电炉电耗控制研究_王璐.pdf

Total No 280December 2022冶金设备METALLURGICAL EQUIPMENT总第 280 期2022 年 12 月第 6 期电炉电耗控制研究王璐1，2季乐乐1，2崔新亮1，2王洪1，2(1:北京中冶设备研究设计总院有限公司北京 100029;2:北京市钢铁冶金节能减排工程技术研究中心北京 100029)摘要电炉炼钢具有投资省、建设周期短等特点，但是电炉耗电量高，所以电炉炼钢节能降耗是电炉企业的一项重要工作，本文从现场生产和对生产数据的统计分析，查找出电炉冶炼电耗高的因素。降低电炉电耗要综合考虑废钢体积、冶炼时间、氧气消耗量、工人操作水平等因素。本文主要通过电炉配料制度、废钢预热技术、强化用氧制度、生产操作等多种技术措施来降低电炉电耗。探索出实际生产的冶炼工艺，取得了良好的经济技术效果，通过这些措施最终将电炉电耗降低 40kWh/t。关键词电炉废钢预热电耗中图法分类号TF741 3TF741 5文献标识码BDoi:10.3969/j.issn.1001 1269.2022.06.014Electricity Consumption Control Analysis andResearch of Electric Arc FurnaceWang LuJi LeleCui XinliangWang hong(1:Beijing Metallurgical Equipment Research Design Institute Co，Ltd，Beijing 100029;2:Beijing Iron Steel Metallurgical Engineering Technology ResearchCenter in Energy Saving Emission Reduction，Beijing 100029)ABSTRACTElectric furnace steelmaking has the characteristics of investment saving and short constructionperiod，but the electricity consumption of electric furnace is high Therefore，energy saving of EAF steelmaking isan important work for EAF enterprises This paper analyzed the production and the production data from the fieldand found out electricity consumption factors of electric furnace smelting For reducing electricity consumption ofelectric furnace，it should be considered the volume of scrap，smelting time，oxygen consumption，the level ofworkers and other factors This article mainly uses electric furnace ingredient system，scrap preheating technology，strengthen oxygen system，production operations and other technical measures to reduce electricity consumption ofelectric furnace It explored smelting process of actual production，and achieved good economic and technicalresults，through these measures electricity consumption of the electric furnace was eventually reduced by 40kWh/tKEYWORDSElectric furnaceScrap preheatingElectricity consumption1前言21 世纪以来，随着炼钢技术的发展，电炉炼钢显得越来越重要，尤其是我国废钢铁过剩极大的促进了电炉炼钢的发展，使得电炉炼钢的产量逐渐上升。因为全世界能源供应越加紧张，所以降低电炉炼钢的能耗(如电耗、氧耗等等)成为全世界关注的焦点。电炉炼钢与转炉相比，具有投资省、建设周期短以及优特级钢种冶炼比例高等46作者简介:王璐，女，1992 年生，硕士，邮箱:15810850556126 com特点1。但是电炉顾名思义是用电来将废钢铁冶炼成成品，所以其能耗及生产成本要高于转炉炼钢1。所以对于电炉炼钢的企业，节能降耗具有相当大的意义。某厂电炉电耗高达 600kWh/t，对比其他钢厂电耗相对来说很高，所以要采取多种技术措施来促进节能降耗。本文目的在于对电炉的电耗和能耗做具体的研究，得到较为准确的数据，展开分析讨论，为节能降耗提出意见。2数据统计我们从某厂拍照取得 2015 年 12 月至 2017年 04 月的生产数据，将其整理录入表格中，然后统计分析。电炉有两种类型，分别为公称容量为30t 的老电炉和公称容量为 100t 的新电炉，本文只讲述公称容量为 100t 的新电炉(以下简称“电炉”)。数据一共统计有 156 炉，生产的产品种类如下:低压转子79 炉、转子锻件38 炉、转轴锻件9炉、转子 19 炉、主轴 1 炉、吊钩螺母 1 炉、轮盘 1炉、转子轴 1 炉和 7 炉无名称的产品。具有统计意义的只有低压转子及转子锻件。