電弧爐煉鋼工藝的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

緒論改革開放以來，我國電弧爐煉鋼技術(shù)緊跟世界電爐煉鋼工業(yè)的發(fā)展趨勢，得到了快速發(fā)展。特別是冶金工藝流程的革命性變換，如電爐從三期操作發(fā)展到只提供初煉鋼水的兩期操作，從模鑄到連鑄，從出鋼槽到偏心底出鋼，以及為了滿足連鑄生產(chǎn)的快節(jié)奏提高爐子生產(chǎn)率而采用多能源的綜合利用等等，所有這些改變都是促使為冶金工藝服務(wù)的電爐裝備也取得了突破性的發(fā)展。近十年，我國從國外先后引進(jìn)了交流超高功率電弧爐、直流電弧爐、高阻抗電弧爐、雙殼爐和豎爐。通過這些設(shè)備的調(diào)試、操作、維護(hù)以及備品的制造，提高了我國電爐制造的設(shè)計(jì)制造水平。在消化吸收與創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，我國大容量電弧爐的國產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)前電弧爐正朝著大型電弧爐、超高功率供電技術(shù)、采用各種爐外精煉、發(fā)展直接還原法煉鋼、逐步擴(kuò)大機(jī)械化自動(dòng)化及用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行過程控制等的發(fā)展，所以我們進(jìn)行了電爐煉鋼的設(shè)計(jì)，以適應(yīng)潮流的發(fā)展。本設(shè)計(jì)機(jī)密結(jié)合實(shí)際，包括八個(gè)部分，配料計(jì)算，爐型設(shè)計(jì)，電氣設(shè)備選擇，爐外精煉，連鑄設(shè)計(jì)，煙氣凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，車間布局設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)由內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院武哲毅設(shè)計(jì)。在編寫的過程中得到了張芳老師的指導(dǎo)，在此特別表示感謝。摘要當(dāng)前電弧爐正朝著大型電弧爐、超高功率供電技術(shù)、采用各種爐外精煉、發(fā)展直接還原法煉鋼、逐步擴(kuò)大機(jī)械化自動(dòng)化及用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行過程控制等的發(fā)展，所以我們進(jìn)行了電爐煉鋼的設(shè)計(jì)，以適應(yīng)潮流的發(fā)展。電爐的主要產(chǎn)品是鋼材，而鋼的質(zhì)量取決于電爐冶煉技術(shù)和工藝，目前我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)大量整合趨向于集中，整合資源優(yōu)化升級。本設(shè)計(jì)根據(jù)指導(dǎo)老師的課題范圍，查閱相關(guān)資料，結(jié)合南京地區(qū)實(shí)際條件，優(yōu)化設(shè)計(jì)150t直流電弧爐煉鋼車間。本次設(shè)計(jì)查閱國內(nèi)大型電爐車間設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容和文獻(xiàn)資料，明確本次設(shè)計(jì)的目的、方法，并向老師請教可行性方案。結(jié)合《煉鋼設(shè)備及車間設(shè)計(jì).》、《煉鋼設(shè)計(jì)原理》、《煉鋼設(shè)計(jì)原理》等資料進(jìn)行設(shè)計(jì)提綱的書寫。