大容量废钢预热型电弧炉的开发与研制(上)

　　电弧炉的多项关键工艺技术也取得了迅猛发展，如电弧炉强化供氧技术、泡沫渣技术、兑铁水技术等。但在开发和应用国产废钢预热型电弧炉方面，进展却很缓慢，而用炼钢过程产生的废气预热废钢是真正意义的“节能”措施，20世纪80年代以后才有成功的工程应用，特别是将废钢预热与半连续或连续加料技术相结合。目前，也只有个别企业在进行这方面的开发。

　　无论从节能、环保，还是从提高电弧炉的产能和效益等方面考虑，皆应加大国产大容量废钢预热型电弧炉的开发、研制和应用。

　　1、国外有关废钢预热型电弧炉的概况

　　近20年来，电弧炉炉气能量的利用日益引起人们的关注。输入电弧炉的能量中，约有20～25%的能量随烟氧而排放，于是很自然地想起要开发一种新流程以便用这部分能量来帮助废钢熔化，提高电弧炉的产能并达到节能、降耗的目的。目前，世界上各种废钢预热型电弧炉的开发和应用中，约有十几种炉型，主要有下列几种：

　　（1）Fuchs竖炉电弧炉

　　1989年，丹麦DDS钢厂和Fuchs公司合作，进行了中间试验。两年后，在英国某钢厂安装了一台容量为115t的Fuchs竖炉电弧炉。它是在电弧炉的炉顶上安装了一个竖炉，用料篮向竖炉内装废钢。早期竖炉内设有手指，以后的推广应用中将手指取消，或是手指基本不用。竖炉是水冷的，衬有耐火材料。竖炉大约占据了炉顶三分之一的空间，炉气进入竖炉后，流速降低，并预热废钢，下部废钢温度可预热到800～900℃，上部废钢温度可达300℃左右。炉气排出竖炉后，进入水冷管道和燃烧室，然后进入布袋室。炉气给竖炉内废钢的净能量为80kWh/t左右。该种电弧炉国内引进了9台。

　　（2）Consteel式电弧炉

　　该技术是意大利德兴公司的专利，1987年在美国北卡州Interesteel公司首先投入工业应用。废钢通过传送带进入很长的隧道，并在隧道内被炉气预热（早期在隧道内装了烧咀，以后有的被取消）。在电弧炉的侧面，有一个废钢进入口，同时又是炉气的出口，它和隧道相连。废钢采用激振器水平式输送，由三条传送带串接而成，其中有一套炉气的动密封系统，防止炉气和外界空气对流。该法可将废钢预热至600℃左右，实际运行结果证明废钢预热温度要低的多。该种电弧炉国内引进了10台左右。

　　（3）EcoArc式电弧炉

　　EcoArc式电弧炉是日本NKK公司于2000年前后开发和投入试验性应用。日本对新一代电弧炉要求其对环境友好，因此，EcoArc式电弧炉在日本又被称为“生态炉”

　　EcoArc式电弧炉是在椭圆形的炉体上安装了一个新型的烟道竖炉。废钢通过运送系统半连续地加入烟道竖炉内，每炉加7至10次。炉子可向排渣方向倾动10°，使钢液可以和废钢有效接触，并使废钢预热和熔化。在熔化过程中，废钢不断地在烟道竖炉中下降，然后用上料系统不断地向竖炉中加废钢，因此，废钢和钢液共存于熔炼室内。当钢液温度达到要求时，炉子可向出钢方向倾动15°，将钢液放出，同时在炉内留下50%钢液，为下一炉操作提供条件。竖炉内排出的炉气引至二次燃烧室，然后进入喷淋冷却室，最后经布袋过滤器而排出。此系统可有效地控制排出烟氧中二恶英的含量。

　　（4）其它炉型

　　除上述三种废钢预热型电弧炉外，曾经投入过工业规模应用的废钢预热型电弧炉尚有瑞典SKF公司推出的双壳炉，日本IHI公司推出的推杆式竖炉电弧炉，奥钢联公司推出的Comelt炉，Conarc电转炉，以及在意大利、加拿大、巴西、印度相继得到应用的EOF炉等等。这些炉子，都存在一些问题，还不够完善，有的应用效果不理想，有的已经停产。

　　2、国内新型电弧炉的研发

　　上述三种废钢预热型电弧炉各有其特长。Fuchs竖炉电弧炉废钢预热温度高，节能效果明显，但竖井设在炉盖上，增加了炉子的高度，要求厂房吊车轨面高度高，另外废钢易结块、粘连、水冷式手指和竖井易漏水，维修困难。Consteel式电弧炉从炉子侧面连续进废钢，全熔池操作，炉子运行平稳、噪音低，对电网冲击小，但高温炉气只和输送带上面的废钢接触，废钢预热温度低，节能效果低于Fuchs竖炉，同时隧道窑废钢预热和输送带长度在45～60m，占用车间面积大。EcoArc式电弧炉在日本有1～2台在应用，但还未在国外得到推广。上述3种电弧炉是在其特定条件下通过试验一步步发展起来的，还有待于进一步改进和完善。我国的国情是炉子大量兑铁水，轻废钢多，车间作业面积紧凑等，在吸收现有成功经验的基础上，开发创新具有自主知识产权的新炉型。设计思路是在电炉的侧面设置一个废钢输送车，在输送车的上部设置竖井，高温烟气从炉子侧门通过废钢输送车进入竖井。废钢从竖井上部加入并存放在竖井内和输送车上的料槽内。逆向流动的高温烟气将废钢预热后，从排气口排出，进入除尘系统。当废钢落入输送车上时，可以用推钢机或振动给料器将已预热的废钢从炉子侧门加入炉内。这种设想由于将竖井设在炉子侧面，降低了Fuchs竖炉的高度，使厂房高度减少，又避免了高温炉气对废钢的直接烧烤，可减少轻废钢的结块、粘连。废钢从侧门连续加入炉内，可实现向炉子连续加废钢，实现全熔池操作，又减少了废钢预热线的长度，减少了占用车间面积。这种自主开发的具有废钢预热功能的新炉型被称为“新概念电弧炉”。2003年10月，一台40t新概念电弧炉在新疆天基钢铁公司建成投产，共生产合格钢水约13万吨左右，由于多种原因，废钢预热系统只进行了冷态调试，未能投入正常生产。