我国电炉炼钢的现状与前景

我国电炉炼钢的现状与前景2006年6月27日烟台1我国电炉炼钢的现状•电炉钢比例下降2003-2004年间，从17.6%下降到15.2%。2005年我国钢产量达到3.5亿吨，电炉钢比例约占13%。而同期世界电炉钢的比例，基本保持在33％左右。•与转炉炼钢相比生产成本高生产相同品种的钢，电炉比转炉的生产成本，吨钢高约150－300元。•部分电炉产品已经转向转炉生产2提高电炉炼钢生产的竞争力在废钢短缺及电力价格高的条件下，电炉炼钢应以缩短冶炼周期为核心、降低生产成本及生产高附加值钢材作为工作重点。根据我们在数十家电炉企业的工作经验，总结了电炉加铁水及如何提高电炉的供氧强度方面应注意的问题。100吨电炉(50%铁水)与100吨转炉成本对比成本项目转炉电炉消耗金额,元消耗金额,元1.钢铁料kg1087.4972023.081108.5292062.752.合金料kg17.78899.3414.14972.923.铁矿石kg6.9935.014.熔炼费169.04307.64(1)能源及动力减煤气回收100.63246.14(2)辅助材料37.5222.73(3)耐火材料30.8936.915.制造费用36.6561.83变动成本合计2333.122505.142.1提高电炉的供氧强度电炉加铁水的比例由原来的30％增加到50％，部分电炉企业的铁水热装比已达到60％以上，基本实现了“零电耗”冶炼。加铁水后的电炉供氧强度均大大提高，目前一般在0.6-1.0Nm3/t.min，最高达到1.5Nm3/t.min。每增加10％的铁水，要保证原冶炼节奏，供氧强度需提高0.1-0.2Nm3/t.min。电炉的供氧强度不会象转炉那样达到4Nm3/t.min以上。铁水加入量与电耗的关系010020030040050000.20.40.60.81铁水比,100%吨钢电耗，kwh/t炉料中使用其他含铁原料取代1％的冷废钢电耗的变化，理论值约为：配加1％的冷生铁冶炼电耗减少1.18kWh/t-steel配加1％的热铁水冶炼电耗减少4.66kWh/t-steel配加1％的DRI冶炼电耗增加1.24kWh/t-steel铁水加入量与冶炼时间的关系01020304050607000.20.40.60.81铁水比,100%净冶炼时间，min•铁水比提高，冶炼时间平均是下降的，但线性关系不明显。•主要受冶炼供氧强度及电炉各项配套条件的限制。•如何解决好以上问题？使铁水比提高，冶炼时间下降。如何提高电炉的供氧强度由于受电炉自身炉型的限制，电炉炉体及熔池高度比转炉相对浅，限制了电炉供氧强度的提高。提高电炉的供氧强度，出现了各种吹氧方式：炉门吹氧方式，炉壁吹氧方式，EBT吹氧方式及目前普遍受到重视和迅速得到推广的炉壁集束供氧方式。需考虑与电炉生产相关配套设施及条件。熔池高径比同是100吨炼钢炉，熔池体积是一致的（13.9m3），但电炉与转炉熔池高径比的区别为：电炉：转炉：熔池深度h＝880mm熔池深度h＝1170mm熔池直径D＝5988mm熔池直径D＝4372mm熔池高径比h/D＝0.146熔池高径比D/h＝0.2676转炉熔池高径比是电炉的1.83倍，不利于电炉熔池的搅拌，加上电炉炉门跑渣跑钢，吹炼强度更受限制。改造传统电炉炉型增加电炉炉身高度，熔池高径比由0.15提高到0.18以上。提高供氧强度可强化熔池搅拌，快速均匀熔池成分和温度。同时烟气物理热及二次燃烧热的利用率提高。供氧方式目前提高电炉供氧强度的方式是采取多点供氧。实现冶炼前期“关闭炉门”炼钢（留渣操作），才能在电炉高铁水比冶炼条件下，提高供氧强度。提高供氧强度需考虑的配套条件供电供氧的匹配全废钢冶炼应考虑供电能力最大化，加铁水冶炼应考虑供氧能力最大化。生产节奏要求料场、渣场、精炼、连铸能力；生产品种；辅助设备条件；生产组织水平。氧气条件制氧能力；氧气流量压力的稳定性(管道、气罐等)。水冷条件炉内热负荷增加，炉壁挂渣问题；水冷炉壁的水压提高(0.5Mpa以上)。除尘问题铁水加入量增加后，烟气量增加，需考虑提高1-2倍排烟能力；降低炉内正压，电炉第四孔加大。2.2对集束供氧技术的认识与实践集束供氧技术是近年电炉炼钢备受关注的供氧新技术。是集供氧、喷吹燃料、喷吹碳粉为一系统的喷吹技术。集束供氧技术的出现，使电炉炼钢工艺朝自动化炼钢迈出了一大步，也使电炉加铁水工艺的冶炼指标得到提高。集束供氧技术在电炉炼钢的应用已逐步成熟，但还有待完善。集束供氧技术的研究重点转向转炉供氧技术开发。集束（coherence）供氧原理传统超音速射流外裹高速低密度介质集束射流热态实验国家“211”燃烧实验室废钢熔化实验助熔火焰脱碳火焰集束供氧所含的技术内容概括说：取代传统意义上的炉壁助熔烧嘴；氧气射流长度比传统超音速射流延长30％以上；炉内多点氧气射流喷吹脱碳；炉内多点喷碳，确保全熔池及全冶炼过程泡沫渣埋弧冶炼。