铸钢电弧炉炼钢节电的途径

丁腾蛟

摘要：随着我国科技水平的提升，我国电弧炉炼钢技术取得了很大的进步和发展。电弧炉是冶金工业的重要熔炼设备，电能消耗非常大，在企业生产成本中所占比例相当高。因此，如何降低电弧炉炼钢的电能消耗，以最小的能耗取得最大的经济效益，一直是冶金工作者的一项重要任务。本文就铸钢电弧炉炼钢节电的途径展开探讨。

关键词：铸钢;电弧炉炼钢;节电;途径

引言

炼钢电弧炉是消耗电能很大的设备，人称“电老虎”。如何发挥电弧炉炼钢效能，使其节电、降低用电单耗、取得理想的经济效益，这一直是国内外炼钢工作者所十分关注的问题。

1影响电弧炉单耗的主要因素

在生产实践中影响电弧炉单耗的因素归纳起来主要有几个方面，即：人的因素、设备因素、炉料因素和工艺技术因素等。其中人的因素包括操作工人、技术人员和管理人员;设备因素包含电弧炉设备的改造、维护管理以及科学合理配电;炉料因素主要是炉料质量、成分配比、装料方式以及炉料预热等;工艺技术方面的改进可以提高冶炼效率。

2降低电耗的途径

2.1加强炉料管理

科学炉料管理应实现“精料”入炉，“精料”指入炉炉料应符合对化学成分的要求、合理的块度搭配、尽可能少的杂质。使用合格的炉料才能为节电打下良好的基础。（1）保证入炉炉料的化学成分。合适的入炉炉料的化学成分应保证熔清后成分合乎工艺要求，直接进入精炼期。若熔清后碳、硫成分不合格，则须调碳和脱磷势必延长氧化时间;若硫含量高则需增加还原时间，结果必然增加电耗且降低生产率。（2）尽可能减少炉料中杂质。我国废钢资源不足，质量差，对电弧炉炼钢电耗影响较大。有些废钢料中夹杂有玻璃、织物、塑料、橡膠、油污和泥砂等，不仅直接影响导电和不必要的渣量增加，而且势必增加钢中硫、磷含量和渣中酸性氧化物。这就需要增加石灰用量以达到脱磷脱硫和保证渣碱度的要求。（3）合理超装，避免多次装料。由于熔化期电耗占整炉电耗的60%～70%，因此增加输入功率、缩短熔化时间是节电的重要措施，但由于炉衬材料、电极质量等原因，使得广泛采用超高功率炼钢的条件尚未成熟。多数企业采用超装措施，超装量常达2～3倍，既可提高热效率，也可减少装料次数，从而减少了用电单耗。（4）合适的炉料配比与装料方式。炼钢理论与实践表明，炉料的堆比重与熔炼时间、电耗有直接关系。合适的堆比重应由合适的炉料尺寸配比及正确的装料方式来保证。若炉料大小配比不当，使炉料不能及时熔塌，将不仅大大延长熔化时间、增加电耗，而且影响炉衬寿命与塌料时造成事故。

2.2优化供电制度使用最佳配电曲线

合理的电气运行制度可充分挖掘变压器的能力，使炼钢过程电弧炉的有功功率最大。熔化期采用最大电压、最大电流操作使钢液快速升温，直至钢铁料熔化，然后根据钢液温度调整送电电压、电流。在制定供电制度时，要考虑变压器的容量、利用系数、功率因素等条件。在炼钢生产过程中，可通过电炉变压器的供电主回路的在线测量，获得一次侧和二次侧的电压、电流、功率因素、有功功率、无功功率及视在功率等电气运行参数，经过分析处理，得出供电主回路的短路电抗、短路电流等基木参数，寻找最佳输入功率，以此制定合理的供电曲线，保持电弧稳定燃烧。在变压器额定功率范围内，输出功率最大，生产效率最高。

