電弧爐熔煉節(jié)能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展

1、電弧爐熔煉節(jié)能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展勝山（工業(yè)大學(xué)機電研究 430070 ）摘 要：敘述了電弧爐在采用熔煉新技術(shù)，降低電氣設(shè)備電能損耗，控制岀鋼溫度、渣量和留鋼量，加強 爐料管理和生產(chǎn)組織管理等方面的節(jié)能措施及其應(yīng)用效果，探討了電弧爐熔煉節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：電弧爐；熔煉；節(jié)能電弧爐和感應(yīng)電爐是鑄鋼的兩種主要熔煉設(shè)備。與感應(yīng)電爐比較，電弧爐具有如下主要優(yōu)點：電弧爐爐渣參與冶金反應(yīng)，可有效去除硫和磷；對原材料的要求較低，可以使用廢鋼 和鑄造回爐料以任何比例組成的爐料；鋼水質(zhì)量容易得到保證，適于生產(chǎn)各種鑄鋼件。但是也有不足，例如：有電弧超高溫作用，元素燒損較多；無電磁攪拌作用，不利于鋼液溫度均

2、勻和夾渣上?。患訜崴俣容^慢，熱效率較低，能耗較高。據(jù)測算：輸入電弧爐的能量只有約57 %直接用于電弧爐煉鋼，其余43%左右為損失熱量。損失的熱量中，約12.5 %為爐蓋和爐壁冷卻水損失，約23%為廢氣帶走的損失，約7.5 %為爐渣帶走的損失。因此，電弧爐的節(jié)能是一個重要課題。近40年來，電弧爐節(jié)能降耗的多種技術(shù)措施得到發(fā)展和應(yīng)用。圖1定量描述了這些技術(shù)措施在降低電弧爐的熔煉時間、電耗與電極消耗方面 的預(yù)期效果。但是，能源和電極的實際消耗量要比圖中數(shù)據(jù)高：德國在2005年的能耗是525kWh /t+天然氣11mi/t ;美國2000年的能耗數(shù)據(jù)是電500kWh /t+煤23kg/t+氧氣34mf

3、/t+ 天然氣8.5m3/t。-康沖M趙-商寺皿迖電9氏孤） （水從油I：扛(kriLH圖i電弧爐熔煉技術(shù)措施的發(fā)展歷程及其效果可見：電弧爐的節(jié)能還是一項需要廣大鑄造工作者繼續(xù)努力的長期課題。電弧爐節(jié)能可從以下三個方面著手：一是采用新技術(shù)減少熱損失； 二是降低電弧爐有關(guān)電氣設(shè)備的電能損耗；三是加強生產(chǎn)管理，降低能耗。1采用新技術(shù)1.1高功率煉鋼法高功率煉鋼法是通過增大熔化功率，加大熔化電流，縮短熔化時間，來達到節(jié)能目的。許多企業(yè)采用這項技術(shù)后，取得了較好的節(jié)能效果。如某廠的3t電弧爐，原變壓器容量為650kVA,在變壓器容量改為1250kVA后，熔化期時間縮短了一半左右，噸鋼電耗也隨之降低。但

4、在采用高功率煉鋼法時，應(yīng)注意供電曲線的合理選用，不能整個過程都采用高功率煉如某廠一臺5t電弧爐，變壓器擴容46kWh/t。同時按熔煉各時期的特點確立用鋼，否則不但不會使煉鋼單耗降低，反而會使單耗增加。后，整個過程都采用高功率煉鋼，結(jié)果煉鋼單耗反而上升了 實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)電弧爐的特性曲線確定作業(yè)電流,電規(guī)。目前，我國鑄鋼行業(yè)所用的電弧爐數(shù)量很多，卻很少有測定電弧爐用電特性曲線的。圖2是電弧煉鋼爐的用電特性曲線示意圖。i i. K 電剛*圖2交流電弧煉鋼爐的用電特性曲線從圖2可見：(1) 電壓一定時，隨電流增大，來自電網(wǎng)的功率Pi增大。到達P曲線的峰值以后，由于設(shè)備的功率因數(shù)COS)降低，無功功

5、率P3增大，Pi不但不增大，反而急劇下降?？梢?，盲目增大 電流不僅無益，而且對電網(wǎng)和設(shè)備都非常有害。(2) 實際上用于煉鋼的有用功率 P2的峰值與Pi峰值所對應(yīng)的電流并不一致。P2峰值對應(yīng)的電流Io, 一般都小于Pi峰值所對應(yīng)的電流I。Pl最大時，由于電器設(shè)備的阻抗而損失的無功 功率P3增大，電效率n下降，有用功率 P2并不最大。因此，電弧爐運行的作業(yè)電流應(yīng)該是Io,無論如何也不應(yīng)超過I。(3) 目前還不可能用儀表顯示有用功率P2并用以控制電爐的供電，一般都用電流控制。電流控制是靈敏的，但如無特性曲線為依據(jù)，就可能導(dǎo)致效率降低，電耗增大。例如：當作業(yè)電流為I 1時，認為功率不足而增大電流，當然

