電爐煉鋼工藝設計中的分析

劉春霆，周永紅，劉書忠

（1.中冶賽迪工程技術股份有限公司，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）

電爐煉鋼生產以技術經濟指標[1（]噸鋼產品的鋼鐵料、物料、以及各種介質消耗）、噸鋼工序能耗[2]來衡量工況的經濟性和先進性，該指標均未完整反映電爐煉鋼生產過程的熱力學完善性[3]。文章以設計110 t電爐煉鋼工藝設計為背景，結合實際生產廠生產數據對電爐主要技術經濟指標進行對比，同時進行不同比例鐵水情況下的（可用能）分析。以期在物料單耗、頓鋼工序能耗外多一個評價維度。

生產活動都伴隨著能源的消耗和轉換[4]，是一種形式（可用能）轉換為另一種形式的過程。效率[5（]?）指標高低，代表該生產過程能源轉換的先進性。

式中：QL為燃料的低位熱值，ΔS為生成系與反應系的熵差，T0是環境溫度。

式中：(h-h0)、T0(S-S0)為蒸汽的焓差和熵差。

式中：ed、eh為動能和勢能（如：水、壓縮空氣、氧、氮和氬的的計算）。

式中：xi、hxi為物質的化學成分和該成分的氧化反應放熱量，Ci、ΔT為物質的比熱容和溫差（如電極、碳粉、鐵水、鐵合金、廢鋼和鋼水的計算）。

2 電爐煉鋼生產工況的平衡計算

電爐煉鋼生產設施：110 t電爐、鋼水罐、廢鋼預熱設施、煙氣汽化冷卻設施；電爐在設計中各工況：由100%廢鋼～20%廢鋼+80%的鐵水的9個不同鋼鐵料比例情況下的技術經濟指標進行分析。設計中考慮了廢鋼預熱設施和煙氣汽化冷卻技術裝置。

3 電爐煉鋼生產各工況的效率

圖1 電爐煉鋼生產各工況的效率圖

4 電爐煉鋼生產工況的分布

圖2 電爐煉鋼生產吃50%鐵水的分布圖

5 結論

電爐煉鋼加入100%的廢鋼時，電通過電極與廢鋼間的導電（廢鋼導電系數低，能源損失η′jr大）加熱廢鋼，廢鋼逐漸熔化，鋼水液面漸漸升高，這時電極與鋼水間的導電（鋼水導電系數高，能源損失小）加熱鋼水，廢鋼浸入鋼水中（與鋼水的接觸面最大）易熔化；該工況冶煉周期長，散熱損失η′sr大。

電爐煉鋼加入鐵水量的逐漸提高，η′jr和η′sr損失會漸漸的減小。但鐵水載能工質（9.770 MJ/kg）大于廢鋼載能工質（7.640 MJ/kg）約27.88%，然而電爐中加入鐵水量越多效率ηxt會下降。

從圖1中可知，在電爐煉鋼中加入50%左右的鐵水量（工況）時效率ηxt接近于最大，達到81.24%。

不考慮原料價格因素情況下，在鐵水比例50%左右時，電爐的主要生產指標最好。