對電爐進(jìn)行配料計(jì)算，計(jì)算出電爐煉鋼的原料配比。對電爐電氣設(shè)備、爐外精煉、連鑄系統(tǒng)、車間煙氣凈化系統(tǒng)、煉鋼車間布局，結(jié)合國內(nèi)大型電爐進(jìn)行設(shè)定并向蘇老師探討可行的方法和數(shù)據(jù)。繪制電爐煉鋼車間平面布置圖。關(guān)鍵字：電弧爐，車間設(shè)計(jì)，連鑄，爐外精煉目錄2.2.32.2.43.53.5.13.5.23.5.33.5.44.2第一章、文獻(xiàn)綜述電弧爐煉鋼工藝的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢前言簡史1888～1892法國埃魯(P．L．T．He’roult)創(chuàng)建工業(yè)電爐，1900～1910年應(yīng)用于煉鋼，其后電爐容量和單位容量功率不斷擴(kuò)大，20世紀(jì)60年代初，又成功地發(fā)展成高功率、超高功率電爐，單位爐容量的變壓器功率逐步由300～400kV?A加大至700～1000kV?A。加上相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，從而大幅度地提高電爐煉鋼的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，20世紀(jì)80年代后，直流電弧爐逐步得到推廣采用。20世紀(jì)70年代前，中國的電爐一般都是30t以下的普通功率電爐。80年代開始建設(shè)50～。75t普通功率和高功率電爐，同時(shí)引進(jìn)建設(shè)了40～150t高功率和超高功率電爐，配備不同型式的爐外精煉設(shè)施，煉鋼工藝由傳統(tǒng)的電爐一步煉鋼法轉(zhuǎn)變?yōu)殡姞t與爐外精煉配合的二步煉鋼法，電爐承擔(dān)熔化任務(wù)，還原精煉移到爐外精煉裝置中進(jìn)行。工藝流程選擇傳統(tǒng)的電爐煉鋼車間采用電爐一模鑄的生產(chǎn)流程。新建的電爐煉鋼車間普遍采用高功率或超高功率電爐一爐外精煉一連續(xù)鑄鋼(簡稱連鑄)的新流程(圖1)。這種流程的最大特點(diǎn)是電爐主要作為爐料的熔化設(shè)備，而精煉任務(wù)移至爐外進(jìn)行，不僅可以提高電爐的生產(chǎn)率，而且也保證了鋼水質(zhì)量，解決了電爐與連鑄配合上的矛盾，有利于車間全連鑄的實(shí)現(xiàn)。電爐煉鋼車間的產(chǎn)品要考慮專業(yè)化生產(chǎn)，盡量避免品種多而全。車間的電爐座數(shù)應(yīng)根據(jù)車間產(chǎn)量和品種的要求選用1～2座電爐為宜。電爐鋼比重近年來，世界電爐鋼產(chǎn)量占鋼總產(chǎn)量的比重為32%一35%歐盟電爐鋼的比重已達(dá)到50%。由于電力資源不足以及廢鋼資源的短缺，我國電爐鋼所占比重仍較低。從1993年至今，我國電爐鋼生產(chǎn)的發(fā)展可分為3個(gè)階段，近幾年我國電爐鋼占鋼總產(chǎn)量比重總體呈下降趨勢。我國電弧爐座數(shù)逐年減少，爐容趨向大型化。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2007年>=50t電弧爐產(chǎn)能約占電爐鋼總產(chǎn)能的83.5%，成為我國電爐鋼生產(chǎn)的主體設(shè)備，但是多l(xiāng)oot電弧爐產(chǎn)能占電爐鋼總產(chǎn)能的比例不及45%，與發(fā)達(dá)工業(yè)國家仍存在較大差距[2]。因此，新建電弧爐應(yīng)嚴(yán)格按照《鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》規(guī)定，公稱容量不小于70t。