第四章現(xiàn)代電弧爐煉鋼的發(fā)展與節(jié)能

1、第四章 現(xiàn)代電弧爐煉鋼的發(fā)展與節(jié)能99. 什么是現(xiàn)代電爐煉鋼？現(xiàn)代電弧爐煉鋼具有哪些特征？“現(xiàn)代電弧爐煉鋼”一詞最先出現(xiàn)在中國學者徐匡迪和殷瑞鈺于1993年發(fā)表的論文“現(xiàn)代電爐煉鋼的發(fā)展趨勢”及“當代電路流程的工程進展評價”中。之后，眾多冶金工作者在他們的專著和論文中采用了“現(xiàn)代電弧爐煉鋼”或“現(xiàn)代電爐”的述語。關于現(xiàn)代電弧爐煉鋼的特征，一般總結為“高效”和“節(jié)能”，隨著綠色經(jīng)濟概念的提出，又加上了“環(huán)?！薄Ｒ笕疴曉谄洹爱敶娐妨鞒痰墓こ踢M展評價”一文中將其歸結為下列特征：（1）電爐生產(chǎn)節(jié)奏轉(zhuǎn)爐化；（2）鋼的二次精煉在線化；（3）鋼的凝固過程連續(xù)化；（4）建立在連續(xù)軋制基礎上的產(chǎn)品專業(yè)系列化；

2、（5）可持續(xù)發(fā)展。上述歸納較好地反映了現(xiàn)代電弧爐煉鋼的一些特征和發(fā)展趨勢，使我國的電弧爐煉鋼具備這些特征，是我國電弧爐煉鋼生產(chǎn)發(fā)展的方向。100. 現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術與傳統(tǒng)電弧爐煉鋼有哪些差異？現(xiàn)代電弧爐煉鋼的特征是由現(xiàn)代電弧爐煉鋼的技術特點決定的，我們對現(xiàn)代電弧爐煉鋼與傳統(tǒng)的電弧爐煉鋼做個對比，來揭示二者技術特點上的差異，見表4-1。表4-1傳統(tǒng)電弧爐與現(xiàn)代電弧爐煉鋼法比較比較項目傳統(tǒng)電弧爐煉鋼現(xiàn)代電弧爐煉鋼能源電能電能、化學能、物理能冶金過程熔化、氧化、還原三期操作；熔煉畢碳0.2%取消電弧爐還原期，采用爐外精煉；高配碳，可停電不停氧操作主要原料廢鋼，10-15%生鐵廢鋼，30-40%生鐵

3、/鐵水及適量DRI/HBI產(chǎn)品鋼錠連鑄坯環(huán)境環(huán)保差重視環(huán)保，綠色制造由上表比較可見，現(xiàn)代電弧爐煉鋼具有下列5個特點：（1）現(xiàn)代電弧爐煉鋼的能源有三種，除了傳統(tǒng)的電能外，還有化學能和物理能，化學能和物理能所占的比例超過50%，這也是現(xiàn)代電弧爐煉鋼具有節(jié)能優(yōu)勢的一個重要因素。（2）現(xiàn)代電弧爐的冶煉過程主要是熔化氧化過程，取消了傳統(tǒng)電弧爐煉鋼的還原期。傳統(tǒng)電弧爐煉鋼還原期的任務由在線的二次精煉完成，現(xiàn)代電弧爐成為一座初煉爐。用氧的主要目的由傳統(tǒng)電弧爐的助熔、脫碳去氣（熔畢碳0.2%）變?yōu)樘峁┗瘜W熱，成為現(xiàn)代電弧爐煉鋼的一個重要熱源。由于化學熱和物理熱的增加，冶煉過程中采用加部分鐵水冶煉時，可以實現(xiàn)停

4、電不停氧操作。這是由于兌入的鐵水比例高，富含物理熱，有一段冶煉時間可以像轉(zhuǎn)爐那樣實現(xiàn)不供電。（3）現(xiàn)代電弧爐煉鋼的主要原料除廢鋼外還有30-40%的生鐵或DRI/HBI等。生鐵在傳統(tǒng)電弧爐煉鋼過程中的配入量一般為10-15%，主要用來通過C-O反應去氣及增碳，而現(xiàn)代電弧爐煉鋼過程中主要用來高配碳，以增加化學熱和物理熱，生鐵是最佳的配碳劑。巴西某廠于1995年以前在電弧爐爐料中加40%的生鐵，我國的珠鋼150噸煙道豎爐電弧爐多年來均是采用30-35%的生鐵（部分用HBI替代）作為爐料，韶關90噸Consteel電弧爐原料中也曾使用30%的生鐵。為了增加物理能，采用廢鋼預熱技術有一定優(yōu)勢，這是國外