6、是正常的，但如簡單地將作業(yè)電流增大到 I 2,輸入的功率大幅度增加，而有用功率并未增加。電弧爐煉鋼過程中，由于各熔煉階段具有不同的特點，所以還應(yīng)根據(jù)每一熔煉階段的爐況確定各自的作業(yè)電壓，以便在盡可能的發(fā)揮變壓器的供電能力的同時，減少熱損失，并提高爐襯的壽命。作業(yè)電壓愈高，則輸入功率愈大。但電壓愈高，電弧也會愈長，對爐墻、爐蓋的輻射也增強，熱損失增大。只有在熔化期間，電弧埋入爐料后，才可用最高電壓，正好這時需要最 大的功率。氧化期間，鋼液處于沸騰狀態(tài)，而且爐渣的黑度系數(shù)大，易于吸熱，電弧的能量 較易于傳遞到爐渣和鋼液，可用適中的作業(yè)電壓。由于此時電弧是裸露的，不宜用最高電壓。 還原期間，鋼液靜止

7、，不利于提溫，且此時爐渣黑度系數(shù)小，易反射電弧熱量于爐襯、爐蓋,故應(yīng)避免電弧太長，宜用低電壓作業(yè)。每一臺電弧煉鋼爐安裝完畢后，都應(yīng)根據(jù)電氣設(shè)備配置的具體情況，通過短路試驗測定線路的基本參數(shù)，再計算每一電壓下線路的平均參數(shù)，畫出每一級電壓下的用電特性曲線。每一鑄鋼廠都應(yīng)按照電爐設(shè)備特點和所煉鋼種冶煉要求，制定合理用電規(guī)，規(guī)定冶煉各階段作業(yè)電壓；再根據(jù)電爐在每一種電壓下作業(yè)時的特性曲線，規(guī)定作業(yè)電流。據(jù)初步估算，如采用合理用電規(guī)，熔煉電耗至少可降低 5%。前述5t電弧爐，在重新合理選用供電曲線后，單耗下降了104kwh/t，取得了較好的節(jié)能效益。1.2輔助熔化技術(shù)及設(shè)備隨著電弧爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展，輔

8、助熔化技術(shù)及設(shè)備越來越完善。常見的輔助熔化技術(shù)有吹氧助熔、煤氣或油助熔和底氣攪拌等。在電弧爐冶煉過程中進行強化用氧的目的除了加快脫碳速度以外，還充分利用氧氣與原料中易氧化元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所放出的熱量，達到節(jié)能降耗的效果。各種元素氧化的理論熱值如表1所示。吹氧助熔可以使熔化期縮短2030min，鋼水熔煉能耗可下降 80100kwh /t。強化用氧技術(shù)已經(jīng)成為電弧爐煉鋼重要的技術(shù)方向。表1熔池中各元素氧化產(chǎn)生的理論熱值元素產(chǎn)物 -反應(yīng)熱相對成本（參考值）kJ/kgkW- h/kgAlAl2O14 5724.053.7SiSiO211 3293.153.2MnMnO2 1760.606.0FeFeO

9、4 2501.181.8CCO11 6393.230.5 0.6CCO34 8389.680.3 0.6合理的吹氧助熔時間， 不但可以達到快速化料的目的，還可以節(jié)約氧氣，減少爐料燒損。一般應(yīng)在爐料大部分發(fā)紅、爐底出現(xiàn)熔池時，開始吹氧助熔，壓力掌握在0.40.6MPa。可采用廢電極塊、焦炭提高配碳量，適當提高用氧強度。在鋼中磷含量不高的情況下，盡量不要使用礦石，因為礦石氧化是吸熱反應(yīng)，受影響環(huán)節(jié)多，脫碳速度慢，而氧氣氧化是放熱 反應(yīng)，脫碳速度快，明顯縮短熔氧時間。 如每噸鋼氧化掉0.1 %碳，用氧氣氧化比用礦石氧 化省電16 kWh。煤氣助熔是將煤氣和氧氣由噴槍送入爐，在爐膛燃燒以加熱爐料。噴槍

10、的結(jié)構(gòu)較為簡單，即用2根不同直徑的不銹鋼管，同心地套在一起而成，并安裝在爐前一側(cè)的旋轉(zhuǎn)架上。油氧 噴槍可安裝在爐膛的低溫區(qū)，渣線以上150200 mm勺爐墻上與水平線成 13°18°夾角。一般采用煤氣助熔后，可節(jié)電15 %20%，效果顯著。電爐煉鋼中應(yīng)用噴粉技術(shù)，在國外已十分普遍。部分輔料如石灰粉、碳粉、鐵合金粉、鋁渣粉劑、脫硫劑等，依靠設(shè)置在爐前的料罐和粉體輸送計量裝置，以壓縮空氣或氮氣作載體，直接噴吹到電爐溶池里。粉狀料的噴吹輸送強化了冶煉過程，可有效地控制爐況， 提高脫磷、脫硫反應(yīng)速度，對節(jié)電、縮短冶煉時間均有良好的效果，同時改善了作業(yè)環(huán)境。底氣攪拌等技術(shù)可使熔化時間

11、由原先的34h降至5060min，也有著較好的節(jié)能效益。1.3泡沫渣埋弧冶煉技術(shù)泡沫渣埋弧冶煉技術(shù)是指： 在電弧爐冶煉過程中，吹氧的同時向熔池噴碳粉或碳化硅粉， 加劇碳氧反應(yīng)，在渣層形成大量的CO氣體泡沫，使渣層厚度達到電弧長度的2.53.0倍,電弧完全被屏蔽，從而減少電弧輻射，提高電弧爐的熱效率， 縮短冶煉時間，降低電能消耗， 延長爐襯和爐頂?shù)氖褂脡勖?，大幅度地提高生產(chǎn)率。實現(xiàn)泡沫渣冶煉的方法很多. 但無論哪種方法都是使渣中的 FeO與C反應(yīng)生成CO氣體, 彌散在渣中，形成液渣膜分隔的密集排列的氣孔狀結(jié)構(gòu)，CO氣泡緩慢地從渣中溢出，使爐渣保持泡沫化的狀態(tài)。泡沫渣的堿度、渣中 FeO質(zhì)量分數(shù)等