生產(chǎn)情況1）生產(chǎn)鋼種目前國外150t以上的電弧爐幾乎都用于冶煉普通鋼，許多國家電爐鋼產(chǎn)量的60%一80%均為低碳鋼。而我國受廢鋼和電力資源不足的限制，電弧爐主要用于冶煉高合金鋼、大型鑄鍛件用鋼、不銹鋼等鋼種。隨著技術(shù)開發(fā)力度的繼續(xù)加大，我國電爐鋼質(zhì)量有較大提高，一些企業(yè)成功開發(fā)出氮含量小于等于80*10的(-6)次方鋼種，最低的氮含量可控制在30*10的(-6)次方，達(dá)到了轉(zhuǎn)爐鋼的水平，但目前電弧爐普遍生產(chǎn)轉(zhuǎn)爐鋼種不具備成本優(yōu)勢[4]。2）爐料結(jié)構(gòu)我國電弧爐消耗鋼鐵料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，噸鋼廢鋼消耗逐年減少，而噸鋼生鐵消耗逐年增加。

為降低生產(chǎn)成本，多數(shù)鋼鐵企業(yè)電弧爐煉鋼采用配加高爐鐵水工藝。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我國電弧爐煉鋼采用熱裝30%一35%的高爐鐵水效果最佳，也有少數(shù)鋼鐵企業(yè)選擇配加40%一50%的熱鐵水。目前國外還有電弧爐配加Corex鐵水的冶煉工藝，與高爐鐵水相比，鐵水質(zhì)量無明顯優(yōu)勢，但是生產(chǎn)和運(yùn)行成本較高，進(jìn)一步推廣還有較大難度。3）工藝措施目前電弧爐技術(shù)開發(fā)主要以提高能量輸人、縮短冶煉周期、提高生產(chǎn)效率為主。隨著國內(nèi)外電弧爐煉鋼向大型化、超高功率以及計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制等方向發(fā)展，生產(chǎn)企業(yè)為縮短冶煉周期、提高生產(chǎn)效率、降低電耗，研究了多種冶煉方式，并采用了不同的強(qiáng)化冶煉工藝技術(shù)和裝備。近年來出現(xiàn)的主要新型電弧爐有雙殼電弧爐、Consteel電弧爐、帶廢鋼預(yù)熱裝置的豎式電弧爐等，甚至出現(xiàn)了雙爐殼、同時(shí)帶有電極和氧槍，能根據(jù)爐料變化以電弧爐和轉(zhuǎn)爐兩種工藝操作的CONARC爐，稱為電轉(zhuǎn)爐。電弧爐冶煉工藝不斷改進(jìn)，總體目標(biāo)是縮短冶煉周期，工藝措施分類總結(jié)如下[3]:(l)提高噸鋼輸人電功率，如超高功率電弧爐、直流電弧爐、高阻抗或變阻抗交流電弧爐;(2)提高電效率、功率因數(shù)，如優(yōu)化電弧爐供電制度和短網(wǎng)結(jié)構(gòu)、采用導(dǎo)電橫臂、長弧操作、吹氨攪拌等;(3)提供化學(xué)熱源，如二次燃燒、氧燃燒嘴、碳-氧噴槍、底吹氧、外加熱鐵水技術(shù)等;(4)提供物理熱源，如廢鋼預(yù)熱、加適量的熱鐵水顯熱等;(5)優(yōu)化工藝，如偏心底出鋼、機(jī)械化加料系統(tǒng)和連續(xù)加料方式、快速測溫取樣分析等。短流程電爐煉鋼新技術(shù)1）廢鋼預(yù)熱[3]目前工為應(yīng)用較為普遍的新型廢鋼預(yù)熱的方式大約有以下三種:(1)豎爐法。豎爐法是德國?？怂?Fcrh)s公司開發(fā)的技術(shù)，該方法產(chǎn)生于20世紀(jì)80年代末期，其特點(diǎn)是在爐蓋一側(cè)直接裝有廢鋼預(yù)熱豎井，使排出爐外的電爐煙氣直接穿過待預(yù)熱廢鋼，高溫?zé)煔馀c豎井內(nèi)廢鋼進(jìn)行充分的熱交換，然后進(jìn)入除塵系統(tǒng)。與常規(guī)電爐比較，節(jié)電與節(jié)能效果可達(dá)lokow·隊(duì)，金屬收得率可增加2%.