追求煉鋼更為經(jīng)濟(jì)、更符合生態(tài)要求及具有更大的生產(chǎn)靈活性是每個(gè)鋼廠永恒的目標(biāo)，為此而盡可能采用維護(hù)少而工效高的設(shè)備。

 

另外，電力成本持續(xù)升高、大氣CO2排放條例以及陸地及水源保護(hù)法規(guī)趨嚴(yán)，這些都促使鋼廠在竭力降低能耗及盡量利用生產(chǎn)廢物及介質(zhì)上做文章想辦法。

 

事實(shí)證明，利用化學(xué)能及廢氣熱可以大幅度降低電爐總能耗。另一方面，溫室氣體對(duì)氣候變化的不良影響不但引起全世界的關(guān)注，同時(shí)也受到電爐設(shè)計(jì)公司及煉鋼廠家的高度重視。

 

在全球溫室氣體總排放量中，絕大部分產(chǎn)生于礦物能源燃料的燃燒，同時(shí)約30% 的碳排放是工業(yè)部門(mén)排放的。鋼鐵業(yè)的能源消耗極大，因而在氣候問(wèn)題倍受世人矚目。

 

用廢鋼預(yù)熱方法補(bǔ)償電爐煉鋼能源已有3 0 多年的歷史，通常的做法是在廢鋼裝爐前在料桶里用電爐高溫廢氣將廢鋼加熱。

 

高溫氣體的熱源來(lái)自于電爐排出的廢氣，而供給電爐的一次能源則用于將入爐廢鋼加熱至廢鋼熔點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)廢鋼預(yù)熱裝爐節(jié)省能源。

 

預(yù)熱廢鋼還可避免濕廢鋼入爐，從而避免爐內(nèi)發(fā)生爆炸。因此，廢鋼預(yù)熱還能保證工廠安全及防止設(shè)備意外損壞事故，減少電爐煉鋼的電力消耗及提高鋼廠生產(chǎn)效率。

1、廢鋼預(yù)熱技術(shù)的發(fā)展

 

早期的廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)采用單獨(dú)的熱源，通常是將廢鋼裝在料桶里加熱。據(jù)文獻(xiàn)資料報(bào)道，這種預(yù)熱方式的節(jié)能效果最高可達(dá)30kWh/t , 且由于出鋼時(shí)間縮短還能降低電極及耐材消耗。

 

隨著電爐技術(shù)的發(fā)展，有些廠家做了用爐子廢氣預(yù)熱廢鋼的嘗試。但是，缺點(diǎn)是預(yù)熱中粉塵會(huì)附著在廢鋼上，且由于熱循環(huán)中溫度起伏不定，很難控制廢鋼預(yù)熱中的廢氣溫度，此外在被預(yù)熱的廢鋼內(nèi)部會(huì)形成溫度梯度。

 

而從廢鋼預(yù)熱技術(shù)要求上，則希望對(duì)溫度加以控制，以免廢鋼料桶燒毀和防止料桶內(nèi)細(xì)小廢鋼燃燒或粘附。康斯迪（Consteel) 技術(shù)是一種完全不同的做法。

 

此項(xiàng)技術(shù)的核心是廢鋼不間斷裝爐，在連續(xù)裝爐中完成能效轉(zhuǎn)換及增產(chǎn)。此種爐子設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于控制熔池溫度、廢鋼給進(jìn)速率及廢鋼成分。

 

此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一是用爐子管道內(nèi)廢氣對(duì)廢鋼作局部預(yù)熱，將預(yù)熱的廢鋼連續(xù)裝入爐內(nèi)，使煉鋼人員能在泡沫渣覆蓋下全功率起動(dòng)爐子。

 

在整個(gè)熔煉過(guò)程中電弧始終埋沒(méi)于泡沫渣中，因而電弧狀態(tài)極為穩(wěn)定，很少發(fā)生閃變及諧波，噪聲也大為減少。

 

Consteel 廢鋼預(yù)熱產(chǎn)生的效益可以表現(xiàn)為：增產(chǎn)10%，降低了電耗，使廢鋼脫濕及電極噸鋼消耗量下降。

 