12、是影響發(fā)泡性能的重要參數(shù)。圖3、圖4分別表明了泡沫渣堿度和成分對泡沫渣高度的影響。12001234堿度fcrv曲衍)fid14406080E出翌虛衆(zhòng)屈圖3爐渣堿度對泡沫渣高度的影響爐渣的粘度也影響泡沫渣的形成。熔渣粘度低，圖4爐渣中w(FeO)對泡沫渣高度的影響發(fā)泡性能差。隨粘度的升高，熔渣發(fā)泡幅度增大，粘度為 8Pas時達到最大值。主要原因是：當熔渣粘度適當增大，氣泡聚集長 大上浮逸出的速度減慢，而使泡沫渣穩(wěn)定時間持續(xù)延長。若熔渣粘度過高，彈性較差，液渣膜易破裂，使氣泡穩(wěn)定性減小，故爐渣泡沫化的程度反而降低。電弧爐煉鋼采用泡沫渣埋弧冶煉工藝，能有效節(jié)能降耗。因此無論是超高功率電弧爐還是普通功

13、率電弧爐，采用泡沫渣冶煉工藝都很普遍。其具體使用效果如下：(1) 提高傳熱效率電弧爐煉鋼是靠電弧加熱。 若電弧過長，則對爐襯和爐頂?shù)臒彷椛湓黾?，使熱損失增大，同時也使爐襯和爐頂?shù)膲勖档停突鸩牧舷脑黾?，生產(chǎn)率受到影響。為克服上述缺點， 不得不采用短電弧和大電流供電。但是，電流過大會使電能消耗增加。而泡沫渣冶煉工藝可使電弧被泡沫渣屏蔽，故可采用長電弧高電壓供電，因而使電能消耗減少， 同時也使傳熱效率得到提高，功率因數(shù)由 0.63提高到0.88。由于沒有劇烈的沸騰，熔池的升溫速度持續(xù)穩(wěn) 定，可達612C /min。圖5為國某廠5 t電弧爐采用泡沫渣冶煉工藝與普通渣工藝的升溫速度的關(guān)系曲線。又由

14、于電弧被屏蔽，使電弧穩(wěn)定，電壓和電流的波動減小，電弧閃爍亦相應(yīng)減小，變壓器的功率得以充分發(fā)揮，并能穩(wěn)定電網(wǎng)，使傳熱效率由30%提高到60%。圖5氧化期泡沫渣工藝與普通渣工藝升溫過程比較(2) 降低電能消耗用長電弧高電壓供電， 可使電能消耗降低。采用泡沫渣冶煉工藝，必須向熔池大量吹氧， 形成以氧代電。據(jù)某廠統(tǒng)計：采用泡沫渣冶煉工藝后，可使每爐鋼的平均冶煉時間縮短17min，每噸鋼節(jié)電116.3kWh,爐襯壽命提高 65%。另外，由于加入碳粉等還原劑，使渣中 FeO的還原率可達60%，使金屬收得率得到提高。(3) 降低電極消耗電弧爐煉鋼過程中電極消耗的50%70%是由電極表面的氧化造成。據(jù)測定，碳

15、和石墨的氧化大約從500C開始，超過750C氧化急劇增加，且隨著溫度的升高而加劇。電極表面氧化消耗的量 G與氧化速度V、電極表面積 S工作時間t有關(guān)，其表達式為：G % V S- t可見電極在惡劣工作環(huán)境中工作時間越長，電極在高溫下暴露在環(huán)境中的表面積越大，電極氧化損失也越大。而采用泡沫渣埋弧冶煉工藝后，由于電弧被渣層屏蔽， 電弧的輻射熱相對于普通渣工藝減少，環(huán)境溫度相對較低，因而可減少電極的氧化，又有利于提高二次電壓， 降低二次電流，使電能消耗減少，電極消耗減少2 kg/t鋼以上，使生產(chǎn)成本降低，生產(chǎn)率提高，同時也使噪音減小，噪聲污染得到控制。造泡沫渣的手段也在不斷完善，從最初的僅在電爐配料

16、中增加焦炭的用量發(fā)展到用噴射 設(shè)備向爐噴入碳粉或其它的泡沫渣制劑。噴吹手段也從最初的手持吹氧管到目前采用機械化自動控制的噴吹裝置， 使泡沫渣冶煉工藝趨于完善。泡沫渣制劑也由單獨的含碳型向復(fù)合型發(fā)展，其功能也趨于多樣化。 表2為國某廠的泡沫渣制劑成分。表3為某廠泡沫渣制劑的理化性能檢驗結(jié)果。表2國某廠的泡沫渣制劑成分成分CaOSiO2 FeOCaF2 MgO鋇系化合物含量/%4552<8 10 2581211225表3某廠泡沫渣制劑的理化性能檢驗結(jié)果熔點廠c熔速/% （ 1300 C時）粒度/mm水分/%均勻度/%11801250203<0.5> 981.4偏心爐底出鋼電弧爐偏