5、較為普遍采用的技術。在現(xiàn)代電弧爐煉鋼過程中，爐料預熱是包括生鐵預熱的，考慮到節(jié)能降耗，電弧爐中加部分鐵水冶煉在理論上是合理的。在實踐中，我國許多容量大于60噸的電弧爐采用了電弧爐加部分鐵水操作。電弧爐中加部分鐵水冶煉是我國冶金工作者對現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術發(fā)展的貢獻，也是符合現(xiàn)階段我國電弧爐料源狀況的一項有效措施。用熔融還原的方法生產(chǎn)鐵水代替高爐生產(chǎn)鐵水，有利于資源利用和環(huán)保，是一種技術進步。DRI/HB作為生鐵的替代品，有利于環(huán)境保護，也是一種技術進步。當然，究竟采用何種爐料結構，應該綜合考慮當?shù)氐馁Y源環(huán)境和能源供應特點，更應綜合衡量爐料的經(jīng)濟性。在電弧爐冶煉中兌鐵水（包括熔融還原的鐵水）的方法

6、，從電弧爐節(jié)能角度看是有利的，但也需要從資源等角度衡量其綜合經(jīng)濟性。（4）現(xiàn)代電弧爐煉鋼的主要產(chǎn)品是連鑄坯，傳統(tǒng)電弧爐煉鋼的產(chǎn)品是鋼錠。從整體流程角度看，現(xiàn)代電弧爐煉鋼的連鑄坯適宜采用熱裝熱送，節(jié)能效果是明顯的。（5）傳統(tǒng)電弧爐冶煉環(huán)境保護差，電弧爐車間上空往往褐色煙塵籠罩。現(xiàn)代電弧爐煉鋼從末端公害治理發(fā)展到源頭治理，實現(xiàn)了綠色制造。101. 什么是現(xiàn)代電弧爐煉鋼的短流程？在能耗等方面，以電弧爐為代表的短流程煉鋼具有那些優(yōu)越性？根據(jù)主要原料的不同來源，鋼鐵生產(chǎn)可分為“從礦石到鋼材”和“從廢鋼到鋼材”兩大流程。相對于鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中以高爐轉(zhuǎn)爐煉鋼為代表的常規(guī)流程而言，以廢鋼為主原料的電弧爐煉鋼生產(chǎn)

7、線具有工序少、投資低和建設周期短的特點，因而被稱為“短流程”。近年來，“短流程”更特指那些現(xiàn)代電弧爐煉鋼與連鑄連軋相結合的緊湊式生產(chǎn)流程。在投資、效率、尤其是能耗和環(huán)保等方面，以現(xiàn)代電弧爐煉鋼為代表的短流程煉鋼具有明顯的優(yōu)越性。高爐轉(zhuǎn)爐煉鋼和電弧爐短流程兩大流程的比較見表4-2。（近年數(shù)據(jù)）表4-2 高爐轉(zhuǎn)爐煉鋼和電弧爐短流程兩大流程的比較類別高爐轉(zhuǎn)爐流程電弧爐短流程投資（美元/噸鋼）1000-1500500-1000勞動生產(chǎn)率（噸鋼/人年）600-8001000-3000建設周期（年）41-1.5從原料到鋼水能耗（標煤/噸鋼）703.17217.73從原料到成品材的運輸力需求（噸/噸鋼）15

8、.89.48二氧化碳排放（公斤/噸鋼）2000-3000800102. 現(xiàn)代電弧爐煉鋼的發(fā)展歷程是怎樣的？（1）以紐柯為代表的“小鋼廠”（mini mill）在美國興起二十世紀七十年代，一類用電弧爐生產(chǎn)長材為主的企業(yè)在美國興起，并給衰弱的美國鋼鐵業(yè)帶來了新的活力。起初這些企業(yè)的規(guī)模不大，一般年產(chǎn)在二、三十萬噸左右，所以被稱為“小”鋼廠。隨著電弧爐大型化、超高功率化以及爐外精煉和連續(xù)鑄鋼技術的發(fā)展，逐漸形成了具有年產(chǎn)一、二百萬噸長材或扁材能力的鋼鐵企業(yè)。1989年，美國成立了以短流程電爐鋼生產(chǎn)企業(yè)為主要成員的鋼鐵制造業(yè)協(xié)會。同年6月，紐柯公司Grauforddswille廠電弧爐CSP薄板坯連鑄

9、生產(chǎn)線投產(chǎn)。到2002年美國已有7個工廠共12流CPS生產(chǎn)線相繼建成投產(chǎn)，產(chǎn)量超過1000萬噸。2000年Hertfort廠成為紐柯公司中第一個生產(chǎn)中厚板的鋼廠，設計能力為100萬噸/年。在電弧爐裝備方面：半連續(xù)煉鋼及連續(xù)煉鋼工藝及裝備，使得電弧爐煉鋼與連鑄機的節(jié)奏相匹配。其中由美國的ITI（Interstee Technology Inc）開發(fā)的帶有回轉(zhuǎn)窯式廢鋼預熱器的電弧爐煉鋼工藝CONSTEEL已獲得成功，并在美國、日本和其它一些國家的鋼廠中投產(chǎn)使用。（2）歐洲是電弧爐工藝技術的積極開發(fā)者歐洲從上世紀九十年代初確立了電弧爐煉鋼廠的發(fā)展方向，并掀起了一個發(fā)展的高潮。整個九十年代，歐洲的煉鋼