2.3优化供电制度

电气运行状态对节能至关重要。合理的电气运行制度可充分挖掘变压器的能力，使炼钢过程电弧炉的有功功率最大。熔化期采用最大电压，最大电流操作使钢液快速升温，直至钢铁料熔化，然后根据钢液温度调整送电电压、电流。在制定供电制度时，要考虑变压器的容量、利用系数、功率因素等条件。通常地，根据设备和生产条件，能量转换影响因素等理论计算所得的结果有偏差，实地测量可以进一步修正。在炼钢生产过程中，可通过电炉变压器的供电主回路的在线测量，获得一次侧和二次侧的电压、电流、功率因素、有功功率、无功功率及视在功率等电气运行参数，经过分析处理，得出供电主回路的短路电抗、短路电流等基太参数，寻找最佳输入功率，以此制定合理供电曲线，保持电弧稳定燃烧。在变压器额定功率范围内，输出功率最大，生产效率最高。在生产过程中尽量减少变换电压的档次，减少停电时间，提高热效率。

2.4强化用氧制度

电炉吹氧操作的目的是吹氧助熔和吹氧脱碳，配合喷吹碳粉，造泡沫渣。以氧枪取代吹氧管操作效果显著：氧枪可利用廉价的碳粉、油、天然气等代替电能，对电弧炉冷区加热助熔，提高了生产效率;氧枪喷射气流集中，具有极强的穿透金属熔池的能力，加强对钢水的搅拌作用，加快吹氧脱碳和造泡沫渣的速度。由于强化供氧，加速炉料熔化，增加熔池搅拌，改善熔池内部传热条件，加速化学反应的进行，增强制造泡沫渣的效果，可有效地降低电耗。

2.5采用铁水热装工艺

电炉采用铁水工艺可缓解废钢铁严重紧缺现状，获得稳定的炼钢原料。铁水中含有较高的碳、硅等元素，与氧反应释放出大量热量，都给电炉带入大量物理显热和化学潜热，提高熔池温度。并且由于碳氧反应产生大量一氧化碳气体，促进泡沫渣形成，将电弧屏蔽在炉渣内，减少电弧辐射，延长炉衬寿命，提高电炉热效率。

2.6泡沫渣冶炼

在熔化后期、氧化期、还原期采用泡沫渣技术。人工吹氧生成泡沫渣，劳动强度大，效果不显著。采用碳氧枪向熔池吹氧和喷吹碳粉，易在渣层中生成泡沫渣。通过控制炉渣碱度、氧化性、流动性等冶金条件以符合工艺要求，在炉渣碱度为2.0～2.5、渣中w（FeO）为20%～40%时，生成泡沫渣的效果最好。泡沫渣有利于增大渣钢界面，有效地利用氧化性高、流动性好和温度较低的熔渣强化脱磷。可使长电弧插入很厚的泡沫渣中，提高了电能的利用率，缩短了冶炼时间，节约了电能。

2.7二次燃烧技术开发应用

电炉冶炼过程产生的废气主要是一氧化碳。通过向炉内喷吹氧气，将一氧化碳燃烧生成二氧化碳。化学反应产生大量的热能，促使钢液升温，或用于废钢预热，废钢温度可上升200一300度，最高可上升600-800度，可节约电能15-40kW·h/t。

2.8熔氧结合和单渣沉淀脱氧新工艺

电弧炉传统的熔化—氧化—还原工艺，熔炼时间长，电耗高。熔氧结合、单渣沉淀脱氧新工艺与传统炼钢工艺相比，取消了还原期，缩短了冶炼时间，故可显著地降低电耗，是一种行之有效的节电工艺。

2.9改进电气设备

电炉设备对电能消耗有较大影响，改变短网分布，缩短短网长度，横臂改造等设备改进可以明显节电。新型横臂的改造是将横臂和导线结合为一体，同时起支撑电极和导电作用，取得明显效果，降低了电阻率，根据某电炉厂实际测量，横臂改造后电阻率降低了17%，有功功率提高了5%～9%，冶炼电耗降低了10～40kW·h/t。电极调节系统与电弧的稳定性有密切联系，会影响断弧和短路的次数，电弧不稳定，损耗在短网、变压器和电极上的电能会加大。采用人工智能技术，使电极调节性能提高，电弧稳定，减少短网电能损耗，减少无功功率，提高电能利用效率。

结语

电弧炉炼钢的电耗是一个综合性指标，影响因素较多，要求所有的作业环节紧密配合，最终达到节电的目的。

参考文献

[1]王维.电炉降低冶炼电耗的实践[J].甘肃冶金，2015（3）：87-88.

[2]汪宗英.小型电弧炉炼钢节电的实践[J].铸造，2016（3）：47-48.

[3]赵显文，杨宝仁.电弧炉炼钢降低用电单耗的几点体会[J].铸造，2017（4）：32-33.