17、心爐底出鋼的基本特征是：取消原有電弧爐的出鋼槽，在毗鄰原出鋼側(cè)的外殼另設(shè)一個出鋼箱，其部砌筑耐火材料， 構(gòu)成一個具有一定空間的小熔池，與原有大熔池經(jīng)圓滑過渡而相互連通。出鋼口垂直地安裝在小熔池底部，利用出鋼口開閉機構(gòu)和爐底傾動裝置，不僅能順利出鋼，而且還能將部分鋼水和全部爐渣留在爐。偏心底出鋼電弧爐如圖6所示。圖6偏心底出鋼電弧爐1 岀鋼口座磚 2-岀鋼口消耗管磚 3 填充物4 尾磚5 隔離環(huán)6 水冷環(huán)7 底蓋系統(tǒng)電弧爐采用偏心爐底方式出鋼，與槽式出鋼方式相比有諸多優(yōu)點：(1) 可以做到無渣出鋼，可進行留鋼、留渣操作(留渣量10%15%)，從而有效地 利用能源預(yù)熱廢鋼，縮短冶煉時間，降低電耗。

18、(2) 減小了電弧爐傾動出鋼的角度(約15° ),可以縮短大電流電纜長度，電路電抗值也因此減小，從而減小功率耗損，同時可以擴大水冷爐壁的面積，減少熱態(tài)補修工作量和爐體熱損失。(3) 爐子輸出功率因電抗減小而增加5%，因增加水冷爐壁面積又可增加5%。(4) 粗而短的出鋼鋼流， 加速了出鋼進程，出鋼時間減少近4 min，減少溫降50C左右。 據(jù)某鋼廠3t爐上試驗：電弧爐采用偏心爐底方式出鋼后，電耗降低63KWh/t，冶煉時間減少40 min，節(jié)能效果明顯。1.5合理超裝爐料技術(shù)煉鋼電弧爐的電耗指標與裝料量有關(guān)。其過載超裝量取決于電爐變壓器容量、爐膛尺寸和爐襯壽命。對于已有的電弧爐來說，應(yīng)

19、根據(jù)這些因素的具體情況選擇其合理的過載超裝量。 經(jīng)過調(diào)查研究表明：對于我國已有的電弧爐來說，其合理超裝量應(yīng)與表4所列數(shù)據(jù)相符。確定電弧爐過載超裝量的節(jié)電效果時，可利用單位耗電量隨熔煉爐料而變動的關(guān)系曲線(見圖7)。市某鑄鋼廠有一臺5噸電弧爐，以前平均裝料量為5噸，單位耗電量為 750kW-h /t，采用合理超裝后，裝料量達8噸，按圖7所示曲線可查出采用合理超裝以前和以后的單位耗電量，即超裝量為額定容量的60%由圖7可知超裝前的耗電百分數(shù)為100%,超裝后的耗電百分數(shù)為87%，則采取超裝措施后的耗電量為0.87 X 750= 652.5kWh /t ,則每噸鋼節(jié)電量為 750-652.5=97.

20、5kWh /t 。表4電弧爐的合理超裝量合理超裝量/t電爐的額定容量/t0.51.53.05.010.015.020.030.00.8 -0.90.7 0.82.3 -2.52.0 2.24.4 -5.03.8 4.27.5 -8.06.0 7.014 1612 1320 2318 2028 3124 2840 4235 38熔煉普通鋼熔煉優(yōu)質(zhì)鋼圖7單位耗電量隨熔煉爐料而變動的曲線從上面例子可以看出，電弧爐超裝是提高電爐生產(chǎn)率、節(jié)省電能的一項有效措施。在熔化初期，爐中裝入冷料，電弧被爐料所包圍，爐料吸收電弧熱量的條件最好，水冷構(gòu)件被遮蔽，爐氣溫度不高，量也不大。因此，這階段爐子的熱損失功率大大

21、減小了。這時，電弧直接向固體爐料傳熱，爐襯與爐料的熱交換量非常小。隨著爐料熔化，電弧開始暴露在熔池面上， 爐氣溫度增高，水冷物件的熱損失功率增加， 爐襯受電弧直接輻射。這時電弧能量只有約三分之一直接傳向熔池， 而三分之二要間接地通 過爐襯再傳給熔池。所以爐襯溫度大大提高了。 這階段爐子的熱損失功率要比前階段大得多。所以，要提高爐子的熱效率，減少熱損失，就要延長前一階段的時間。采用超裝的辦法， 就使電弧被爐料包圍的時間相對延長了，也即使爐子在較低熱損失功率下的工作時間延長了從而降低了熔化期的平均熱損失功率，提高了平均熱效率，電弧功率的平均值也增大了。這里要特別指出的是： 每一臺電弧爐，變壓器和相

22、關(guān)的供電設(shè)施都是按爐子的額定容量 配置的，電壓不可能隨意改變；如果過分擴容超裝，勢必要增加能量輸入，電壓變不了，只 能盡量增大電流；而盲目增大電流，必然導(dǎo)致無功功率增大，電效率降低，單位產(chǎn)品能耗大增，而且會使爐襯壽命縮短。偶爾生產(chǎn)一、兩件較大鑄件，不得不超過合理的超裝容量，以 提供足夠鋼液，作為權(quán)宜之計可以。把過分擴容超裝作為常規(guī)，是很不應(yīng)該的。此外，這種 做法，實際上是以低功率、超低功率進行冶煉，與當前為降低電耗而向高功率、超高功率發(fā) 展的趨勢背道而馳。其他國家的電弧爐擴容，一般都不超過額定容量20%。另外，擴容超裝過多會降低鋼液的冶金質(zhì)量。電弧爐煉鋼過程中，一些主要的冶金過程，如鋼液的升溫

