电炉炼钢预热技术研究进展和未来趋势(一)

电炉炼钢预热技术研究进展和未来趋势（一）能源成本（电力及矿物能源成本）及原料成本不断升高是目前炼钢厂家急需应对的。事实证明，利用化学能及废气显热可以大幅度降低电炉总能耗。另一方面，温室气体对气候变化的不良影响不但引起全世界的关注，同时也受到电炉设计工程公司及电炉炼钢厂家的高度重视。在全球温室气体总排放量中，绝大部分发生于矿物能源燃料的燃烧，同时约30%碳排放是工业部门排放的。此工业部门既含电炉炼钢，也包括发电。钢铁业的能源消耗极大，因而在气候问题论坛上倍受瞩目。本文主要是介绍各种废钢预热技术，叙述废钢预热在降低基建费用、扩展炼钢灵活性及减少环境影响等方面产生的效果以及电炉钢厂连续装料最新开发成果。1、各类废钢预热系统炼钢厂家现在正寻求更好的解决方法使炼钢更为经济、更符合生态要求及具有更大的生产灵活性。为达到这些目标，必须采用维护少而工效高的设备。采用这样设备的宗旨是保持企业商业上的成功及竞争力。电力成本持续升高、大气CO2排放条例以及陆地及水源保护法规趋严—这些无不使炼钢厂家竭力降低能耗及尽量利用生产废物及介质。用废钢预热方法补偿电炉炼钢能源已有30多年的历史，通常的做法是在废钢装炉前在料桶里用电炉高温废气将废钢加热。高温气体的热源来自于电炉或烧嘴排出的废气，而供给电炉的一次能源则用于将入炉废钢加热至废钢熔点。这样就可通过废钢预热装炉节省能源。预热废钢还可避免湿废钢入炉，从而避免炉内发生爆炸。因此，废钢预热还能保证工厂安全及防止设备意外损坏事故。废钢进行预热的突出优点是可以减少电炉炼钢的电力消耗及提高钢厂生产效率。早期的废钢预热系统采用单独的热源，通常是将废钢装在料桶里加热。据报道，这种预热方式的节能效果最高可达30kWh/t，且由于出钢至出钢时间缩短还能降低电极及耐材消耗。后来，因为开发出电炉第四孔废气系统，有些厂家做了用炉子废气预热废钢的尝试。据报道，此举的一个效果是预热中粉尘会附着在废钢上，因而袋式除尘器的粉尘负荷有所下降。但由于热循环中温度起伏不定，很难控制废钢预热中的废气温度，此外在被预热的废钢内部会形成温度梯度。对温度必须加以控制，以免废钢料桶烧毁和防止料桶内细小废钢燃烧或粘附。研究者指出康斯迪（Consteel）技术是一种完全不同的做法。此项技术理念的核心是废钢不间断装炉，在连续装炉中完成能效转换及增产。此种炉子设计达到效果的关键在于控制熔池温度、废钢给进速率及废钢成分。此系统的优点之一是用炉子管道内废气对废钢作局部预热，将预热的废钢连续装入炉内，使炼钢人员能在泡沫渣覆盖下全功率起动炉子。这也是电炉能将变压器规格降低10%但是产钢量能与传统大变压器炉子产量相等的原因之一。在整个熔炼过程中电弧始终埋没于泡沫渣中，因而电弧状态极为稳定，很少发生闪变及谐波，噪声也大为减少。在采用Consteel系统时，废钢温度可达315-450℃，废气进入预热系统热端即可达到这么高的温度，而相邻炉一般仅能节能15-40kWh/t。但随着炉子运行更为高效及出钢至出钢时间进一步缩短，废钢预热变得越来越困难。到后来废钢预热实际是以牺牲炉子产量及提高维护费用为代价。Consteel废钢预热产生的一些效益是：增产10%，降低了电耗，使废钢脱湿及电极吨钢消耗量下降。