(2)雙爐殼法。20世紀(jì)60年代，瑞典第一次將雙爐殼電爐用于生產(chǎn)中，即用兩個(gè)尺寸完全相同的爐殼，共用一套供電系統(tǒng)，兩個(gè)爐子輪流進(jìn)行裝料、熔化、精煉出鋼操作，近年來在日本、德國也出現(xiàn)采用這種工藝操作的電爐，使電爐煉鋼的非通電時(shí)間大大縮短時(shí)可達(dá)到2一4分鐘(比常規(guī)電爐可縮短10~15分鐘)。雙爐殼電爐的主要特點(diǎn)是縮短冶煉時(shí)間，提高生產(chǎn)率(比如單電爐不易掌握，操作難度大，且與后步工序配合困難。此處，還多出一套爐殼的投資費(fèi)用，占地面積也相應(yīng)加大，因此建投資增加很多[5].(3)水平式廢鋼預(yù)熱一Cnoestel法水平熱煙道下部的傳送料車連續(xù)地送入爐內(nèi)，外排的爐內(nèi)煙氣與廢鋼逆向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行熱交換。在水平煙道中的不二次燃燒，出口煙溫度可達(dá)到1000℃。這種預(yù)熱方式可以最大限度地利用與減少煙氣中的物理熱與化學(xué)熱，同時(shí)煙氣中的氧化鐵塵粒同樣可由廢鋼吸附帶回爐內(nèi)，提高金屬收得率。水平、連續(xù)地預(yù)熱廢鋼，預(yù)熱后的廢鋼連續(xù)加入爐內(nèi)，帶來的好處不僅是煙氣余熱利用與減少煙塵排放，而且這種獨(dú)特的操作方式對穩(wěn)定供電很有好處。爐內(nèi)總能保持相當(dāng)部分的液態(tài)鋼水熔池，這非常有利于電極電弧穩(wěn)定，消除電網(wǎng)閃爍，保持較高的輸入功率[6]。廢鋼預(yù)熱方式可以給電爐冶煉帶來以下幾個(gè)好處:eq\o\ac(○,1)節(jié)約能量;eq\o\ac(○,2)節(jié)約時(shí)間;eq\o\ac(○,3)收得率提高;eq\o\ac(○,4)減弱電網(wǎng)閃爍。2）水冷爐壁和水冷爐頂現(xiàn)代電爐的平均水冷爐壁面積已達(dá)到70%，水冷爐頂面積已達(dá)到8%。該技術(shù)的采用使電爐的熱損失增加5%~10%，但由于節(jié)省了50%~75%的耐火材料成本和噴補(bǔ)料成本，并使?fàn)t頂壽命提高了50%。渣線上部耐火材料的維護(hù)作業(yè)被取消，使工人勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。同時(shí)，由于電爐改用長弧操作，冶煉時(shí)間縮短5~10min，總體效益顯著[10]。3）氧一燃燒嘴與爐門碳氧槍(1)爐煉鋼化學(xué)能供應(yīng)現(xiàn)代電爐煉鋼化學(xué)能輸入有以下途徑:EQ\o\ac(○,l)氧氣;EQ\o\ac(○,2)碳粉、煤粉、石油焦等，主要是固體碳顆粒;EQ\o\ac(○,3)天然氣、丙烷等可燃?xì)怏w;EQ\o\ac(○,4)輕油、重油等液體燃料。除氧氣外，其余三種也稱為石化燃料(ofsseliufel)或礦物燃料(而nearluefl)。通過氧燃燒嘴將這些礦物燃料輸入爐內(nèi)。輸入化學(xué)能的目的是增加輔助能量，但這不僅僅是起一個(gè)能量補(bǔ)充的作用，對于電爐煉鋼來說，采用輔助能源輸入還有以下幾個(gè)原因:EQ\o\ac(○,l)電能及電極費(fèi)用的普遍增長，提高了電爐熔化廢鋼等金屬料的成本。EQ\o\ac(○,2)對超高功率電爐來說既存在著電極附近的熱區(qū)，也存在著遠(yuǎn)離電極的冷區(qū)，為減少爐內(nèi)爐料的不均勻性，以氧一燃燒嘴作為輔助能源手段，對冷區(qū)進(jìn)行熱量補(bǔ)償。EQ\o\ac(○,3)氧一燃燒嘴安裝在水冷爐壁上，與從爐門輸入化學(xué)能相比，操作簡單，維護(hù)方便。