23、、脫磷、脫硫、脫氧、脫除非金屬夾雜物等，都通過鋼液/爐渣界面進行。鋼 液與爐渣間的界面面積越大，越利于各種冶金反應(yīng)進行。為此，渣線處的爐缸直徑與熔池深度之比應(yīng)保持一個合理的值，一般應(yīng)該是5: 1左右。若熔池太深，則不利于鋼液溫度的控制，脫磷、脫硫、脫氧、脫除非金屬夾雜物等過程也都受到制約，勢必使鋼液冶金質(zhì)量低下。由于爐殼直徑固定，擴大容量只能靠增大爐缸深度。過分擴容超裝，必然大幅度減少鋼液/爐渣界面面積，使熔煉過程接近于簡單的熔化。這樣做，實際上是舍質(zhì)而求量。1.6余熱利用技術(shù)化學(xué)熱再利用-二次燃燒二次燃燒技術(shù)是通過二次燃燒裝置噴射適量的輔助氧氣來燃燒CO和操作中產(chǎn)生的其他氣體，放出大量的熱量

24、預(yù)熱周圍的廢鋼并返回熔池部，從而縮短冶煉時間，增加電弧爐的生產(chǎn)率，取得節(jié)能降耗的效果，還可提高爐料的配碳量，也有利于廢氣處理。二次燃燒技術(shù)主要包括三項技術(shù)：水冷氧槍、氧氣流量控制和氣體分析系統(tǒng)。某公司在應(yīng)用二次燃燒技術(shù)時主要技術(shù)方案是：找到電弧爐富 CO區(qū)及co在電弧爐煉鋼過程中生成CO的規(guī)律；在不改變超高功率電弧爐原配置的MORE型超音速碳氧噴槍主體結(jié)構(gòu)的前提下，對二次燃燒的槍結(jié)構(gòu)進行改進，自行研制出具有獨特功能的復(fù)合槍；通過復(fù)合槍將90%94%純度的氧氣輸入到爐富 CO區(qū)，與CO充分混合燃燒放出大量化學(xué)能，直接 傳給廢鋼和鋼液。該技術(shù)燃燒區(qū)域集中，傳熱效率高，以化學(xué)能代替電能，減少CO向大

25、氣排放，節(jié)約能源。物理余熱利用-廢鋼預(yù)熱前已述及：電弧爐煉鋼生產(chǎn)過程損失的熱量中，廢氣帶走的損失最大，約23%。如果在電弧熔化廢鋼前， 將爐氣的顯熱和化學(xué)熱回用于廢鋼預(yù)熱，可顯著節(jié)省爐輸入能量， 縮短熔化時間，降低輸入功率，提高爐子生產(chǎn)率和金屬收得率，節(jié)省電極和耐火材料，減輕環(huán)境污染。有文獻介紹：電爐廢氣的溫度約300700C ;利用這些熱量將廢鋼進行預(yù)熱，可以降低冶煉電耗2025 kWh/t，熔化時間縮短810min，電極消耗降低0.20.6kg/t ，耐火 材料消耗降低15 %。圖8、圖9為采用廢氣預(yù)熱爐料技術(shù)前后的能量平衡對比圖。采用爐料廢氣預(yù)熱技術(shù)后，廢氣帶走的熱損失僅占 8.5 %，

26、比例下降了 14.5 %，電耗下降了 95kWh/t。爐 f' r-s%M/-4JOOkWh 十巧 l %爐子 70kWh * t -12%反應(yīng)50k- I ' 5%mwi, 圖8采用廢氣預(yù)熱技術(shù)前能量平衡圖圖9采用廢氣預(yù)熱技術(shù)后能量平衡圖由此可見：回收廢氣可大大降低能耗，這也是近年來電弧爐煉鋼節(jié)能研究的一個主要方向。目前，常用爐料預(yù)熱設(shè)備有三種，如圖10、圖11、圖12所示。圖10預(yù)熱爐式電弧爐1 電弧爐2 風門3 旋轉(zhuǎn)罩4 冷卻塔5料罐6 臺車7-預(yù)熱爐8 燃燒室圖11單料罐預(yù)熱式電弧爐電弧爐2 風門3 旋轉(zhuǎn)罩 4 冷卻塔5料罐6 燃燒室圖12雙料罐式電弧爐1電弧爐2 風門

27、3 旋轉(zhuǎn)罩4 冷卻塔5 容器6 料罐7 燃燒室國外能夠同時實現(xiàn)廢鋼預(yù)熱的典型電弧爐有Funchs豎式電弧爐和 Constee1橫式電弧爐。它們采用連續(xù)和半連續(xù)加料，一方面可回收廢氣帶走的熱能，另一方面還可使物流順暢。Funchs豎爐電弧爐是將傳統(tǒng)的爐外廢鋼預(yù)熱裝置移到爐子上部，進行爐廢鋼預(yù)熱，充 分進行二次燃燒化學(xué)能的轉(zhuǎn)換和高溫爐氣的物理余熱回收，兼顧過濾煙塵。Con stee1橫式電弧爐的廢鋼預(yù)熱裝置為水平式，布置在電弧爐側(cè)面的上部，見圖13。圖13 Consteel爐廢鋼預(yù)熱示意圖對于有富余煤氣或煤等燃料的企業(yè)，將廢鋼加熱到7001100C,使帶有大量物理熱的廢鋼裝入爐中，也能顯著地縮短熔

