廢鋼預(yù)熱型電爐煉鋼廠廢鋼供應(yīng)能力的確定

劉春霆，廖 遠(yuǎn)，劉書忠，周 懿

(1.中冶賽迪工程技術(shù)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(shù)有限公司，重慶 401122)

最近幾年，隨著中國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展及社會(huì)積蓄廢鋼量增加、國家環(huán)保要求、關(guān)停地條鋼生產(chǎn)線及產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)等因素的影響，中國短流程電弧爐煉鋼工藝發(fā)展比較快，2018年電爐鋼產(chǎn)量約9 000萬t，占比從前幾年的6%左右上升到9.8%，預(yù)計(jì)在不久的將來會(huì)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(yù)熱型電爐，其中多數(shù)采用了帶水平輸送段。帶水平輸送段的廢鋼預(yù)熱型電爐，生產(chǎn)效率比較高，實(shí)際操作可以達(dá)到冶煉周期35～40 min，日生產(chǎn)爐數(shù)35～40爐。而常規(guī)的全冷料電爐，一般冶煉周期為50～55 min，日生產(chǎn)爐數(shù)24～27爐。這樣快節(jié)奏的連續(xù)生產(chǎn)，對(duì)電爐煉鋼廠廢鋼配料系統(tǒng)能力提出了很高的要求。

一些投產(chǎn)的電爐煉鋼廠在實(shí)際生產(chǎn)中，出現(xiàn)了廢鋼供應(yīng)能力跟不上電爐生產(chǎn)，造成電爐生產(chǎn)能力嚴(yán)重發(fā)揮不足的問題。而在常規(guī)工廠設(shè)計(jì)時(shí)，怎樣確定帶廢鋼水平輸送段預(yù)熱型電爐的廢鋼供應(yīng)能力還沒有專門的參數(shù)和方法。

因此，什么是廢鋼供應(yīng)能力的重要參數(shù)？怎么確定這些重要參數(shù)？這些是在電爐煉鋼工藝設(shè)計(jì)時(shí)亟待解決的問題。下面，結(jié)合某廠140 t帶水平預(yù)熱系統(tǒng)電爐項(xiàng)目，提出帶廢鋼水平輸送段預(yù)熱型電爐廢鋼供應(yīng)能力參數(shù)的確定方法和數(shù)值。

1 前提條件

電爐座數(shù)1座；

電爐型式帶水平廢鋼預(yù)熱，交流，EBT；

平均出鋼量140 t；

年產(chǎn)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(chǎn)時(shí)間300天。

2 確定廢鋼配料系統(tǒng)能力

按電爐采用100%廢鋼生產(chǎn)進(jìn)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(chǎn)爐數(shù)N1=(142.86×10 000/140)/350=29.16爐，取29爐。

車間日最大生產(chǎn)爐數(shù)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(yīng)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(yīng)速度V2=5 478.12/1 440=3.80 t/min。

關(guān)于廢鋼配料系統(tǒng)廢鋼供應(yīng)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(yùn)入能力、廢鋼堆存天數(shù)、廢鋼配料間起重機(jī)配料能力及作業(yè)率、廢鋼水平輸送段輸送能力等。對(duì)帶水平廢鋼輸送帶的電爐來說需要特別關(guān)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(jī)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(shí)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(jì)42 min。

其中通電時(shí)間T1為30 min，非通電時(shí)間T2=T-T1=12 min。

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

電爐冶煉時(shí)廢鋼水平輸送段的可加料時(shí)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(shù)。

輸送速度V3是廢鋼供應(yīng)能力的重要參數(shù)之一，是整個(gè)廢鋼水平輸送段設(shè)備設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。此參數(shù)結(jié)合料槽內(nèi)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(jìn)而確定輸送段其他設(shè)備設(shè)計(jì)的參數(shù)。

2.2 廢鋼配料間起重機(jī)配料能力確定

給廢鋼水平輸送段上加廢鋼的設(shè)備主要有：電磁盤起重機(jī)、履帶輸送機(jī)等。其中電磁盤起重機(jī)配料能力核算是關(guān)鍵，關(guān)系到電爐產(chǎn)能能否充分發(fā)揮，也是確定廢鋼配料間布置、是否設(shè)置履帶輸送機(jī)等的重要依據(jù)。

常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)廢鋼配料間起重機(jī)配料能力僅核算其作業(yè)率，作業(yè)率在80%以內(nèi)即可。但給廢鋼水平輸送段上廢鋼的電磁盤起重機(jī)，如果僅計(jì)算作業(yè)率是不夠的，因?yàn)樽鳂I(yè)率是按日平均來計(jì)算的，而廢鋼水平輸送段要求起重機(jī)在一個(gè)電爐冶煉周期內(nèi)滿足其廢鋼輸送速度才能滿足連續(xù)生產(chǎn)需要，這時(shí)電磁盤起重機(jī)已經(jīng)類似于線上設(shè)備。

