高效废钢熔炼的未来型方案

西门子奥钢联冶金技术有限公司

1.前言

过去，产能是钢铁工业的关注重点，因为市场在不断发展，钢铁企业追求产量。现在，形势发生了变化，市场低迷迫使行业转而强调设备效率，钢铁企业开始追求成本。另外，世界上越来越多的国家正在实施新的法律法规，不仅要求提高能源效率和减少CO2排放，而且还要求控制有害废气排放。

EAF QuantumTM是西门子奥钢联冶金技术公司为此而推出的应对措施。依靠20多年预热技术的丰富经验，加上集40余年电弧炉炼钢技术于一身的雄厚实力，西门子奥钢联开发出一种电弧炉新方案，全面结合了超过20台正在运行中的废钢预热电弧炉的操作经验和创新性设想，并已推向市场。

该方案与竖炉电弧炉和手指式竖炉电弧炉技术的主要区别如下：

◆固定式竖炉结构和移动式下炉壳提高了严密性，显著减少了漏风吸入的空气量

◆梯形竖炉设计优化了废钢分布，提高了预热效率，尤其是对于低比重废钢

◆废钢保持系统新设计改善了废钢落入炉壳的行为

◆留钢量增大，改善了传热效果，加快了熔化速度

◆竖炉和电极的新布置保证了无闪变废钢熔炼

2.总图

从废钢料场开始，废钢既可以用卡车装到升降机系统的废钢溜槽中（如图1所示），也可以利用磁力吸盘或抓斗在中间装料站装料，然后再将废钢倒入废钢溜槽。

2.1 通过升降机系统装入废钢

新式加料方案是利用带溜槽的升降机系统将废钢从地下倾卸站装入电弧炉—保证了明确而又灵活的加料流程。不需要使用天车或废钢料篮。另外，根据准确的冶炼周期和加料时间，可以采用全自动操作。

2.2 预热系统的改进设计

通过100%废钢预热而有效回收热量，是能耗低于280kWh/t的前提。梯形竖炉设计加上保持系统的改进设计改善了废钢的分布和废气的流动路径，优化了传热效果，避免了废钢在竖炉内发生粘结和堵塞。

当废钢预热后，手指被拉向竖炉侧壁方向而打开。新式打开机构和大容量“马蹄形”炉壳保证了预热的废钢被加到大留钢量熔池中，而且手指能够在加料后立刻合拢以装入并预热下一批废钢。所有这些操作均在通电状态下完成。

整套手指系统安装在坚固的固定式炉盖/竖炉结构上，以避免装入废钢时对水冷部件造成冲击，从而防止发生漏水事故。

2.3 真正的平熔池操作

大留钢量废钢熔炼以最低的闪变达到真正的平熔池操作，而且提高了预热效率。加上电弧炉先进无渣出钢系统(FAST—虹吸设计)，这种新型电弧炉方案能够在通电期间进行加料、出钢和出钢口填充等操作，实际上消除了断电时间，从而将出钢到出钢时间缩短到最低程度，显著提高了产能。炉底氮气或氩气搅拌系统改善了从钢水向预热废钢的传热和熔池的均匀性。

连续输入电能不仅能够提高产量，而且对能源基础设施来说也非常重要，有助于解决电网的闪变问题。

无渣出钢是这种炉壳设计的又一条优点，有助于提高合金收得率和改善脱硫效果。图2、图3、图4示意了出钢操作。可以看到，出钢口上方始终有钢水，炉渣不会到达出钢口和进入钢包。

2.4 减少电弧炉动作

由于整个竖炉结构均采用固定安装方式，必须移动炉壳进行出钢和扒渣操作(如果需要)。具体方案是将炉壳安放在带有液压缸和导向装置的底座上，从而能够双向(出钢口侧和渣门侧)倾动。

电极升降系统和碳氧枪固定器的安装台架不能倾动，只能旋转以松放电极和快速更换小炉盖。传统电弧炉倾动时台架产生的沉重负荷及其对于支承结构、轴承、大电流电缆等的影响得以消除。

对于维修，采用了一种简单的炉壳运输和移动方案，通过快速更换炉壳而减少了炉体的动作，改善了系统维护。

运输车集出钢和炉壳运输功能于一身。为了从底座上抬起炉壳，运输车必须停在更换位置，即炉壳正下方。炉壳借助于液压缸和导向系统而降下，在运输车上放好后被松开，然后移出炉区以修补耐材或更换炉壳。

为了准备好恢复冶炼，炉壳在移动到工作位置之前可以装入剩余的钢水或废钢。一旦到达工作位置，液压缸和导向系统就使炉壳向上移动，并将其同底座连接好。

2.5 废气处理方案

这种新方案采用的废气处理系统改进了废气流动方式，大大提高了密封性，特殊的烟罩保证了加料时灰尘和废气排放物不会外溢。该方案满足了将来的环保要求，而且无需安装厂房天篷。

除尘系统的能力因而可以大幅度减小。

3.消耗指标

表1为主要的技术参数和相应的消耗指标。EAF QuantumTM能够灵活地熔炼各种不同类型和比重的废钢，同时保持高产能和低成本。

4.主要优点

◆能耗≤280kWh/t；

◆出钢到出钢时间33 min.；

◆ 100吨电弧炉采用3篮操作，产能可以提高到135万t/a；

表1 主要参数和消耗指标

◆加料、出钢和出钢口填充均在通电条件下进行；

◆100%废钢预热，能量直接回收减小了变压器容量；

◆废气处理系统的创新性设计优化了环保效果；

◆以最低的闪变达到真正的平熔池操作，即使在弱电网条件下也能达到高产能；

◆电极消耗降低达30%；

◆总生产成本降低20%。

另外，下列因素还提高了安全性：

◆可以采用全自动方案；

◆电弧炉区域没有天车动作，降低了移动荷载的危险性。

EAF QuantumTM整体方案见图5所示，加上除尘系统和其他方面（如不需要废钢料篮和废钢天车）的节省，使其成为钢铁企业的一项极具效益的投资。投资回收期仅为2–4年，具体同能源成本和生产制度有关。

图5 EAF QuantumTM 总图

5.结论

西门子奥钢联冶金技术公司提供实用性电弧炉炼钢方案，无论是采用全废钢操作还是部分采用铁水或直接还原铁，均能满足提高能效、降低成本、扩大产能和减少排放的要求。

依靠SIMETAL EAF QUANTUMTM方案，西门子奥钢联冶金技术公司打造出了一种能够使钢铁企业以极低的生产成本高效率炼钢的电弧炉。