在采用Consteel 系統(tǒng)時(shí)，廢氣進(jìn)入預(yù)熱系統(tǒng)，廢鋼溫度可達(dá)315-450℃。但隨著煉鋼技術(shù)的發(fā)展，爐子運(yùn)行更為高效，出鋼時(shí)間進(jìn)一步縮短，廢鋼預(yù)熱變得越來(lái)越困難。到后來(lái)廢鋼預(yù)熱實(shí)際是以犧牲爐子產(chǎn)量及提高維護(hù)費(fèi)用為代價(jià)。

 

此后出現(xiàn)的廢鋼預(yù)熱技術(shù)是手指式豎電爐及環(huán)保型高效電爐（ECOARC），這兩種系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是能100%預(yù)熱廢鋼以及能降低電耗及電極消耗。采用手指式電爐可使能耗降至70kWh/t。而ECOARC 爐電耗指標(biāo)可達(dá)到150kWh/t。

 

2、EPC 廢鋼預(yù)熱技術(shù)系統(tǒng)

 

在電爐領(lǐng)域，廢鋼預(yù)熱與節(jié)省電力具有同等意義。各國(guó)電爐專(zhuān)家為使用爐子廢氣高效預(yù)熱廢鋼而開(kāi)發(fā)出各種應(yīng)用技術(shù)。

 

EPC 預(yù)熱技術(shù)不僅考慮了環(huán)境保護(hù)的問(wèn)題，而且解決了電爐熔煉時(shí)，限制進(jìn)行廢鋼裝爐作業(yè)的問(wèn)題。

 

EPC 預(yù)熱系統(tǒng)（環(huán)保預(yù)熱連續(xù)裝爐系統(tǒng)）在電爐熔煉廢鋼的煉鋼過(guò)程中采用廢鋼預(yù)熱技術(shù)，利用爐子所排廢氣預(yù)熱廢鋼至700-800℃，可明顯降低電力消耗及相應(yīng)地提高爐子生產(chǎn)率。

 

EPC 預(yù)熱系統(tǒng)裝于電爐上部爐殼旁邊，經(jīng)預(yù)熱駐留于此的廢鋼由旁邊的伸縮式給料機(jī)連續(xù)裝入爐中進(jìn)行熔煉，而在此過(guò)程中，爐子仍處于通電工作狀態(tài)的。

 

當(dāng)廢鋼料桶在位于待投臺(tái)中的料斗里裝料時(shí)，爐子與預(yù)熱室完全隔離，從而確保爐子裝廢鋼時(shí)很少或根本無(wú)粉塵逸出。

 

目前所開(kāi)發(fā)的EPC 系統(tǒng)是豎爐預(yù)熱爐，此爐在爐內(nèi)留存一定的熔融金屬（近40%），因而能保持均衡的熔煉態(tài)勢(shì)。

 

1. EPC 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

EPC 系統(tǒng)結(jié)合了100% 廢鋼預(yù)熱及連續(xù)供料這兩大優(yōu)點(diǎn)，在爐子上料期間無(wú)粉塵排放及熱損失，其具備一系列優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：

 

（1）粉塵排放最少：在爐子裝料當(dāng)中，系統(tǒng)始終處于氣密狀態(tài)，使車(chē)間保持最低污染。

 

（2）節(jié)能：EPC 系統(tǒng)與傳統(tǒng)電爐相比可減少電力消耗約100kWh/t。

 

（3）廢鋼裝爐不受條件限制：可在爐子通電情況下入爐裝料，不受爐子操作限制，提升爐子了操作效率并減少斷電時(shí)間。

 

（4）停爐少、維護(hù)少、熱損失少：無(wú)特別水冷部件要求，可避免水冷部件出現(xiàn)意外時(shí)的大量檢修及過(guò)度水冷造成的熱損失。

 

（5）通、斷電時(shí)間變短，生產(chǎn)效率高：與傳統(tǒng)電爐相比可提高爐子生產(chǎn)效率25%。

 

