%～209%。V3數據選擇不當是一些電爐煉鋼廠廢鋼水平輸送段能力跟不上電爐生產的主要原因之一。

(2) 電磁盤起重機配料能力V4需要達到4.48 t/min才能滿足要求，同時V4也比V1、V2值大，比值達到118%～146%。廢鋼配料間電磁盤起重機數量需要按V4進行核算。按V1(V2)計算起重機數量是一些電爐煉鋼廠電磁盤起重機配料速度跟不上電爐生產的另一主要原因。

(3)從表2、表3中可以看出，從掛車上直接用電磁盤吸取廢鋼配料，也就是廢鋼不落地，電磁盤起重機作業周期(1.5 min)最短，需要起重機數量最少，對提高配料效率很有效。

(4)從表3、表4可以看出，采用雙磁盤起重機可以提高單臺起重機配料速度，減少起重機數量。

(5)從表4可以看出，對典型兩個廢鋼配料間的工藝布置(每個跨間設置3臺起重機，其中2臺配料、1臺卸料和倒料)來說，如果采用單磁盤起重機，70 t電爐可以滿足要求，70 t以上的電爐必須考慮增加履帶機等廢鋼上料手段。如果采用雙磁盤起重機，110 t電爐可以滿足要求，110 t以上電爐必須考慮增加履帶機等廢鋼上料手段。

需要注意的是，電爐的冶煉周期T、電爐平均出鋼量(140 t)、廢鋼堆比重(0.7 t/m3)、廢鋼比(100%)等參數的變化對以上計算結果影響很大。這些參數在具體項目設計時要了解清楚，根據具體情況可以考慮一定的富裕量。

在實際生產中，采用履帶機等廢鋼上料的廠家比較多。主要原因是冶煉周期更短(35 min左右)、廢鋼堆比重低造成電磁盤一次吸取廢鋼量少、舊廠改造項目原來的起重機是單磁盤、采用抓鋼機給履帶上料效率比較高等。

階梯槽專利技術(CISDI-AutoARC)，具有將堆高廢鋼快速自動分料攤薄輸送的能力，可采用自卸汽車直接卸料至階梯槽，廢鋼不需要落地，也不需要電磁盤起重機進行配料作業。采用CISDI-AutoARC階梯槽給廢鋼水平輸送段加廢鋼，可以顯著提高廢鋼供應能力，滿足電爐快節奏連續生產的要求，同時顯著降低了電磁盤起重機的數量，減少了廢鋼落地倒運作業的時間和費用，減少了廢鋼配料間需要的堆存面積等。

4 結 論

(1)廢鋼水平輸送段輸送速度V3、電磁盤起重機配料能力V4是帶廢鋼水平輸送段預熱型電爐廢鋼供應能力的兩個重要參數。

(2)對于平均出鋼量140 t、冶煉周期42 min、采用100%廢鋼生產的帶水平輸送段的預熱型電爐，廢鋼水平輸送段能力V3需達到6.44 t/min、電磁盤起重機配料能力V4需要達到4.48 t/min才能滿足生產要求。

(3)公稱容量110 t及以下的電爐，采用電磁盤起重機可以滿足配料要求。公稱容量110 t以上的電爐一般需要采用履帶機等來補充廢鋼供應能力。

(4)采用CISDI-AutoARC階梯槽給廢鋼水平輸送段加廢鋼，可以滿足電爐快節奏連續生產的要求，是非常值得在實際項目中進行嘗試的廢鋼配料技術。