此后出现的废钢预热技术是手指式竖电炉及环保型高效电炉（ECOARC），这两种系统的主要优点是能100%预热废钢以及能降低电耗及电极消耗。采用手指式电炉可使能耗降至70kWh/t。而ECOARC炉是连续将废钢装入起预热作用的竖炉中与熔炼室内的熔融金属接触，在熔炼期电炉与竖炉一起后倾。据报道，ECOARC炉电耗指标可达到150kWh/t。这两种炉都是将竖炉装在电炉炉壳上方，因而厂房需要更高的高度，另一缺点是竖炉及指状结构水冷会带来高达30kWh/t的能量损失。除上述几种炉型外，还有本文未详细介绍的几种预热系统，它们是：◆BBSBrusa回转窑式预热系统。◆IHI竖炉式预热器。◆ESC复合预热装置。◆双炉壳式预热系统。2、EPC预热系统（环保预热连续装炉系统）在电炉熔炼废钢的炼钢过程中采用废钢预热技术，利用炉子所排废气显热预热废钢至700-800℃可明显降低电力消耗及相应地提高炉子生产率。在这方面，一些公司合作开发了一种环境友好的高效废钢预热技术。这项挑战结果是开发出环保型预热及连续装炉（EPC）系统，这种EPC系统结合了100%废钢预热及连续供料这两大优点，无需加炉顶或在炉身上开洞，与其他常见炉子弊端不同，EPC系统在炉子上料期间无粉尘排放及热损失。这种EPC系统具备一系列优点，这些优点包括：◆粉尘排放最少—在炉子装料当中，系统始终处于气密状态，使车间保持最低污染。◆节能—EPC系统与传统电炉相比可减少电力消耗约100kWh/t。◆废钢装炉不受条件限制—可在炉子通电情况下不受炉子操作限制，用料桶将废钢装炉，这样就可提升炉子操作效率并减少断电时间，取消炉顶开口可大量减少热损失。◆停炉少、维护少、热损失少—无手指式电炉身所需的强制水冷部件，无运输机，无特别水冷部件要求，可避免水冷部件出现意外时的大量检修及过度水冷热损失。◆通、断电时间变短，因而生产效率高，与传统电炉相比可提高炉子生产效率25%。◆电炉炉顶及炉顶三角区使用寿命长—无需为装炉打开及/关闭炉顶，电弧离炉顶始终较远。炉顶水冷壁板很少被电弧烧损，热冲击少，有助于延长炉顶及其三角区使用寿命。◆投资回报高—EPC预热效果好，因而最明显的优点是生产成本低。此外，如上所述，通、断电时间短能保证较高生产效率。此外，在保证一定的废钢质量前提下还可提升收得率。◆电弧闪变少—依靠平坦熔池操作以及废钢预热及不间断输入能量。闪变及谐波发生次数下降达50%，同时也使噪声相应下降。◆无废钢处理—由于炉身及伸缩式给料机设计完美，EPC系统对废钢无需做特别处理。这种特别EPC系统在结构设计上考虑炉子的最大操作灵活性，有以下主要特征：◆在炉内预留多达30%-40%熔融金属条件下进行平坦熔池作业。◆用伸缩式给料机及综合性秤重装置控制废钢装炉速率。◆用伸缩式给料机优化通电中的废钢连续装炉。◆根据熔炼功率及预热温度精调废钢装炉速率。◆熔池温度均匀并可准确加以控制。◆可准确控制废钢预热温度。◆采用气密系统废气量最小。这种EPC系统环境效益：◆在封闭系统防护下未分开的仓室里装入废钢（电炉炉顶及EPC系统均属封密闭结构，主除尘始终运转）。◆废钢装炉期间烟气排量最少。◆作业区卫生整洁及安全无恙。◆废气量最少，低于常规的30%。◆除尘器处粉尘最少，低于常规的30%。◆电弧噪声低（经预热的废钢在泡沫渣保护下在平坦熔池里熔炼）。◆直接预热，入炉废钢加热温度极高。◆EPC系统符合大多数环境标准。