（6）電爐爐頂及爐頂三角區(qū)使用壽命長(zhǎng)：無(wú)需為裝爐打開(kāi)及/ 關(guān)閉爐頂，電弧離爐頂較遠(yuǎn)，熱沖擊少，有助于延長(zhǎng)爐頂及其三角區(qū)使用壽命。

 

（7）投資回報(bào)高：預(yù)熱效果好，因而節(jié)能效果明顯，生產(chǎn)成本低。此外，在保證一定的廢鋼質(zhì)量前提下還可提升收得率。

 

（8）電弧閃變少：依靠平坦熔池操作以及廢鋼預(yù)熱及不間斷輸入能量，閃變及諧波發(fā)生次數(shù)下降達(dá)50%，同時(shí)也使噪聲相應(yīng)下降。

 

2. EPC 系統(tǒng)的技術(shù)特征

EPC 系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮了爐子的最大操作靈活性，具體體現(xiàn)為以下幾個(gè)技術(shù)特征：

 

（1）在爐內(nèi)預(yù)留多達(dá)30%-40% 熔融金屬條件下進(jìn)行平坦熔池作業(yè)。

 

（2）用伸縮式給料機(jī)及綜合性秤重裝置控制廢鋼裝爐速率。

 

（3）用伸縮式給料機(jī)優(yōu)化通電中的廢鋼連續(xù)裝爐。

 

（4）根據(jù)熔煉功率及預(yù)熱溫度精調(diào)廢鋼裝爐速率。

 

（5）熔池溫度均勻并可準(zhǔn)確加以控制。

 

（6）可準(zhǔn)確控制廢鋼預(yù)熱溫度，采用氣密系統(tǒng)廢氣量最小。

 

3. EPC 系統(tǒng)的環(huán)境效益

這種EPC 系統(tǒng)的環(huán)境效益體現(xiàn)為：

（1）在封閉系統(tǒng)防護(hù)下的倉(cāng)室里裝入廢鋼（電爐爐頂及EPC 系統(tǒng)均屬封密閉結(jié)構(gòu)，主除除塵系統(tǒng)始終運(yùn)轉(zhuǎn)）。

 

（2）廢鋼裝爐期間煙氣排量最少。

 

（3）作業(yè)區(qū)衛(wèi)生整潔，無(wú)安全問(wèn)題隱患。

 

（4）廢氣量最少，低于常規(guī)的30%；

 

（5）除塵器處粉塵最少，低于常規(guī)的30%。

 

（6）電弧噪聲低（經(jīng)預(yù)熱的廢鋼在泡沫渣保護(hù)下在平坦熔池里熔煉）。

 

（7）直接預(yù)熱，入爐廢鋼加熱溫度極高。

 

4. EPC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及操作說(shuō)明

廢鋼裝爐系統(tǒng)基本分兩大部分，一部分是預(yù)熱室及伸縮式給料機(jī)，另一部分是下凹式裝料平臺(tái)（等待投料臺(tái)）及在臺(tái)內(nèi)運(yùn)作的投料料斗。

 

廢鋼由投料料斗投到預(yù)熱室上部空間，高溫廢氣從爐子出來(lái)向上流經(jīng)預(yù)熱室內(nèi)廢鋼進(jìn)行預(yù)熱，可使廢鋼溫度達(dá)到800℃的高溫，氣體離開(kāi)預(yù)熱室時(shí)溫度約為200℃。

 

在預(yù)熱室下面裝有伸縮式給料機(jī)系統(tǒng)，保證廢鋼能以恒定速率送入爐中。廢氣離開(kāi)預(yù)熱室后，流向袋式除塵器，某些廢氣可予以回收用于調(diào)節(jié)預(yù)熱室入口溫度。廢鋼連續(xù)送入爐內(nèi)，直到爐內(nèi)達(dá)到所需熔體重量為止。

 

在一爐鋼的熔煉過(guò)程中，爐子輸入功率幾乎一直均勻穩(wěn)定。預(yù)熱室廢鋼入室速率根據(jù)預(yù)熱室內(nèi)廢鋼重量及廢氣溫度進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)控制調(diào)整，而煉鋼爐內(nèi)廢鋼的供給速度要與此相關(guān)聯(lián)，同時(shí)也要根據(jù)爐子的輸入功率來(lái)確定調(diào)整。

