高效廢鋼熔煉的未來型方案

西門子奧鋼聯(lián)冶金技術(shù)有限公司

1.前言

過去，產(chǎn)能是鋼鐵工業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)，因?yàn)槭袌?chǎng)在不斷發(fā)展，鋼鐵企業(yè)追求產(chǎn)量?，F(xiàn)在，形勢(shì)發(fā)生了變化，市場(chǎng)低迷迫使行業(yè)轉(zhuǎn)而強(qiáng)調(diào)設(shè)備效率，鋼鐵企業(yè)開始追求成本。另外，世界上越來越多的國(guó)家正在實(shí)施新的法律法規(guī)，不僅要求提高能源效率和減少CO2排放，而且還要求控制有害廢氣排放。

EAF QuantumTM是西門子奧鋼聯(lián)冶金技術(shù)公司為此而推出的應(yīng)對(duì)措施。依靠20多年預(yù)熱技術(shù)的豐富經(jīng)驗(yàn)，加上集40余年電弧爐煉鋼技術(shù)于一身的雄厚實(shí)力，西門子奧鋼聯(lián)開發(fā)出一種電弧爐新方案，全面結(jié)合了超過20臺(tái)正在運(yùn)行中的廢鋼預(yù)熱電弧爐的操作經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新性設(shè)想，并已推向市場(chǎng)。

該方案與豎爐電弧爐和手指式豎爐電弧爐技術(shù)的主要區(qū)別如下：

◆固定式豎爐結(jié)構(gòu)和移動(dòng)式下爐殼提高了嚴(yán)密性，顯著減少了漏風(fēng)吸入的空氣量

◆梯形豎爐設(shè)計(jì)優(yōu)化了廢鋼分布，提高了預(yù)熱效率，尤其是對(duì)于低比重廢鋼

◆廢鋼保持系統(tǒng)新設(shè)計(jì)改善了廢鋼落入爐殼的行為

◆留鋼量增大，改善了傳熱效果，加快了熔化速度

◆豎爐和電極的新布置保證了無閃變廢鋼熔煉

2.總圖

從廢鋼料場(chǎng)開始，廢鋼既可以用卡車裝到升降機(jī)系統(tǒng)的廢鋼溜槽中（如圖1所示），也可以利用磁力吸盤或抓斗在中間裝料站裝料，然后再將廢鋼倒入廢鋼溜槽。

2.1 通過升降機(jī)系統(tǒng)裝入廢鋼

新式加料方案是利用帶溜槽的升降機(jī)系統(tǒng)將廢鋼從地下傾卸站裝入電弧爐—保證了明確而又靈活的加料流程。不需要使用天車或廢鋼料籃。另外，根據(jù)準(zhǔn)確的冶煉周期和加料時(shí)間，可以采用全自動(dòng)操作。

2.2 預(yù)熱系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

通過100%廢鋼預(yù)熱而有效回收熱量，是能耗低于280kWh/t的前提。梯形豎爐設(shè)計(jì)加上保持系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)改善了廢鋼的分布和廢氣的流動(dòng)路徑，優(yōu)化了傳熱效果，避免了廢鋼在豎爐內(nèi)發(fā)生粘結(jié)和堵塞。

當(dāng)廢鋼預(yù)熱后，手指被拉向豎爐側(cè)壁方向而打開。新式打開機(jī)構(gòu)和大容量“馬蹄形”爐殼保證了預(yù)熱的廢鋼被加到大留鋼量熔池中，而且手指能夠在加料后立刻合攏以裝入并預(yù)熱下一批廢鋼。所有這些操作均在通電狀態(tài)下完成。

整套手指系統(tǒng)安裝在堅(jiān)固的固定式爐蓋/豎爐結(jié)構(gòu)上，以避免裝入廢鋼時(shí)對(duì)水冷部件造成沖擊，從而防止發(fā)生漏水事故。

2.3 真正的平熔池操作

大留鋼量廢鋼熔煉以最低的閃變達(dá)到真正的平熔池操作，而且提高了預(yù)熱效率。加上電弧爐先進(jìn)無渣出鋼系統(tǒng)(FAST—虹吸設(shè)計(jì))，這種新型電弧爐方案能夠在通電期間進(jìn)行加料、出鋼和出鋼口填充等操作，實(shí)際上消除了斷電時(shí)間，從而將出鋼到出鋼時(shí)間縮短到最低程度，顯著提高了產(chǎn)能。爐底氮?dú)饣驓鍤鈹嚢柘到y(tǒng)改善了從鋼水向預(yù)熱廢鋼的傳熱和熔池的均勻性。