10、企業(yè)一部分將原有電爐設備改造為超高功率電弧爐，另一部分則以超高功率電弧爐煉鋼取代原有的高爐轉(zhuǎn)爐流程。歐洲的鋼鐵企業(yè)和設備制造企業(yè)在發(fā)展短流程煉鋼的過程中也極大推動了電弧爐工藝裝備的一系列重大變革，其中ABB、MAN-GHH、VAI、Clecim等公司開發(fā)的不同類型直流電弧爐，F(xiàn)uchs公司的豎式電弧爐、超音速水冷氧槍等技術，Danieli公司的高阻抗交流電弧爐、基于底吹和二次燃燒技術的DANARC爐，奧鋼聯(lián)的Comelt，ABB公司的ARCON，MDH公司的CONARC和CONTIARC，此外還有雙殼電弧爐等創(chuàng)造。如果說以紐柯為代表的美國鋼鐵企業(yè)是煉鋼短流程的開拓者，那么歐洲的鋼鐵業(yè)可稱得上是

11、新工藝和新裝備的積極開發(fā)者。（3）日本將新型短流程視為二十一世紀煉鋼法日本十分重視新型短流程煉鋼技術開發(fā)，并將其視為21世紀的煉鋼方法。相對美國和歐洲，日本制定的計劃更為具體，并提出了完成的具體時間表，將工作重點放在研究開發(fā)直流電弧爐、利用余熱使廢鋼返回料預熱以及高效利用電能三個方面。有人預測到2020年，以廢鋼為原料的短流程煉鋼比例約占鋼產(chǎn)量的45%。103. 我國現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術的發(fā)展狀況如何？上世紀90年代以來，我國的短流程與電爐工程技術方面取得了長足的進步，主要體現(xiàn)在：（1）初步實現(xiàn)了電弧爐容量大型化我國電爐在20世紀80年代數(shù)量增加極快，但大多數(shù)是技術經(jīng)濟指標落后的小電弧爐。199

12、3年以后，我國開始逐漸淘汰大量的小電弧爐，取而代之的是60噸150噸以上的大容量電弧爐。這些大型電弧爐的生產(chǎn)率能滿足連續(xù)鑄鋼的要求，形成了電弧爐冶煉-爐外精煉-連鑄或電爐冶煉-爐外精煉-連鑄-連軋的現(xiàn)代電爐流程群體。到2000年，我國共產(chǎn)電爐鋼2020萬噸，其中由50噸以上電弧爐生產(chǎn)的占1241萬噸，為電爐總產(chǎn)量的61%。電弧爐容量的大型化是現(xiàn)代電爐煉鋼流程整體優(yōu)化的基礎。（2）經(jīng)濟指標明顯提高，縮短了與國外的差距，不少電弧爐企業(yè)已達到國際先進水平1993年，我國電弧爐主要經(jīng)濟指標為：冶煉周期180-200min，電耗610kwh/t以上，電極消耗8.77kg/t，低于1965年的國際水平，我

13、國比國外落后約30年。2003年，我國部分現(xiàn)代電弧爐煉鋼廠的主要技術經(jīng)濟指標進入國際領先行列。以下是我國安陽鋼鐵股份有限公司第一煉軋廠100噸煙道豎爐電弧爐在兌25%鐵水條件下2003年的技術經(jīng)濟指標：表4-3 安鋼100噸煙道豎爐電弧爐技術經(jīng)濟指標（2003）指標單位實績冶煉周期min平均41，最短30電弧爐送電時間min平均31，最短27作業(yè)率%92熱停率%1.5最高班產(chǎn)爐13最高日產(chǎn)爐37最高月產(chǎn)噸2003年鋼產(chǎn)量噸電耗kwh/t平均222，最低160氧耗Nm3/t平均41電極電耗kg/t平均1.5，最低1.3（3）在消化吸收引進國外先進技術的基礎上有所創(chuàng)新近十幾年，我國引進了煙道豎式電

14、弧爐、Consteel電弧爐、Danarc及Danarc Plus電弧爐、雙殼爐及其它超高功率交、直流電弧爐，這些電弧爐目前基本達產(chǎn)。同時，在消化引進國外先進技術的基礎上有所創(chuàng)新，創(chuàng)新技術主要包括：提出了現(xiàn)代電弧爐冶煉周期綜合控制理論；開發(fā)了電弧爐兌加部分鐵水冶煉的新技術；電弧爐以氮代氬全程底吹技術。珠鋼引進的150噸煙道豎爐電弧爐及韶鋼引進的90噸Consteel電弧爐均設置了底吹氬系統(tǒng)，熔煉過程中底吹氬或先氮然后氮氬切換。我國研究了在不同鋼液溶解氧含量條件下吹氮對鋼液氮含量的影響，開發(fā)了電弧爐全程底吹氮技術，用于生產(chǎn)。珠鋼在全程底吹氮條件下，電弧爐出鋼氮含量可低于30ppm。低氮電弧爐生產(chǎn)