輔助能源輸入以比較少的設(shè)備投資，換出縮短熔煉時(shí)間，提高生產(chǎn)率，節(jié)電、節(jié)省電極的效果顯著。一般可節(jié)電100/0015%，增加生產(chǎn)率6-0/010%，安裝后-68個(gè)月即可回收投資,氧一燃燒嘴安裝是輔助能源輸入方式的一種，另外一種輔助能源輸入方式是爐門碳氧槍。氧燃燒嘴eq\o\ac(○,1)純氧助燃的優(yōu)越性[8]使用純氧代替空氣助燃，亦即避免惰性氣體NZ進(jìn)入燃燒區(qū)。它有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一是能提高火焰溫度(因?yàn)楸苊饬藷o助燃作用，并且吸熱的氮?dú)饣烊?;而是能提高燃燒率(即燃料完全燃燒的程度)。從圖3可以看出使用空氣助燃天然氣，火焰溫度可達(dá)1800℃，隨著助燃?xì)怏w中氧含量的增加，當(dāng)達(dá)到100%純氧時(shí)，火焰溫度可以提高1000度，達(dá)2800℃。圖4煙氣溫度上升對天然氣完全燃燒不利，但使用純氧助燃與使用空氣助燃，二者燃燒率下降幅度不同，使用氧氣助燃時(shí)，燃燒率下降幅度小。同是1600℃的煙氣溫度，使用純氧助燃，燃燒率在70%以上，而使用10%過量空氣助燃，天然氣燃燒效率只有20%。因此，現(xiàn)代電爐使用的氧一燃燒嘴全部都是使用純氧助燃。

圖1-3火焰溫度與助燃物氧氣含量的關(guān)系圖1-4燃燒率與煙氣溫度的關(guān)系eq\o\ac(○,2)氧一燃燒嘴結(jié)構(gòu)以及在電爐內(nèi)的布置依使用燃料種類不同，氧一燃燒嘴結(jié)構(gòu)也會(huì)不同，但基本結(jié)構(gòu)還是一致的。最外層一般都是冷卻水保護(hù)，使燒嘴免受高溫輻射以及濺渣等侵蝕。里面依次是氧氣和燃料的噴嘴，假如使用液體或粉狀材料，則燃料噴嘴內(nèi)還要考慮有載氣輸送。燒嘴的大小和多少依據(jù)電弧爐容量(也即電爐爐殼尺寸)以及電爐冶煉工藝條件(如廢鋼種類、DRI使用數(shù)量、是否有廢鋼預(yù)熱或熱裝鐵水等)而定。一般來說，使用廢鋼預(yù)熱或有鐵水熱裝的電爐，氧一燃燒嘴的個(gè)數(shù)與功率都可適當(dāng)減少小，而使用重型廢鋼或。DRI比例大的電爐，燒嘴配置應(yīng)適當(dāng)多些或功率需適當(dāng)大些。氧-燃燒嘴一般是安裝在電爐水冷壁上，個(gè)數(shù)3一6只，大部分電弧爐燒嘴在爐壁上安裝的位置先靠近爐內(nèi)的冷區(qū)(如交流電弧爐，在電極之間共有3個(gè)冷區(qū)，ETB底出鋼電爐的留鋼區(qū)域也是冷區(qū))，便于加速廢鋼熔化。較小的電爐可以在爐門上安裝燒嘴，單個(gè)燒嘴安裝在一支撐小車上可使燒嘴靈活對準(zhǔn)爐內(nèi)某個(gè)區(qū)域，使燒嘴火焰有效地達(dá)到爐內(nèi)冷區(qū)。也有個(gè)別的電弧爐，氧一燃燒嘴被設(shè)計(jì)安裝在爐蓋之上，這對于爐蓋旋轉(zhuǎn)或平移的操作很不方便，但對于使用大量泡沫渣的電爐，爐蓋燒嘴可以避免爐壁燒嘴出現(xiàn)灌渣現(xiàn)象(3)爐門碳氧槍為加速爐內(nèi)廢鋼熔化，傳統(tǒng)電爐操作是采用人工吹氧的辦法，即操作工手持吹氧管從爐門從爐門切割廢鋼，或?qū)⒋笛豕懿迦肴鄢丶铀購U鋼熔化，并可加速脫碳?，F(xiàn)代電弧爐煉鋼取消人工操作而代之以氧槍機(jī)械手，在電爐主控室內(nèi)遙控吹氧。近年來，由于造泡沫渣的需要，在向爐內(nèi)吹氧的同時(shí)，用另一只噴槍向爐內(nèi)噴槍向爐內(nèi)噴入碳粉。爐門碳氧槍可分為兩大類，一類是水冷碳氧槍，一類是消耗式碳氧槍。