高效廢鋼熔煉的未來型方案

西門子奧鋼聯冶金技術有限公司

1.前言

過去，產能是鋼鐵工業的關注重點，因為市場在不斷發展，鋼鐵企業追求產量。現在，形勢發生了變化，市場低迷迫使行業轉而強調設備效率，鋼鐵企業開始追求成本。另外，世界上越來越多的國家正在實施新的法律法規，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是西門子奧鋼聯冶金技術公司為此而推出的應對措施。依靠20多年預熱技術的豐富經驗，加上集40余年電弧爐煉鋼技術于一身的雄厚實力，西門子奧鋼聯開發出一種電弧爐新方案，全面結合了超過20臺正在運行中的廢鋼預熱電弧爐的操作經驗和創新性設想，并已推向市場。

該方案與豎爐電弧爐和手指式豎爐電弧爐技術的主要區別如下：

◆固定式豎爐結構和移動式下爐殼提高了嚴密性，顯著減少了漏風吸入的空氣量

◆梯形豎爐設計優化了廢鋼分布，提高了預熱效率，尤其是對于低比重廢鋼

◆廢鋼保持系統新設計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

從廢鋼料場開始，廢鋼既可以用卡車裝到升降機系統的廢鋼溜槽中（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 通過升降機系統裝入廢鋼

新式加料方案是利用帶溜槽的升降機系統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，根據準確的冶煉周期和加料時間，可以采用全自動操作。

2.2 預熱系統的改進設計

通過100%廢鋼預熱而有效回收熱量，是能耗低于280kWh/t的前提。梯形豎爐設計加上保持系統的改進設計改善了廢鋼的分布和廢氣的流動路徑，優化了傳熱效果，避免了廢鋼在豎爐內發生粘結和堵塞。

當廢鋼預熱后，手指被拉向豎爐側壁方向而打開。新式打開機構和大容量“馬蹄形”爐殼保證了預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熱下一批廢鋼。所有這些操作均在通電狀態下完成。

整套手指系統安裝在堅固的固定式爐蓋/豎爐結構上，以避免裝入廢鋼時對水冷部件造成沖擊，從而防止發生漏水事故。

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到真正的平熔池操作，而且提高了預熱效率。加上電弧爐先進無渣出鋼系統(FAST—虹吸設計)，這種新型電弧爐方案能夠在通電期間進行加料、出鋼和出鋼口填充等操作，實際上消除了斷電時間，從而將出鋼到出鋼時間縮短到最低程度，顯著提高了產能。爐底氮氣或氬氣攪拌系統改善了從鋼水向預熱廢鋼的傳熱和熔池的均勻性。

連續輸入電能不僅能夠提高產量，而且對能源基礎設施來說也非常重要，有助于解決電網的閃變問題。

無渣出鋼是這種爐殼設計的又一條優點，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，爐渣不會到達出鋼口和進入鋼包。

2.4 減少電弧爐動作

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

電極升降系統和碳氧槍固定器的安裝臺架不能傾動，只能旋轉以松放電極和快速更換小爐蓋。傳統電弧爐傾動時臺架產生的沉重負荷及其對于支承結構、軸承、大電流電纜等的影響得以消除。

對于維修，采用了一種簡單的爐殼運輸和移動方案，通過快速更換爐殼而減少了爐體的動作，改善了系統維護。

運輸車集出鋼和爐殼運輸功能于一身。為了從底座上抬起爐殼，運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向系統而降下，在運輸車上放好后被松開，然后移出爐區以修補耐材或更換爐殼。

為了準備好恢復冶煉，爐殼在移動到工作位置之前可以裝入剩余的鋼水或廢鋼。一旦到達工作位置，液壓缸和導向系統就使爐殼向上移動，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改進了廢氣流動方式，大大提高了密封性，特殊的煙罩保證了加料時灰塵和廢氣排放物不會外溢。該方案滿足了將來的環保要求，而且無需安裝廠房天篷。

除塵系統的能力因而可以大幅度減小。

3.消耗指標

表1為主要的技術參數和相應的消耗指標。EAF QuantumTM能夠靈活地熔煉各種不同類型和比重的廢鋼，同時保持高產能和低成本。

4.主要優點

◆能耗≤280kWh/t；

◆出鋼到出鋼時間33 min.；

◆ 100噸電弧爐采用3籃操作，產能可以提高到135萬t/a；

表1 主要參數和消耗指標

◆加料、出鋼和出鋼口填充均在通電條件下進行；

◆100%廢鋼預熱，能量直接回收減小了變壓器容量；

◆廢氣處理系統的創新性設計優化了環保效果；

◆以最低的閃變達到真正的平熔池操作，即使在弱電網條件下也能達到高產能；

◆電極消耗降低達30%；

◆總生產成本降低20%。

另外，下列因素還提高了安全性：

◆可以采用全自動方案；

◆電弧爐區域沒有天車動作，降低了移動荷載的危險性。

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

圖5 EAF QuantumTM 總圖

5.結論

西門子奧鋼聯冶金技術公司提供實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、擴大產能和減少排放的要求。

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