15、技術。我國對鋼液脫氮與吸氮理論進行了深入、系統(tǒng)研究，促進了低氮電爐鋼的生產(chǎn)。美國電爐鋼氮含量一般為80-120ppm，日本山陽特殊鋼廠150噸電爐生產(chǎn)的一般鋼材氮含量100-150ppm，軸承鋼80-100ppm，Ecoarc電弧爐的氮含量為100-110ppm，而我國不少同容量電弧爐生產(chǎn)的鋼材氮含量達到40-60ppm。電爐終點碳控制技術。根據(jù)電弧爐冶煉過程的碳氧平衡與鐵氧平衡，開發(fā)了電爐重電爐終點碳控制技術，在生產(chǎn)含碳量0.06%的低碳鋼過程中，將電爐出鋼終點碳控制在0.035-0.045%，一次命中率可達90%以上。寶鋼在智能煉鋼、自動控制終點技術方面取得了創(chuàng)新性進展。電爐優(yōu)化供電技術。

16、開發(fā)了在兌加部分鐵水冶煉條件下充分利用變壓器功率，提高有功功率的供電技術以及普通超高功率電弧爐及高阻抗電弧爐的非線性電抗模型。開發(fā)了電爐爐料結構模型和不延長冶煉周期的HBI加入工藝。針對含Cu、Cr的集裝箱板鋼，以廢鋼中的Cu、Ni、Cr雜質(zhì)元素作合金元素料；針對要求Cu等雜質(zhì)元素含量低的深沖鋼板，爐料中加HBI，利用開發(fā)的加入工藝，再加入量為30-35%的條件下，保證冶煉周期基本不延長，能滿足多爐連鑄的要求。104. 哪些電弧爐冶煉新技術促進了現(xiàn)代電弧爐煉鋼的發(fā)展？由于一系列電弧爐冶煉新技術的開發(fā)應用，電弧爐冶煉周期已從1965年的平均180min縮短到60min以下，最短可達35min，相

17、應的電耗從原來的630kwh/t降低到最低可達200kwh/t。可以認為現(xiàn)代電爐冶煉技術是圍繞著縮短冶煉周期這一核心以滿足高效連鑄的節(jié)奏要求、優(yōu)化電爐煉鋼流程而發(fā)展起來的。20世紀50年代末傳統(tǒng)的電爐煉鋼已發(fā)展到成熟階段，60年代至70年代主要是發(fā)展超高功率供電及其相關技術，包括高電壓長弧操作、水冷爐壁、水冷爐蓋、泡沫渣技術等，在這一階段鋼包精煉及強化用氧已開始采用。80年代初，由于超高功率供電，為充分利用變壓器功率，將還原期移至爐外勢在必行，EBT及LF技術的開發(fā)使電弧爐冶煉+在線的二次精煉的現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術產(chǎn)生；80年代末大型超高功率直流電弧爐問世，主要由于它對電網(wǎng)沖擊小、石墨電極消耗低

18、，以致80年代末到90年代初直流電弧爐占了絕對的優(yōu)勢，與此同時，高配碳、強化用氧技術（包括超音速氧槍、碳氧槍、氧燃燒嘴、二次燃燒技術）趨于成熟，VAI稱之為K-ES技術，Danieli稱之為Danarc技術，Demag稱之為Korfarc技術。這一階段廢鋼預熱開始，大量化學能和物理熱的輸入增加了新能源，使的冶煉周期大大縮短，電極消耗進一步降低。1989年紐柯第一條CSP電弧爐生產(chǎn)線投產(chǎn)，形成了“四位一體”的現(xiàn)代電弧爐煉鋼流程，使現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術開始進入了成熟階段。90年代中期以來，由于連鑄單流產(chǎn)量增高，一機多流、多爐連澆技術的發(fā)展以及薄板坯厚度的增加，要求進一步縮短冶煉周期。這一時期交流電弧

19、爐與直流電弧爐形成競爭發(fā)展趨勢，人們關注的已不是用直流供電還是用交流供電，而是廢鋼預熱，即二次燃燒和煙氣顯熱的利用問題，不同的廢鋼預熱方式產(chǎn)生了不同類型的現(xiàn)代電弧爐，它們分別是Consteel電弧爐，煙道豎爐電弧爐，Comelt中心廢鋼預熱豎爐電弧爐，帶手指煙道豎爐電弧爐，MSP，Danarc Plus，Conarc電轉(zhuǎn)爐，Contiarc和Ecoarc爐。從環(huán)保的角度看，Ecoarc技術可使二惡因排放量降低到0.1ngTEQ/Nm3 以下，可滿足日本和歐洲有關環(huán)保要求，成為對環(huán)境友好的電弧爐技術，同時ECOARC爐子在全廢鋼冶煉條件下，冶煉周期縮短到35min，電耗在氧耗約為30Nm3/t的