2.2.1 電磁盤起重機(jī)可配料時(shí)間

與廢鋼水平輸送段可加料時(shí)間T3不同的是，電磁盤起重機(jī)可以在廢鋼水平輸送段停止給電爐輸送廢鋼時(shí)繼續(xù)進(jìn)行配料作業(yè)，直至將水平輸送段加滿廢鋼。

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

上式計(jì)算中考慮取50%的廢鋼水平輸送段停工時(shí)間可以配料。

2.2.2 電磁盤起重機(jī)配料能力及起重機(jī)數(shù)量

電磁盤起重機(jī)配料能力V4=(Q1/T4)=152.17/34=4.48 t/min。配料能力V4是廢鋼供應(yīng)能力的重要參數(shù)之一，是確定廢鋼配料間數(shù)量及工藝布置、電磁盤起重機(jī)數(shù)量、是否設(shè)置履帶機(jī)等輔助上料手段等的關(guān)鍵參數(shù)。

電磁盤起重機(jī)的主要參數(shù)選擇見表1。

表1 電磁盤起重機(jī)主要參數(shù)

根據(jù)電磁盤起重機(jī)主要參數(shù)，結(jié)合廢鋼配料間廢鋼運(yùn)輸形式和典型的工藝布置等，計(jì)算出電磁盤起重機(jī)不同作業(yè)的周期見表2。

表2 電磁盤起重機(jī)作業(yè)周期

根據(jù)電磁盤起重機(jī)作業(yè)周期、電磁盤每次吸料量，要滿足V4=4.48 t/min配料能力，計(jì)算得到單臺(tái)起重機(jī)配料速度和需要的起重機(jī)數(shù)量見表3。

表3 電磁盤起重機(jī)配料速度和數(shù)量

電磁盤起重機(jī)的磁盤每次吸取廢鋼量一般僅與廢鋼密度大小相關(guān)，起重機(jī)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(jī)數(shù)量之間基本是線性關(guān)系。經(jīng)計(jì)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(shí)，不同電爐噸位需要的電磁盤起重機(jī)數(shù)量見表4。

表4 不同噸位電爐電磁盤起重機(jī)數(shù)量

3 計(jì)算結(jié)果分析及總結(jié)

對(duì)以上計(jì)算結(jié)果分析如下：

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

(2) 電磁盤起重機(jī)配料能力V4需要達(dá)到4.48 t/min才能滿足要求，同時(shí)V4也比V1、V2值大，比值達(dá)到118%～146%。廢鋼配料間電磁盤起重機(jī)數(shù)量需要按V4進(jìn)行核算。按V1(V2)計(jì)算起重機(jī)數(shù)量是一些電爐煉鋼廠電磁盤起重機(jī)配料速度跟不上電爐生產(chǎn)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(jī)作業(yè)周期(1.5 min)最短，需要起重機(jī)數(shù)量最少，對(duì)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(jī)可以提高單臺(tái)起重機(jī)配料速度，減少起重機(jī)數(shù)量。

(5)從表4可以看出，對(duì)典型兩個(gè)廢鋼配料間的工藝布置(每個(gè)跨間設(shè)置3臺(tái)起重機(jī)，其中2臺(tái)配料、1臺(tái)卸料和倒料)來說，如果采用單磁盤起重機(jī)，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(jī)等廢鋼上料手段。如果采用雙磁盤起重機(jī)，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(jī)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(shù)的變化對(duì)以上計(jì)算結(jié)果影響很大。這些參數(shù)在具體項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)要了解清楚，根據(jù)具體情況可以考慮一定的富裕量。

在實(shí)際生產(chǎn)中，采用履帶機(jī)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(xiàng)目原來的起重機(jī)是單磁盤、采用抓鋼機(jī)給履帶上料效率比較高等。

階梯槽專利技術(shù)(CISDI-AutoARC)，具有將堆高廢鋼快速自動(dòng)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(jī)進(jìn)行配料作業(yè)。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(yīng)能力，滿足電爐快節(jié)奏連續(xù)生產(chǎn)的要求，同時(shí)顯著降低了電磁盤起重機(jī)的數(shù)量，減少了廢鋼落地倒運(yùn)作業(yè)的時(shí)間和費(fèi)用，減少了廢鋼配料間需要的堆存面積等。

4 結(jié) 論

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

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

(3)公稱容量110 t及以下的電爐，采用電磁盤起重機(jī)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(jī)等來補(bǔ)充廢鋼供應(yīng)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(jié)奏連續(xù)生產(chǎn)的要求，是非常值得在實(shí)際項(xiàng)目中進(jìn)行嘗試的廢鋼配料技術(shù)。