表 1低压产品生产时间统计低压转子转子锻件通电时间/min最小值7884最大值139139平均值96.86108.96冶炼时间/min最小值105118最大值312242平均值143.97162.6电炉的冶炼时间等于通电时间和非通电时间的总和，通电时间是指电炉装料后加炉盖插电极通电至电炉中原料熔化，发生反应后停止供电，这段时间就被叫做电炉通电时间。从表 1 中可知，低压转子及转子锻件的生产时间波动性较大，如低压转子中电炉通电时间最大值与最小值相差两倍，而冶炼时间的最大值比最小值大三倍多。而电炉时间的波动会对电耗有极大的影响，同时也会影响钢水的质量。根据冶炼过程发现生产时间过长的原因有两个，一是出钢前测成分时不合格，所以再次冶炼使钢液成分合格后出钢，致使生产时间延长;二是由于浇铸的是大钢锭，需要几炉同时浇铸，所以会存在为等待浇铸而继续保温继而延长了生产时间的情况。表 2吨钢耗电量及耗氧量极值表低压转子转子锻件吨钢耗氧量/m3/t最小值7.658.07最大值16.0618.49平均值11.5313.49吨钢耗电量/kWh/t最小值342.36514.82最大值717.05744.02平均值574.96607.92从表 2 可以看出，电炉的电耗均值在 570 600kWh/t 之间，而且从表中也可以看出电炉耗电量的最大最小值相差很大，例如低压转子中电炉吨钢耗电量最大值比最小值大两倍还多，电耗及氧耗的波动较大。3分析与讨论对电炉的电耗，本文从时间、成分、氧气消耗、操作水平以及钢包保温性能五方面来分析。从理论上讲，在正常操作情况下，加热时间长，电极消耗高，电耗高;成分包括原料、合金及造渣剂等;氧气消耗会使电耗降低;电炉的操作工艺及钢包保温性能也对电耗影响较大。31时间电炉中时间分为通电时间和非通电时间，两者之和为电炉总体冶炼时间(冶炼时间=通电时间+非通电时间)。冶炼电耗主要是由钢水加热时间决定的，而钢水加热时间又由钢种、钢水出站温度、送电操作、造渣剂加入情况、钢包散热、埋弧状况等因素共同决定。如图 1、图 2 所示，低压转子、转子锻件电炉电耗随着冶炼时间的增加呈上升趋势，而冶炼时间主要是受电炉配料制度、废钢预热制度、用氧制度等条件制约，如果电炉合理配料，废钢预热且氧气合理利用，将极大地缩短电炉冶炼时间，节约电耗。32原料本研究分析了 150 多组实际生产数据，电炉中的原料有许多种，经统计共有如下几种:重料、渣钢、冷钢、压块、生铁、钢屑、边角料、轻废钢。从表 3 中可以看出，电炉中的原料较杂，种类较多，数量不等，呈现为多元化，这就会使原料不可控，从而使得每炉的耗电量有大有小。由于电炉原材56王璐等:电炉电耗控制研究2022 年 12 月第 6 期料均为不同种类的钢料4，所以要将其分类。而且据了解，此厂加料方式为:将废钢分为重废钢及钢屑，而重废钢是大块的，钢屑为细小条状丝，加入电炉前先放入料篮里，用行车吊起，分二一三篮加入电炉，第一篮为大块料，后加和初加均为小块料，并且废钢没有预热。所以要进行合理的布料并且将较大的料切割处理。图 1低压转子冶炼、通电时间与电耗氧耗的关系图图 2转子锻件冶炼、通电时间与电耗氧耗的关系图表 3原料统计(%)低压转子转子锻件重料32.3230.92渣钢1.500.79冷钢2.945.69压块12.867.16生铁12.1417.28钢屑33.7032.68边角料1.040.08轻废钢3.495.3933氧气消耗在电炉冶炼过程中，炉中的一氧化碳气体具有大量的潜热，若被利用起来将对降低电耗有非常大的影响。根据有关文献介绍，电炉生产过程中采用吹氧助熔技术，可加快电炉炉门处和冷区废钢的熔化速度，大幅度缩短冶炼时间，降低冶炼电耗。通过吹氧助熔，在冶炼过程中废钢中的碳和氧气发生了下列反应2C+O22COG=223400 175.3TJ(1)2CO+O22CO2G=564800+173.64TJ(2)由此可见，二次燃烧反应产生的热量是一次燃烧反应的 2.5 倍，化学能的利用主要集中在碳的二次燃烧反应。国外应用二次燃烧技术的电炉可以缩短从通电到出钢时间的 8%15%5，6。美国 Nucor 公司在 1 座 60t 电炉上实测得到电耗从 380 400kWh/t 降为 332kWh/t7。从图 1、图 2 中可以看出，随着时间的增加，氧耗也在增加，但是增加的幅度并不大，有些时候反而减小，这样不利于降低电耗，氧耗量越多，电耗就会降低。而且据了解，此厂电炉氧枪只有一662022 年 12 月第 6 期总第 280 期冶金设备支炉壁氧枪及一支炉门氧枪，氧枪数量也较少，所以氧耗较低不利于降低电耗。所以首先应该增加氧枪数量，再向上述文献中所说利用二次燃烧的热量熔化钢液，首先会大大的降低电耗;其次使得氧气利用率提高，熔化钢液及氧化反应效率提高，再次二次燃烧利用一氧化碳，这就使得废气中的一氧化碳含量大大降低，减少有害气体向空气中的排放，有利于环保。34操作水平电炉操作工艺也对电耗影响较大8，所以要加强对操作工人的培训，使工人能精确控制钢液成分及温度、减少测温取样次数、减少反复配成分等等，来降低电耗、稳定操作、做好埋弧造渣，从而减少热量损失、提高加热效率，降低电耗。35钢包保温性能钢包保温性能对电耗也有一定的影响，钢包的保温性能取决于钢包耐材结构和钢包周转过程中的使用效率，钢包耐材一般有绝热层、保温层和工作层组成，采用保温效果好的耐材及抗侵蚀能力强的耐材很有必要。据了解，此厂的精炼包主要由铸铁模和两层砖(永久层及工作层)组成，保温效果一般。根据数据统计也发现，钢水从出钢完毕到精炼进站钢包温降为 16/min。所以要改进钢包保温层材料，采用保温性能更好的材料。4措施综上所述，为了降低电炉电耗，具体采取的措施有如下几种:(1)增加氧枪数量及耗氧量。降低电耗首先要缩短电炉冶炼时间，而要缩短电炉冶炼时间，必须提高供氧强度，增加耗氧量，并且利用二次燃烧的热量来熔化废钢，最后降低电耗。(2)控制电炉冶炼时间。使得电炉出钢温度准确，在出钢前多测一次温度及成分，尽量在电炉出钢时的合金化的成分控制在几近成品成分，如表 4 所示。表 4合金