20、條件下達到250kwh/t左右，生產(chǎn)率達到100t/h。中國在這一時期，引進了一批現(xiàn)代化的電弧爐，通過消化吸收國外先進技術和創(chuàng)新，堅持生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，開發(fā)了電弧爐加部分鐵水冶煉等高效化生產(chǎn)技術，并推廣應用，縮短了與外國的差距，使我國近年來電爐鋼比例有所回升，部分電弧爐的技術經(jīng)濟指標進入了國際領先行列。105. 現(xiàn)代電弧爐煉鋼流程上有什么特點？現(xiàn)代電弧爐煉鋼，在流程方面有以下特點：（1）現(xiàn)代電弧爐煉鋼主流程為：原料準備-電弧爐冶煉-LF爐精煉-連鑄-軋制，形成“三位一體”或“四位一體”的緊湊式流程。（2）現(xiàn)代電爐廠內(nèi)產(chǎn)生廢鋼（自產(chǎn)廢鋼、廠內(nèi)加工廢鋼和折舊非鋼）再作為原料返回電弧爐。在采用兌加部

21、分鐵水冶煉時，將鋼包底、中間包底、注余等熱鋼水倒入鐵水包，經(jīng)流槽直接加入電弧爐中比它們作為冷廢鋼或經(jīng)預熱的廢鋼具有更好的節(jié)能效果。當溫度不夠時，可用吹氧解決。（3）在原材料準備中，為了節(jié)能降耗，采用兌加部分鐵水冶煉，這時鐵水供應成為了現(xiàn)代電弧爐煉鋼流程的一個工序。鐵水可用高爐或熔融還原系統(tǒng)供應，必要時可在高爐與電弧爐之間采用鐵水包噴粉脫硫。對于100噸左右的電弧爐，匹配容積為380-450m3的高爐，2小時可供120噸鐵水，保證電弧爐冶煉3爐鋼，這是現(xiàn)代電弧爐煉鋼的較優(yōu)化匹配。在不具備兌加鐵水條件的電弧爐企業(yè)，可以開發(fā)新的供氧技術和爐料預熱技術，以增加化學熱和物理熱。（4）在二次精煉系統(tǒng)中，在

22、現(xiàn)代電弧爐冶煉周期縮短到35分鐘水平的情況下，對于那些要求潔凈度高、精煉時間較長的鋼種，特別是要求VD精煉時，為了保證LF時間短于電弧爐時間，可采用2座LF爐操作，兩座LF爐之間用軌道連接，鋼包由LF爐至中間包用天車吊運。應該指出的是，此時應強化連鑄工序，避免沒其成為整個流程的瓶頸。（5）高爐或熔融還原系統(tǒng)產(chǎn)生的煤氣可用于發(fā)電、鋼包烘烤、軋鋼加熱爐、VD蒸汽噴射泵等，強化節(jié)能。（6）現(xiàn)代電弧爐可能增加一個新的功能，即成為輪胎、塑料、橡膠等廢棄物的處理器，利于環(huán)保。106. 現(xiàn)代短流程電弧爐煉鋼在工藝與裝備上有哪些特點？現(xiàn)代短流程電弧爐煉鋼方法可以與轉(zhuǎn)爐煉鋼法相匹敵，除了流程本身本身具有優(yōu)勢外，

23、更得益于電弧爐工藝與裝備的不斷改進，使電弧爐煉鋼生產(chǎn)的主要經(jīng)濟指標不斷刷新。先進設備在全廢鋼操作條件下以達到出鋼-出鋼時間45分鐘、電耗300kwh/t的水平。在采用兌加30-50%以下鐵水或熔融還原鐵水后，電弧爐進一步提高了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了冶煉時間，降低了電耗，同時增加了工藝的靈活性。經(jīng)過一系列改革，現(xiàn)代電弧爐與傳統(tǒng)電弧爐工藝裝備有了很大差別，已成為煉鋼工藝過程眾多環(huán)節(jié)中的一環(huán)初煉。（1）大型化和高功率化容量過小的電弧爐不僅生產(chǎn)率低，而且技術經(jīng)濟指標很難與精煉、連鑄、連軋設備配套，因此擴大爐容量是提高和改善短流程生產(chǎn)線整體效率的有效手段。上世紀70年代以來，許多國家逐步淘汰了30噸以下的電爐