 

5. EPC 系統(tǒng)與手指式電爐及Consteel 爐的比較

（1）EPC 由于裝有封閉系統(tǒng)無(wú)需因料桶裝料進(jìn)行二次除塵、無(wú)一次吸氣中斷。

 

（2）手指式電爐裝料中需敞開(kāi)爐身，在裝爐時(shí)有大量煙塵從爐身排入車(chē)間。

 

（3）Consteel 爐需每班將爐子排空一次，修理爐襯及處理預(yù)留熔融金屬），此外，管道兩端開(kāi)著，使大量空氣混入一次廢氣。

 

（4）EPC 同Consteel 一樣是借泡沫渣及平坦熔池操作，可獲得最佳收得率及減少電弧閃變。

 

（5）EPC 有完整的密封對(duì)策，因而廢鋼裝爐時(shí)無(wú)能量損失。

 

（6）EPC 在用料方面靈活性極大，因而對(duì)廢鋼無(wú)特別要求。

 

（7）Consteel 廢氣預(yù)熱僅是頂層廢鋼。而EPC 及手指式電爐廢氣必然要穿過(guò)整個(gè)廢鋼層。

 

（8）EPC 無(wú)廢鋼接觸的水冷部件，這使能量損失最低。

 

（9）不經(jīng)敞開(kāi)的爐體裝料，因而無(wú)大量粉塵產(chǎn)生及無(wú)有機(jī)物不完全燃燒造成的污染。

 

（10）EPC 煉鋼中車(chē)間內(nèi)粉塵含量最低，這意味可大大簡(jiǎn)化二次除塵管道系統(tǒng)。

 

（11）粉塵含大量鋅，一般都可很經(jīng)濟(jì)地回收（30%）。

 

（12）能耗低意味著煙囪CO2 含量更少也更環(huán)保（約20%）。

 

3、一些專(zhuān)家建議

一項(xiàng)技術(shù)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵，在于證明其工藝及環(huán)境效益的同時(shí)，還要證明其相對(duì)便捷及無(wú)損于生產(chǎn)效率。

 

沒(méi)有哪種技術(shù)方案可以滿足各種煉鋼操作要求，相反，煉鋼廠家必須優(yōu)先考慮重點(diǎn)目標(biāo)，再考慮不同爐子設(shè)計(jì)對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)的貢獻(xiàn)。

 

在這種考慮中始終宜遵循以下準(zhǔn)則：◆確保煉鋼工藝最大靈活性。◆不但增產(chǎn)，而且能提高能源利用效率?！裟芴岣咦罱K產(chǎn)品質(zhì)量?！裟芤宰畹屯度敕檄h(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

 

根據(jù)以上準(zhǔn)則，提供以下幾點(diǎn)建議：

（1）正確的選擇爐型。這種選擇的各種因素可能含以下各點(diǎn)：原料可用性，能源可用性及成本，所要求的產(chǎn)品種類(lèi)，煉后處理/ 精加工可達(dá)水準(zhǔn)，基建費(fèi)及熟練勞動(dòng)力可用性。

 

（2）能平衡各種能量輸入，保證煉鋼工藝具備最大靈活性。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，這有助于將能源損失減至最低，能做到按情況多用電，少用氧，或多用氧，少用電，對(duì)不同能源的使用進(jìn)行調(diào)整。

 

（3）為將能量總需求降至最低，需仔細(xì)分配爐子的輸入能量。熔池的充分混合有助于實(shí)現(xiàn)此目的。為將廢氣溫度及成分波動(dòng)降至最小，應(yīng)均衡整個(gè)冶煉周期中的吹氧操作。

 

這可優(yōu)化二次燃燒及將廢氣系統(tǒng)規(guī)模壓縮至最小。此外，煙氣的發(fā)生會(huì)減至最少，渣與熔池更接近平衡。

 

（4）為使造泡沫渣作業(yè)達(dá)到最好效果，應(yīng)能使噴入熔池及渣層中的固體顆粒物均布在整個(gè)熔池表面上。這樣做還能使渣及熔池更為平衡，也有助于將熔劑的需求降低至最少及提高鋼質(zhì)量。