电炉炉壁集束供氧带燃料喷吹的集束氧枪带环氧的集束氧枪采用燃料喷吹是理想的集束射流氧枪。受燃料来源的限制，目前国内加铁水工艺采用带环氧的集束氧枪较多。带环氧集束射流的冷态模拟0501001502002500.20.40.60.811.21.41.6轴向距喷头出口距离,m中心气体流速,m/s超音速射流集束射流•在出口气体流速和压力相同条件下，在射流中心，集束射流比同一点的传统超音速射流具有更高的气体流速。•在距喷嘴出口1.4米处，集束射流仍然保持着较高的气体流速。这说明集束射流的衰减比传统超音速射流慢。带环氧集束射流的数值模拟采用大型CFX软件对不同条件下的氧气射流进行模拟。从理论上证实了超音速氧气射流外套环氧射流可减缓超音速氧气射流的衰减。数值模拟解决了喷枪设计的问题。目前课题组正进行带燃料环绕的数值模拟。压力变化对射流长度的影响射流长度受射流气体压力、流量及喷头设计参数的影响。炉壁集束氧枪操作需注意的问题1原料条件变化需考虑全废钢、及不同铁水比例下的每支氧枪的供氧操作模式。2供氧与供电的配合根据炉内能源需要量，调整供电曲线及供氧操作模式。3氧气射流的有效射程，脱碳脱磷能力采用喷吹燃料的集束射流氧枪，氧枪脱碳条件较好。采用环氧的集束射流氧枪需考虑调整好射流长度，并加强氧枪的维护。4钢水过氧化及大沸腾保证100％的碳粉喷吹率及可控的碳粉喷吹速度是限制钢水过氧化及大沸腾的最有效方法。5留渣操作在保证脱磷的条件下，尽可能不流渣，可降低钢铁料消耗。电炉用氧分时段控制技术提高电炉的供氧强度可根据电炉不同的炉料情况和冶炼特点，将其整个冶炼过程分为多个不同强度的供氧时段，在不同时段对不同位置的供氧装置实施不同的流量或压力控制；并结合供电级别调整总输入功率。控制系统由总氧模块、1、2、3号等多个炉壁集束氧枪模块和碳粉喷吹模块。对有其它喷吹方式的，可分为炉门吹氧模块、炉壁吹氧模块、EBT吹氧模块、氧燃助熔模块等。实例1：安阳100吨竖式电炉安阳钢铁公司100吨烟道竖炉电弧炉2006年4月7日采用USTB集束供氧技术，即在炉壁采用四套USTB双流道氧气射流集束氧枪喷吹装置，获得了理想的供氧效率及冶炼效果。电炉生产2个月后的使用效果显示：该电炉在热装60％铁水条件下，冶炼电耗比原平均电耗220kWh/t下降了100kWh/t以上，达到110kWh/t以下，金属收得率提高2-3%，生产成本降低了150元/t以上，一昼夜冶炼30炉。缩短了与同容量转炉在操作成本上的差距，加铁水后的强供氧操作未产生大沸腾现象。实例2：石家庄50吨高阻抗电炉石钢50吨高阻抗电弧炉2005年7月采用USTB集束供氧技术，即在炉壁采用三套USTB双流道氧气射流集束氧枪喷吹装置。电炉生产近1年的使用效果显示：该电炉在热装60％铁水条件下，冶炼电耗达到100kWh/t以下，金属收得率提高1-2%，加铁水后的强脱碳操作杜绝了炉壁及炉顶粘钢现象的发生。在莱钢、鄂钢等多座大中型电炉上也取得了类似效果。相关技术研究降低钢铁料消耗－－底吹搅拌（开发电炉复吹技术，提高熔池搅拌强度）。降低熔炼费－－持续、稳定及有效的泡沫渣生成及检测技术；供电供氧的智能化控制。烟气热量利用－－在没有废钢预热设备情况下的烟气利用(余热回收)。转炉炼钢集束氧枪的开发国外已经有工业试验报道，文献介绍效果较好；通过调整主氧及环氧流量，实现化渣和脱碳同时进行；减少喷溅；或在不同工位（双工位）分别快速脱磷及脱碳；高枪位操作，提高枪龄，喷头不易粘渣；变氧流量操作，提高氧气利用率；目前正进行数模、冷态实验的研究，及喷头的设计工作。3产品结构调整近年来，原属电炉生产的优质碳结钢、及低合金钢等钢种，转炉炼钢已能生产；电炉产品的生存空间受到挤压。传统电炉企业一般是特钢企业，应利用特钢企业原有的技术、销售及服务优势，提高产品质量、拓展特钢产品的销售半径，并走向国际市场。生产高附加值优钢（1）转炉流程不适合生产的高合金钢、高温合金、大型铸锻件用钢；一些大型机械（包括冶金机械）部件，特别是铸钢件，随时可以启动、终止的电弧炉冶炼比较合适。对一些特厚板，用电炉生产大型钢锭的轧材比用电炉或转炉生产的连铸坯的轧材质量好，对于一些军工产品，电炉流程生产比较适合。生产高附加值优钢（2）转炉流程能够生产但目前在国内产量还是不大的一些合金钢种，如轴承钢、齿轮钢、弹簧钢等。过去仅能用转炉流程生产的、现代电炉流程也能生产的一些品种，如高附加值的板材（薄板、中板、厚板）。优质碳素钢（特别是中、高碳钢）和低合金钢（包括使用量很大的螺纹钢）。4我国电炉炼钢的发展前景我国废钢的生成总量会不断增加，废钢生铁比价会逐步改变。国家宏观调控，控制污染，会朝有利于电炉钢生产发展的方面变化。因此，应加大力度完成电炉炼钢设备的国产化及技术创新，不断提高电炉炼钢的竞争力。谢谢！请批评指正。