24、，取而代之是大容量電爐。爐容量增加的同時伴隨輸入電功率的提高，噸鋼配置的變壓器容量向高功率、超高功率的方向發(fā)展。圖4-1是利用仿真模型對某100噸電弧爐模擬結果，由此可看出不同電能輸入功率（有功功率）下電耗及通電時間所發(fā)生的明顯變化。圖4-1電能輸入功率和電耗及通電時間的關系（2）長弧操作與泡沫渣埋弧工藝電弧爐提高輸入功率的同時也增加了短網(wǎng)的電能損耗，采用高電壓、小電流為特征的長弧操作對于減少電損失是相當有效的。為了避免長弧所引起的輻射熱損失增加及對爐襯、爐蓋壽命的不利影響，在熔煉過程中造泡沫渣遮蔽電弧以提高電弧傳熱效率是十分必要的。此外，泡沫渣還能明顯降低電弧爐冶煉時的噪音。電弧爐生產(chǎn)碳鋼和

25、低合金鋼時使用碳氧槍很容易使渣中產(chǎn)生足夠的CO氣體使爐渣泡沫化，而在冶煉不銹鋼等鋼種時，則需利用含碳酸鹽發(fā)泡劑的熱分解產(chǎn)生CO2氣體以形成泡沫渣。（3）電氣設備改進與直流供電電弧爐電氣設備的改進包括電極自動調(diào)整、導電橫臂和“一電雙爐”的配置等。交流電弧爐上的電極自動調(diào)整保證三相功率平衡和最大功率的輸入。與采用匯排方式相比，用銅-鋼復合板或鋁合金制成的導電橫臂降低了短網(wǎng)電阻，也使裝備更輕便和易于維護。雙爐殼交替使用一套供電系統(tǒng)的“一電雙爐”的型式能充分發(fā)揮電氣設備的使用效率，明顯提高電弧爐生產(chǎn)能力。與交流電弧爐相比，直流電弧供電避免了三相電極在爐內(nèi)所造成的“熱點”和“冷區(qū)”，還可以降低對電網(wǎng)的閃

26、爍干擾，減少電極的表面氧化消耗。（4）能源多樣化爐料的高配碳以及采用超音速水冷氧槍強化吹氧助熔使現(xiàn)代電弧爐中元素氧化產(chǎn)生的熱量占總熱量輸入的三分之一左右，燃料-氧槍燒嘴又能提供10-20%的能量輸入，這些都可以明顯降低電能的消耗。電能屬于二次能源，若采用火力發(fā)電時煤轉(zhuǎn)化為電能的效率以30%計，電能在電弧爐中轉(zhuǎn)化為熱能的效率約為70%，則從煤到熱能熔化廢鋼的總熱效率只有20%左右，而利用燃料與氧氣的直接燃燒產(chǎn)生的熱量熔化廢鋼時熱效率可達40%以上。可見，在電弧爐中以煤、燃油和天然氣等一次能源替代電能可提高能源綜合利用率。此外，燒嘴和煤氧槍提供的附加熱能也相當于提高了總的輸入功率。（5）二次燃燒與

27、廢鋼預熱由于高配碳和強化吹氧操作所產(chǎn)生的大量CO氣體，二次燃燒將其中的化學能轉(zhuǎn)化為熱能，同時也有利于爐氣的安全排放。但是由于爐內(nèi)的二次燃燒只能將CO轉(zhuǎn)化為CO2中大約30%的熱量傳遞給熔池，有必要通過廢鋼預熱來回收爐氣里的顯熱。（6）原料多樣化為避免廢鋼多次循環(huán)使用會使廢鋼中雜質(zhì)富集，傳統(tǒng)的電爐一般采用向爐料中配入10%左右的生鐵塊來作為廢鋼替代用品。而現(xiàn)代電爐煉鋼使用的鐵源除了冷生鐵外，還有直接還原鐵（DRI和HBI）、鐵水、脫碳粒鐵、碳化鐵、復合金屬料等。尤其是熱裝鐵水能夠利用其攜帶的大量物理熱和化學熱，能縮短冶煉時間，降低電耗和冶煉成本。（7）自動化與智能化隨著功率輸入的智能控制系統(tǒng)、專

28、家系統(tǒng)、重點控制系統(tǒng)等技術運用，自動化和智能化技術極大的促進了冶煉技術，為優(yōu)化冶煉工藝操作，節(jié)能降耗提供了更大的便利。107. 現(xiàn)代電弧爐煉鋼的能量平衡情況是怎樣的？傳統(tǒng)的電弧爐煉鋼是全廢鋼工藝 以冷廢鋼為主，配加10 左右的生鐵塊。現(xiàn)代電弧爐煉鋼使用的其它原料還有：鐵水、直接還原鐵(DRI，HBI)、碳化鐵等?，F(xiàn)代電弧爐煉鋼典型能量衡算如圖4-2所示。圖4-2 典型的能量衡算從圖中可以看出：(1)電弧爐煉鋼過程能量輸入支出項的平衡值為630kWht。(2)支出項中，合格鋼水的物理熱為380kWht，是有用能耗。(3)支出項中爐氣帶走的熱量非常大, 減少爐氣造成的熱損失是當代電弧爐煉鋼過程中有