28、化時間，降低電耗。如將廢鋼加熱到800C，至少能使煉 鋼的耗電量降低 120130 kWh /t。2 降低電氣設(shè)備的損耗有資料介紹：煉鋼電弧爐電氣設(shè)備的電耗占總電能損耗的25左右。因此，有必要采取相關(guān)技術(shù)措施，來控制這部分電耗，以降低總的煉鋼單耗。2.1 電爐變壓器的節(jié)能改造2.1.1 變壓器的合理選用電爐變壓器的容量如選擇過小， 會降低功率因數(shù)， 影響變壓器效率， 同時超載運行又會 使變壓器銅耗增加，致使變壓器發(fā)熱加劇。如某廠5t電弧爐，原變壓器容量 2250kVA,額定銅耗43.58kW，超載運行后，銅耗為 73kW增加了近30kW。合理選擇容量后，變壓器的 溫度從改造前的75C降至35C

29、，銅耗明顯下降。2.1.2 變壓器的保容改造重新更換變壓器能達到節(jié)能降耗的目的， 但資金困難的企業(yè)難以實現(xiàn)。 這時可采用保容 改造的方法，既能達到節(jié)能降耗的目的，又能緩解資金困難。保容改造主要是通過鐵芯和線圈改造來降低變壓器的損耗，降低工作溫升， 提高工作電流，縮短熔煉期，從而達到節(jié)能降耗的目的。 某3t電弧爐保容改造后，熔煉期縮短了 30min , 噸鋼節(jié)電28.58kW h，一年半即可收回投資。2.2 電抗器的合理使用在電弧爐熔化期 , 由于爐料熔化崩塌等原因，常會造成短路，帶來電流波動較大、電弧 不穩(wěn)定等問題，此時需投入電抗器限制短路電流，以穩(wěn)定電弧燃燒。但當電弧開始穩(wěn)定時， 應(yīng)及時切除

30、電抗器 , 以提高功率因數(shù)。如電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)的跟隨性很好，能起到穩(wěn)定電弧的作 用，也可不加電抗器，這樣做節(jié)能效果會更好。2.3 短網(wǎng)改造短網(wǎng)是指電爐變壓器低壓端至電爐電極的一段導(dǎo)線。它主要由矩形銅母線排、補償器、 撓性電纜、水冷銅管、電極夾頭和石墨電極等部件組成。其中撓性電纜一般采用銅芯電纜， 容量大的電爐可用水冷電纜。由于短網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 通過電流大等原因， 電能損耗較大， 一般 約占傳輸總電量的 9 13。因此，進行短網(wǎng)改造， 降低短網(wǎng)損耗是節(jié)電的一個有效途徑。2.3.1 降低短網(wǎng)電阻短網(wǎng)電阻主要由有效電阻、接觸電阻和附加電阻三部分組成。 短網(wǎng)有效電阻與短網(wǎng)長度和截面有關(guān)。 有效電阻可通過合理

31、選擇導(dǎo)線截面和根數(shù)等措施 來降低。 在選擇導(dǎo)線截面時， 主要應(yīng)考慮減少集膚效應(yīng)的影響， 當導(dǎo)線截面超過 600mm2 時， 應(yīng)選用兩根以上的導(dǎo)體。 另據(jù)有關(guān)資料介紹：5t電弧爐在10kA運行時，短網(wǎng)減短1m可減 少功率20kW 每噸鋼可節(jié)電 15kW-h左右?？s短短網(wǎng)的具體措施有：移動電爐變壓器使其盡量靠近電爐；在變壓器下加支持底座， 使各段短網(wǎng)處于同一水平面上； 在保證電弧爐正常工作的前提下， 減少電纜長度。 為了避免 因變壓器靠近電爐而引起輻射熱增加， 可在爐上加循環(huán)水冷卻爐或在變壓器和電爐之間設(shè)置防護罩。電弧爐短網(wǎng)的接頭較多，而通過短網(wǎng)的電流很大，如果接頭連接不良， 就會使接觸電阻增大，

32、不但會增大短網(wǎng)的功率損耗，而且還可能燒毀接頭。因此，應(yīng)盡量減少接頭，對不拆 卸的接頭應(yīng)采用焊接的方法或增大接觸面積，接觸面應(yīng)保持清潔平整，使之有足夠的接觸壓力。近年來，隨著電接觸導(dǎo)電膏的問世，在接頭處涂抹導(dǎo)電膏又成為降低接觸電阻的新方法。導(dǎo)電膏是一種含導(dǎo)電填料和膠粘劑的具有流動性的糊狀導(dǎo)電涂料。使用導(dǎo)電膏不僅可以降低接頭的接觸電阻值， 而且還可以降低溫升。據(jù)資料介紹： 使用導(dǎo)電膏后，可使接頭的接 觸電阻下降25%75%，溫升下降25%75%。附加電阻的產(chǎn)生與短網(wǎng)附近的鐵磁構(gòu)件在電磁感應(yīng)作用下產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗有關(guān)。 這些構(gòu)件的損失約占總電阻損失的15%20%。降低附加電阻的辦法是：在短網(wǎng)周圍