 

（5）為將滲入空氣減至最低應(yīng)盡可能將爐體封閉起來(lái)。這樣可將爐子廢氣排量減至最低，從而可采用規(guī)格較小的排煙系統(tǒng)。

 

（6）廢鋼預(yù)熱很可能是回收利用廢氣熱量最可行的方案。對(duì)于大量使用化學(xué)能的爐子這種選擇尤有意義，這是因?yàn)檫@時(shí)煉鋼廢氣所含能量會(huì)更多。

 

為回收廢氣所含化學(xué)能，必須進(jìn)行充分的二次燃燒。但在全爐次中很難達(dá)到完全的二次燃燒，應(yīng)設(shè)法達(dá)到高水平的二次燃燒。在廢鋼預(yù)熱中分階段進(jìn)行二次燃燒可進(jìn)一步優(yōu)化廢氣熱回收。

 

（7）欲用最小代價(jià)獲最大工藝靈活性，需以爐子混合設(shè)計(jì)為前提。此設(shè)計(jì)首先應(yīng)考慮原料供給的靈活性，且要在高產(chǎn)的同時(shí)保持最高能源利用效率。

 

例如大量噴吹固體顆粒物、用碳化鐵或直接還原鐵粉作原料的操作模式可選用能延長(zhǎng)平坦熔池時(shí)限的爐子設(shè)計(jì)，以便延伸顆粒物噴吹周期。

 

也可采取另一種做法，即加大熔池深度使之能加大噴吹速率而避免噴吹過(guò)大的風(fēng)險(xiǎn)。

 

（8）煉鋼技術(shù)會(huì)繼續(xù)改進(jìn)，不但會(huì)設(shè)法再優(yōu)化電爐能源利用效率，還會(huì)力求整個(gè)煉鋼系統(tǒng)總體最佳。

 

總之最重要的一點(diǎn)是優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，而不是優(yōu)化生產(chǎn)鏈上的某個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)。提高工藝靈活性的同時(shí)，操作技術(shù)將變得更為復(fù)雜。

 

這就需對(duì)操作技術(shù)有深刻的了解，只有這樣才能更好地控制煉鋼技術(shù)，進(jìn)而對(duì)電爐結(jié)構(gòu)的選擇作出更周密的思考。

 

預(yù)計(jì)，今后幾年會(huì)產(chǎn)生更多的新型爐子設(shè)計(jì)。只要有電爐煉鋼存在，這種努力就不會(huì)止步。

 

4、結(jié)束語(yǔ)

毫無(wú)疑問(wèn)，當(dāng)前電爐設(shè)計(jì)趨勢(shì)表明，今后爐子設(shè)計(jì)在電能利用及化學(xué)能輸入上都將達(dá)到極高水平。

 

一種能源與另一種能源相比，各用多少取決于當(dāng)?shù)馗鞣N能源成本及使用效率。許多煉鋼新技術(shù)現(xiàn)正轉(zhuǎn)向商業(yè)化，幾乎所有這些技術(shù)目的都是降低輸入功率及達(dá)到最高煉鋼能效。因此有些技術(shù)力圖在煉鋼中最大限度利用化學(xué)能，這類(lèi)技術(shù)幾乎完全是

 

根據(jù)假設(shè)平衡條件，用氧與燃料（碳、CO、天然氣）充分反應(yīng)使煉鋼達(dá)到最大限度能量輸入。而另一些技術(shù)是力圖通過(guò)回收廢氣中的能量，利用爐子的輸入能（豎爐、Consteel、EOF 爐）。

 

這類(lèi)技術(shù)的立足點(diǎn)是依賴(lài)廢氣向廢鋼的高效傳熱，這就需要廢鋼與廢氣之間的最佳接觸。

 

 

各種廢鋼預(yù)熱技術(shù)只要按最新環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，就都會(huì)有助于降低能耗，提高產(chǎn)量并會(huì)因此減少溫室氣體排放。EPC 爐子系統(tǒng)可為用戶提供領(lǐng)先技術(shù)，既能增產(chǎn)降低成本，也能明顯減少溫室氣體排放。