29、最大節(jié)能潛力的方向，因此近年來許多技術開發(fā)都是圍繞爐氣廢熱利用廢鋼預熱這一領域展開的。(4)縮短冶煉周期，減少非通電時間有助于減少熱損失。(5)電能約占總能量的70 左右，是電弧爐煉鋼過程的主要能源。因而，提高變壓器功率級別，改進電弧爐的電氣運行狀態(tài)、合理供電，以及提高功率因數(shù)、電效率、熱效率是電弧爐煉鋼技術發(fā)展的永恒主題。(6)氧燃燒嘴在總的能量構成中所占比例并不很大，但是從另一角度來看 氧燃燒嘴對冷區(qū)的加熱助熔效果不可忽視，而提高生產(chǎn)率本身就節(jié)約了能源。(7)吹氧產(chǎn)生的化學反應熱在能量輸入中占相當大比例。由表4-4可知，O僅為生成CO2反應熱之13，即CO生成CO2二次燃燒的化學潛能很大。

30、相比之下，二次燃燒的單位成本最低。表4-4 吹氧熔池各元素氧化1kg產(chǎn)生的理論熱值元素產(chǎn)物反應熱相對成本（參考值）kJ/kgkwh/kgAlAl2O3145724.053.7SiSiO2113293.153.2MnMnO21760.606.0FeFeO42501.181.8CCO116393.230.50.6CCO2348389.680.30.6注：假設每kwh的電價為1。通過能量衡算，結合能量的輸入和支出，從而可以采取節(jié)約能量和回收能量兩方面的措施，達到電弧爐煉鋼節(jié)能降耗 降低成本的目的。108. 當前提高電弧爐生產(chǎn)效率、降低能耗的措施有哪些？從熱平衡角度來看，電爐煉鋼節(jié)能包括兩方面：一是減

31、少熱損，縮短熱停工時間；二是采用新技術新設備，縮短冶煉時間。圖4-3歸納了提高電弧爐煉鋼生產(chǎn)率的技術措施，各項技術主要為提高電弧爐生產(chǎn)率和縮短冶煉時間服務的?？梢哉f，電弧爐冶煉技術主要是基于縮短冶煉周期這一核心而發(fā)展起來的。圖4-3 提高電弧爐煉鋼生產(chǎn)速率的技術措施從當前的技術潮流來看，電爐煉鋼節(jié)能主要采用以下手段：（1）以價格低廉的一次能源(油、天然氣、煤等)代替電能。（2）提高電能利用效率，減少無功功率，主要措施是提高功率因數(shù)。為此優(yōu)化電源接線，并在熔化期進行高電壓長電弧操作。（3）強化用氧，配置氧燃燒嘴燃燒溢出的CO，回收利用煙氣中的化學熱。（4）利用電爐煉鋼煙氣中的物理熱和化學熱，進行

32、廢鋼預熱。（5）采用偏心底出鋼(EBT)技術，進行留鋼留渣操作。一方面確保有大量熱能的爐渣留在爐內(nèi)，同時殘留爐渣和鋼液有利于通電初期的電弧早期穩(wěn)定，從而提高功率因數(shù)，縮短熔化用電時間109. 現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術中合理的供電制度對節(jié)能有何影響？現(xiàn)代電弧爐煉鋼的基本方向是高生產(chǎn)率、低生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異而穩(wěn)定。在生產(chǎn)過程控制中，電氣運行是極為關鍵的環(huán)節(jié)。電弧爐煉鋼過程中合理的電氣運行制度是最基本的工藝制度，合理的電氣運行制度在于充分發(fā)揮變壓器的能力，不僅對操作順行很必要，而且也有助于降低電耗、電極損耗和耐火材料侵蝕，縮短冶煉周期。供電制度的優(yōu)化原則在于冶煉過程中盡可能發(fā)揮變壓器的供電能力，最直接

33、的目標是電弧功率最大。因此，在額定功率允許范圍內(nèi)、保證電弧穩(wěn)定燃燒的前提下，應盡量提高功率因數(shù)，從而提高生產(chǎn)率，降低電耗和總能耗。110. 現(xiàn)代電弧爐煉鋼的供氧技術如何促進節(jié)能？強化用氧除了使脫碳速度加快以外 還可以充分利用氧氣與原料中易氧化元素發(fā)生化學反應放出的熱量，達到節(jié)能降耗的效果。近代電弧爐煉鋼大量使用氧氣，再加上冶煉周期縮短至40-60min，故有“電爐煉鋼轉(zhuǎn)爐化”之說。其中，吹氧使熔池中各元素氧化，放熱一般情況下已占總能量供應的25 30。同時通過氧氣的攪拌效果提前了爐底廢鋼的熔化，均勻鋼水溫度，抑制了精煉期的沸騰現(xiàn)象。強化用氧已成為電弧爐煉鋼重要的技術方向。對于普通鐵水，每供入l

