电炉炼钢工艺设计中的分析

刘春霆，周永红，刘书忠

（1.中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆401122；2.山西太钢不锈钢股份有限公司炼钢二厂，山西太原，030003）

电炉炼钢生产以技术经济指标[1（]吨钢产品的钢铁料、物料、以及各种介质消耗）、吨钢工序能耗[2]来衡量工况的经济性和先进性，该指标均未完整反映电炉炼钢生产过程的热力学完善性[3]。文章以设计110 t电炉炼钢工艺设计为背景，结合实际生产厂生产数据对电炉主要技术经济指标进行对比，同时进行不同比例铁水情况下的（可用能）分析。以期在物料单耗、顿钢工序能耗外多一个评价维度。

生产活动都伴随着能源的消耗和转换[4]，是一种形式（可用能）转换为另一种形式的过程。效率[5（]ɳ）指标高低，代表该生产过程能源转换的先进性。

式中：QL为燃料的低位热值，ΔS为生成系与反应系的熵差，T0是环境温度。

式中：(h-h0)、T0(S-S0)为蒸汽的焓差和熵差。

式中：ed、eh为动能和势能（如：水、压缩空气、氧、氮和氩的的计算）。

式中：xi、hxi为物质的化学成分和该成分的氧化反应放热量，Ci、ΔT为物质的比热容和温差（如电极、碳粉、铁水、铁合金、废钢和钢水的计算）。

2 电炉炼钢生产工况的平衡计算

电炉炼钢生产设施：110 t电炉、钢水罐、废钢预热设施、烟气汽化冷却设施；电炉在设计中各工况：由100%废钢～20%废钢+80%的铁水的9个不同钢铁料比例情况下的技术经济指标进行分析。设计中考虑了废钢预热设施和烟气汽化冷却技术装置。

3 电炉炼钢生产各工况的效率

图1 电炉炼钢生产各工况的效率图

4 电炉炼钢生产工况的分布

图2 电炉炼钢生产吃50%铁水的分布图

5 结论

电炉炼钢加入100%的废钢时，电通过电极与废钢间的导电（废钢导电系数低，能源损失η′jr大）加热废钢，废钢逐渐熔化，钢水液面渐渐升高，这时电极与钢水间的导电（钢水导电系数高，能源损失小）加热钢水，废钢浸入钢水中（与钢水的接触面最大）易熔化；该工况冶炼周期长，散热损失η′sr大。

电炉炼钢加入铁水量的逐渐提高，η′jr和η′sr损失会渐渐的减小。但铁水载能工质（9.770 MJ/kg）大于废钢载能工质（7.640 MJ/kg）约27.88%，然而电炉中加入铁水量越多效率ηxt会下降。

从图1中可知，在电炉炼钢中加入50%左右的铁水量（工况）时效率ηxt接近于最大，达到81.24%。

不考虑原料价格因素情况下，在铁水比例50%左右时，电炉的主要生产指标最好。