33、盡量避免使用鐵磁材料；鋼質(zhì)物體應(yīng)離短網(wǎng)遠些； 在閉合的鋼性物體中建立空氣隙和加絕緣墊。2.3.2 減少短網(wǎng)電抗和三相阻抗的不平衡短網(wǎng)在接線時，應(yīng)盡量采用雙線布置方式。這種布線方式可實現(xiàn)磁通補償，降低短網(wǎng)電抗，增加三相阻抗平衡系數(shù)。三相短網(wǎng)在空間布局時，應(yīng)將中間相抬高，使其呈正三角形布 置。這樣也有助于三相電抗平衡系數(shù)的改善。某廠在采取雙線布置后，功率因數(shù)從0.76提至0.84左右，取得了較好的節(jié)電效果。采用新型水冷導(dǎo)電橫臂改造短網(wǎng)橫臂是構(gòu)成電弧爐短網(wǎng)與電極升降機構(gòu)的一個重要部件。它的主要作用之一是支撐導(dǎo)電 鋼管；另一個作用是與立柱、電極夾頭相連，組成電極升降機構(gòu)，實現(xiàn)電極的上、下移動。普通短網(wǎng)

34、橫臂的導(dǎo)電和支撐電極兩個功能是分開的，存在故障率高、電能損失大等問題。近年來，隨著電弧爐的大型化與高功率化，整個短網(wǎng)部分的電阻與電抗值不斷加大，惡化了電弧爐主回路的電效率和功率因數(shù); 短網(wǎng)的導(dǎo)電銅管段帶來了許多麻煩問題。另一方面，隨著電弧爐工作電流的不斷加大，也給導(dǎo)電功能和橫臂的支撐功能合而為并配有大截面水冷電纜， 其短網(wǎng)阻抗較低，有著較好新型的電極橫臂一水冷導(dǎo)電橫臂把原來水冷銅管的的節(jié)能效益。中小型電弧爐的短網(wǎng)軟纜多數(shù)為空冷裸纜，造成接觸電阻大、使用壽命短、維修工作 量大、增加熱停工時間和三相電抗不平衡等缺點。大截面水冷電纜吸收了國外先進技術(shù)， 導(dǎo)線絞纜成股，各股線與銅連接采用一次壓接工藝，

35、電纜兩端為平面接頭，減少接觸電阻； 各股纜線用軟絕緣材料隔開，避免相互摩擦，電纜壽命可延長23倍。它可充分發(fā)揮變壓器能力，提高變壓器輸出功率10%。采用大截面水冷電纜可節(jié)電2%5%水冷導(dǎo)電橫臂如圖14所示，它取消了傳統(tǒng)的導(dǎo)電銅管及其支撐結(jié)構(gòu)，全部裝置均安裝 在整體的箱形橫臂之。短網(wǎng)電阻隨著溫度升高會增大，使短網(wǎng)的功率損耗增加。如在10kA運行下的短網(wǎng)，溫度每升高1C,每米母線約增加 36W損耗，因此，降低短網(wǎng)的溫度也可減少電能損耗。某廠采用新型水冷導(dǎo)電橫臂改造電弧爐，熔化率提高了13.3 %，冶煉電耗下降了12.7 %。圖 14 水冷導(dǎo)電橫臂1- 導(dǎo)電橫臂 2 電極夾頭 3- 電極 4 立柱

36、5- 水冷電纜中鐵寶橋股份鑄鋼車間采用新型水冷導(dǎo)電橫臂改造 6 t 電弧爐，取得如下的效果： 改造后平均每爐鋼水 (10 t 鋼水) 比改造前冶煉時間縮短 18 min 左右。 噸鋼耗電量降低 31 kWh左右。以6 t電爐鋼產(chǎn)量7500 t /a計算，可節(jié)電232.5MW h。按0.40 元/(kWh)計算，可節(jié)約電費9.3萬元/a。 電極消耗可降低 0.9 kg/t 左右，可節(jié)約電極約 7650 kg/a 。 故障率低，減少了維修人員的勞動強度和維修量，也節(jié)省了各種備件的費用。2.3.4 采用性能好的電極升降系統(tǒng)輸入電弧爐的功率與電弧長短有關(guān)。 冶煉時， 要求在最佳輸入功率曲線下維持規(guī)定的

37、電弧長度。但由于種種原因，煉鋼時電弧長度會發(fā)生變化，電弧功率偏離最佳輸入曲線， 致使電能損耗加大。這就要求電極能及時調(diào)整位置，維持規(guī)定電弧長度。微機控制變頻式電極調(diào)節(jié)器具有良好的快速性、準確性及可靠性。它能迅速、準確、平穩(wěn)地自動控制電極升降， 調(diào)整電弧長度， 達到自動控制電弧功率的目的； 而且系統(tǒng)控制精度 高，電流穩(wěn)定，故障率低，熱停時間少，縮短了冶煉時間，降低了電極消耗，并減少對電網(wǎng) 負荷沖擊。某廠使用這種調(diào)節(jié)器后，每爐冶煉時間縮短34min左右，噸鋼節(jié)電30 kW-h左右，節(jié)省電極 0.88kg/t 。此外，有的廠家用小慣性電極驅(qū)動裝置改造原有系統(tǒng)，也取得較好的節(jié) 能效益。如某廠改用晶閘管