34、ms的氧氣，所含各元素在1600 時反應理論發(fā)熱值約為4kWh。一般情況下強化用氧供能已占總能量供應的25 30 。111. 泡沫渣技術在大容量超高功率電弧爐冶煉中有什么作用？為縮短冶煉周期，提高生產(chǎn)率，電爐煉鋼采用較高的二次電壓進行長電弧冶煉，因長電弧輻射能力強，故采用泡沫渣技術屏蔽電弧。泡沫渣技術是在電爐冶煉過程中，在吹氧的同時向熔池內(nèi)噴碳粉，形成強烈的碳氧反應，在渣層內(nèi)形成大量的CO氣體泡沫，使渣的厚度達到電弧長度的2 5- 3 0倍，能將電弧完全屏蔽在內(nèi)，減少電弧輻射，延長電爐壽命，并提高電爐的熱效率。良好的泡沫渣有助于改善電弧對鋼水的傳熱，降低鋼水的吸氣，減少爐塵的侵蝕和降低噪音。同

35、時，由于增加了鋼渣接觸面積，極有利于氧化渣脫磷。泡沫渣技術用于大容量超高功率電爐，可使傳熱效率大大提高，縮短冶煉時間，降低冶煉電耗，并提高電爐爐齡，減少爐襯材料消耗。112. 氧燃燒嘴在現(xiàn)代電弧爐煉鋼中起到哪些主要作用？電弧爐氧燃燒嘴技術是向熔池強化供熱的一項技術，通過使用其它燃料補充電能，保證廢鋼熔化，縮短電爐冶煉時間，從而提高生產(chǎn)效率，降低冶煉電耗。采用氧燃燒嘴提供輔助能源，更重要的是加熱冷區(qū)，改善爐內(nèi)熱平衡，從而達到節(jié)能增效的結果。在電爐生產(chǎn)中，使用氧燃燒嘴的主要作用概括為：增加爐內(nèi)總熱量；使爐內(nèi)各部位溫度差異縮??；減少電能消耗；冶煉時間縮短，提高生產(chǎn)率；降低電極和耐火材料的消耗。氧燃燒

36、嘴是最可觀的電能補償源，不過，在運用氧燃燒嘴節(jié)省能源時，應關注天然氣和燃料油的價格，考慮綜合效益。113. 偏心爐底出鋼技術（EBT）在降低電耗方面有哪些作用？采用偏心爐底爐底出鋼，即把出鋼口設置在爐底部位，與傳統(tǒng)電弧爐出鋼方法相比：(1)爐內(nèi)能保留98的鋼渣，有利于下一爐爐料的熔化和脫磷，提高生產(chǎn)率；(2)出鋼時電爐傾動角度小于15(傳統(tǒng)電爐為40-50)，可以增加水冷爐壁使用面積，降低耐火材料單耗，縮短短網(wǎng)長度，降低阻抗；(3)出鋼時鋼液垂直下降，呈圓柱形流人鋼包，縮短了鋼液進入鋼包的路徑，減少了鋼液二次氧化，減少鋼液溫降，從而節(jié)約電能；(4)可以有效阻斷出鋼時電爐氧化爐渣的流出，從而提高

37、向鋼中加人的鐵合金的收得率；(5)提高了鋼液的純凈度，減少了夾雜物的含量，提高了鋼液脫硫效率，并能防止鋼液回磷。(6)可以降低出鋼溫度，進而減少單位電耗，縮短出鋼時間。正是由于上述一系列優(yōu)點，從而實現(xiàn)了電爐與精煉爐的最佳配合。114. 什么是底吹攪拌技術？底吹技術是在爐底安裝噴嘴或透氣磚，將氣體(惰性氣體或氧氣等)吹人煉鋼熔池，加強鋼液攪拌，提高電弧爐冷區(qū)熱量的傳遞速率，促進熔池溫度和成分均勻化，加快爐內(nèi)反應進行速度。從而降低電耗，減少電極和石灰的消耗，提高生產(chǎn)效率，并能降低脫氧用鋁耗量和鐵合金耗量采用底吹攪拌技術，更能發(fā)揮超高功率電弧爐的水平，適應其快節(jié)奏、高效率的特點，提高生產(chǎn)率，降低消耗。115. 電極智能控制技術對冶煉電耗起到什么樣的影響？電弧爐人工智能電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)(IAF)的控制原理是模擬人的大腦神經(jīng)系統(tǒng)，通過記憶、對比、映射等方式，從被控系統(tǒng)的輸入和輸出數(shù)據(jù)去學習被控對象，記憶各種運行狀態(tài)，周期性優(yōu)化內(nèi)部控制參數(shù)，不斷完善其控制；是一