連續(xù)輸入電能不僅能夠提高產(chǎn)量，而且對(duì)能源基礎(chǔ)設(shè)施來說也非常重要，有助于解決電網(wǎng)的閃變問題。

無渣出鋼是這種爐殼設(shè)計(jì)的又一條優(yōu)點(diǎn)，有助于提高合金收得率和改善脫硫效果。圖2、圖3、圖4示意了出鋼操作。可以看到，出鋼口上方始終有鋼水，爐渣不會(huì)到達(dá)出鋼口和進(jìn)入鋼包。

2.4 減少電弧爐動(dòng)作

由于整個(gè)豎爐結(jié)構(gòu)均采用固定安裝方式，必須移動(dòng)爐殼進(jìn)行出鋼和扒渣操作(如果需要)。具體方案是將爐殼安放在帶有液壓缸和導(dǎo)向裝置的底座上，從而能夠雙向(出鋼口側(cè)和渣門側(cè))傾動(dòng)。

電極升降系統(tǒng)和碳氧槍固定器的安裝臺(tái)架不能傾動(dòng)，只能旋轉(zhuǎn)以松放電極和快速更換小爐蓋。傳統(tǒng)電弧爐傾動(dòng)時(shí)臺(tái)架產(chǎn)生的沉重負(fù)荷及其對(duì)于支承結(jié)構(gòu)、軸承、大電流電纜等的影響得以消除。

對(duì)于維修，采用了一種簡(jiǎn)單的爐殼運(yùn)輸和移動(dòng)方案，通過快速更換爐殼而減少了爐體的動(dòng)作，改善了系統(tǒng)維護(hù)。

運(yùn)輸車集出鋼和爐殼運(yùn)輸功能于一身。為了從底座上抬起爐殼，運(yùn)輸車必須停在更換位置，即爐殼正下方。爐殼借助于液壓缸和導(dǎo)向系統(tǒng)而降下，在運(yùn)輸車上放好后被松開，然后移出爐區(qū)以修補(bǔ)耐材或更換爐殼。

為了準(zhǔn)備好恢復(fù)冶煉，爐殼在移動(dòng)到工作位置之前可以裝入剩余的鋼水或廢鋼。一旦到達(dá)工作位置，液壓缸和導(dǎo)向系統(tǒng)就使?fàn)t殼向上移動(dòng)，并將其同底座連接好。

2.5 廢氣處理方案

這種新方案采用的廢氣處理系統(tǒng)改進(jìn)了廢氣流動(dòng)方式，大大提高了密封性，特殊的煙罩保證了加料時(shí)灰塵和廢氣排放物不會(huì)外溢。該方案滿足了將來的環(huán)保要求，而且無需安裝廠房天篷。

除塵系統(tǒng)的能力因而可以大幅度減小。

3.消耗指標(biāo)

表1為主要的技術(shù)參數(shù)和相應(yīng)的消耗指標(biāo)。EAF QuantumTM能夠靈活地熔煉各種不同類型和比重的廢鋼，同時(shí)保持高產(chǎn)能和低成本。

4.主要優(yōu)點(diǎn)

◆能耗≤280kWh/t；

◆出鋼到出鋼時(shí)間33 min.；

◆ 100噸電弧爐采用3籃操作，產(chǎn)能可以提高到135萬(wàn)t/a；

表1 主要參數(shù)和消耗指標(biāo)

◆加料、出鋼和出鋼口填充均在通電條件下進(jìn)行；

◆100%廢鋼預(yù)熱，能量直接回收減小了變壓器容量；

◆廢氣處理系統(tǒng)的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)優(yōu)化了環(huán)保效果；

◆以最低的閃變達(dá)到真正的平熔池操作，即使在弱電網(wǎng)條件下也能達(dá)到高產(chǎn)能；

◆電極消耗降低達(dá)30%；

◆總生產(chǎn)成本降低20%。

另外，下列因素還提高了安全性：

◆可以采用全自動(dòng)方案；

◆電弧爐區(qū)域沒有天車動(dòng)作，降低了移動(dòng)荷載的危險(xiǎn)性。

EAF QuantumTM整體方案見圖5所示，加上除塵系統(tǒng)和其他方面（如不需要廢鋼料籃和廢鋼天車）的節(jié)省，使其成為鋼鐵企業(yè)的一項(xiàng)極具效益的投資。投資回收期僅為2–4年，具體同能源成本和生產(chǎn)制度有關(guān)。

圖5 EAF QuantumTM 總圖

5.結(jié)論

西門子奧鋼聯(lián)冶金技術(shù)公司提供實(shí)用性電弧爐煉鋼方案，無論是采用全廢鋼操作還是部分采用鐵水或直接還原鐵，均能滿足提高能效、降低成本、擴(kuò)大產(chǎn)能和減少排放的要求。

依靠SIMETAL EAF QUANTUMTM方案，西門子奧鋼聯(lián)冶金技術(shù)公司打造出了一種能夠使鋼鐵企業(yè)以極低的生產(chǎn)成本高效率煉鋼的電弧爐。