38、小慣量電機驅(qū)動裝置后，噸鋼電耗下降了2530 kW- ho據(jù)國 20 余家企業(yè)的應(yīng)用實踐證明：微機控制變頻式電極調(diào)節(jié)器平均可縮短冶煉周期約 20min，節(jié)省電耗約50kW- h/t，節(jié)約電極 0.51kg/t , 一年左右就能回收技術(shù)改造費用， 節(jié)能效果顯著。據(jù)報道：日本鋼管公司采用ARMS-MARK-1計算機控制系統(tǒng)控制電極調(diào)節(jié)器，對電耗在500kW- h/t以上的電弧爐， 電耗可降低10%對電耗在450500kW- h/t的電弧爐，電耗則 可降低 5%左右。3 加強生產(chǎn)管理不能集中連續(xù)生產(chǎn)、 爐料管理不科學(xué)等因素也是造成電弧爐煉鋼能耗高的因素。通過加強生產(chǎn)管理可降低這方面原因造成的能耗。

39、具體可從改善爐料管理和生產(chǎn)組織方式等方面著 手。3.1加強爐料管理爐料管理是影響電耗的主觀因素，廢鋼質(zhì)量則是影響電耗的客觀因素。由于廢鋼質(zhì)量差、輕薄料多、夾雜嚴重、尺寸超長、單塊超重等原因，導(dǎo)致裝料不密實， 每爐鋼進料次數(shù)多。根據(jù)監(jiān)測，每多進一次料，需要延長冶煉時間25min，增加電耗 50kWh/t。個別廢鋼太長易造成爐蓋蓋不嚴，大量熱氣、火焰冒出而損失熱能。導(dǎo)電不良的 渣鋼及大塊廢鋼裝料位置不正確，易導(dǎo)致冶煉時搭橋塌料而打斷電極，使電極消耗量增加， 冶煉時間延長。因此，應(yīng)對廢鋼進行如下處理：過長的廢鋼應(yīng)割斷，使其不超過0.5 m；大塊廢鋼不得超過500kg ;對特殊輕薄料須進行打包處理；廢

40、鋼原料應(yīng)按大、中、小分別堆放。爐料裝得密實，不僅可以減少裝料次數(shù)，還可以提高爐料導(dǎo)電性能，使電弧燃燒穩(wěn)定， 熱能利用率高。要想減少裝料次數(shù)，提高裝料密實程度，就必須保證大、中、小爐料有恰當 的比例。對于中小型電弧爐，可按表 5配比裝料。表5中小型電弧爐爐料配比表爐料類型< 10kg10 50 kg50 250kg配比/%152540 4535 45在保證爐料配比的同時，要合理布料，做到上疏松、下密實、中間高、四周低、“穿井” 快、不搭橋，爐口無大料。裝料的順序為：先在底部鋪一半小料，小料上面輔大料，大料集中在電弧高溫區(qū)，中料可以加在大料上部和四周以填滿空隙，最上面再鋪剩余的小料，以利于電

41、極迅速“穿井”。3.2控制出鋼溫度、渣量和留鋼量據(jù)計算：鋼水溫度每提高 10C，冶煉電耗將上升 4 kW-h /t。在熔煉生產(chǎn)操作中，應(yīng)嚴 格控制出鋼溫度，采用紅包出鋼，在保證澆注順利的情況下適當降低出鋼溫度，減少鋼水帶走的熱量。由于現(xiàn)在電爐煉鋼所用廢鋼條件較好，在滿足冶金反應(yīng)的前提下，適當降低渣量，也是節(jié)電的一個有效途徑。因為熱平衡分析表明：熔渣帶走熱量比例高達7.5 %左右。如果在普通鋼中采用單渣操作，可使爐渣熱損失減少60%，相當于每噸鋼節(jié)電 40kWh。還應(yīng)嚴格執(zhí)行規(guī)定的留鋼量。留鋼量越多，越有利于提前形成熔池，具有穩(wěn)定電弧的作用，有助于造泡沫渣和熔化廢鋼。但留鋼量過多，會因這部分鋼水

42、反復(fù)升降溫而引起電耗增 加。3.3改善生產(chǎn)組織方式采用集中連續(xù)生產(chǎn)電弧爐熱容量很大， 如果不連續(xù)運行，就會浪費爐襯、電極等部件的蓄積熱量，使冶煉 時間加長，噸鋼電耗升高，同時增加了爐襯和電極的消耗。因此安排生產(chǎn)時，應(yīng)使電弧爐集 中連續(xù)運行。如由于鑄件生產(chǎn)的隨機性等原因，電弧爐不能完全連續(xù)生產(chǎn)，也要做到相對集中連續(xù)生產(chǎn)。采用連續(xù)生產(chǎn)不僅可使平均冶煉時間和平均噸鋼單耗下降，還能使生產(chǎn)率提高，其資金投入也比其他措施低， 是一項較好的節(jié)電措施。 某公司加強生產(chǎn)管理后， 其平均噸鋼 電耗由805.3 kWh/t降為713.0 kWh/t，下降了 11.5 %;平均生產(chǎn)率提高約4 %，有著良好的節(jié)電效益。3.3.2 選擇夜間開爐 夜間用電有高次諧波