碳氧槍系多層無縫鋼管制造，端頭為紫銅噴頭，類似于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的水冷氧槍，電爐用水冷碳氧槍是在爐門前(渣門)水平放置，長度比頂吹轉(zhuǎn)爐所用氧槍短得多。另外，銅噴頭吹氧口下方放置噴碳粉出口，或另外附加水冷碳粉噴槍。碳粉可用壓縮空氣或氮?dú)庾鲚d氣噴入爐內(nèi)。水冷碳氧槍在爐內(nèi)工作時(shí)，水平角度與堅(jiān)直角度均可調(diào)整以便靈活地實(shí)現(xiàn)助熔廢鋼與造泡沫渣的功能。由于噴槍是用套管水冷的，因此，水冷碳氧槍伸入爐內(nèi)時(shí)不可插入鋼水熔池，也不能與爐內(nèi)廢鋼接觸，否則會(huì)影響噴槍的壽命，噴槍浸入鋼水熔池，會(huì)發(fā)生爆炸事故。為了保證氧氣流股吹入熔池水冷氧槍噴嘴設(shè)計(jì)成拉瓦爾式，氣體出口速度超過音速。水冷碳氧槍使用時(shí)槍頭距熔池液面距離應(yīng)在100mm以上。消耗式氧槍是用機(jī)械手驅(qū)動(dòng)的三根外層涂料(AIN)的鋼管鋼水熔池，也可直接用于切割廢鋼助熔，噴槍一邊工作一邊消耗。噴槍機(jī)械手由電爐主控室遙控，將噴槍頭部對準(zhǔn)爐內(nèi)需要的位置，水平角度與豎直角度均可調(diào)整，且比水冷噴槍在爐內(nèi)活動(dòng)范圍大。兩種碳氧槍各有特點(diǎn)，各有利弊。水冷氧槍一次性投資大些，且操作中不能接觸鋼水與紅熱廢鋼，有一定的局限性，但操作成本低，且操作工無需更換噴管。消耗式氧槍在爐內(nèi)可更早地開始切割廢鋼，在爐內(nèi)活動(dòng)空間大，且不用擔(dān)心水冷碳氧槍會(huì)發(fā)生的漏水事故，但操作過程中隔一段時(shí)間需要接吹氧管，增加一些麻煩。4）電爐爐底出鋼(留鋼留渣操作)傳統(tǒng)電弧爐煉鋼一般采用三期冶煉工藝，即熔化期、氧化期、還原期。出鋼時(shí)，隨鋼水從出鋼槽流入鋼包的爐渣，對鋼水質(zhì)量沒什么不利影響。相反，由于還原渣洗的作用，鋼水還會(huì)進(jìn)一步脫硫，夾雜物在某種程度上被還原渣吸收，還原渣對鋼水有一定凈化作用。現(xiàn)代高功率電爐與爐外精煉技術(shù)應(yīng)用以后，取消初煉爐電爐的還原期操作。電弧爐出鋼前的爐渣是氧化性的。出鋼過程中，假如這種氧化性爐渣流入鋼包，會(huì)對爐外精煉效果以及鋼水質(zhì)量造成不利影響:(1)降低鋼包精煉渣的脫氧脫硫能力;(2)降低合金回收率，特別是會(huì)增加脫氧用鋁的消耗;(3)增加對鋼包包襯的侵蝕，特別是渣線部位。因此，自20世紀(jì)70年代以后，電弧爐無渣出鋼(留鋼留渣操作)技術(shù)研究成為現(xiàn)代電弧爐冶煉技術(shù)研究的一個(gè)熱門課題。5）ETB出鋼法[13]1989，蒂森特鋼公司與曼內(nèi)斯·德馬克冶金技術(shù)公司及丹麥特殊鋼廠合作，開發(fā)出世界上第一座偏心爐底出鋼電爐，也叫EBT(EeentrieBottomTapping)電爐。這種電爐吸取了中心爐底出鋼的經(jīng)驗(yàn)，把底出鋼口移至爐殼的一個(gè)向外突出部份。偏心爐底出鋼電弧爐的爐殼上半部仍為圓形，下半部帶有突出的圓弧形出鋼箱。傳統(tǒng)的電弧爐出鋼時(shí)，一般需要把爐子傾動(dòng)450左右，才能把鋼水出完。為使鋼水不接觸水冷爐壁，在出鋼槽鍘鋼水面以上400mm這一部分，仍是用耐火材料砌筑的，這是影響爐襯壽命的薄弱環(huán)節(jié)，對超高功率的電爐來講，這個(gè)問題更為嚴(yán)重。采用偏心爐底出鋼技術(shù)后，出鋼時(shí)爐子傾動(dòng)最多僅需150左右，可以避免鋼水與水冷爐壁的接觸。這樣爐襯可以大面積采用水冷爐壁，從而提高爐襯壽命。一般采用偏心爐底出鋼法，可以使電弧爐水冷壁面積從整個(gè)面積的70%~80%擴(kuò)大到80%~90%。偏心爐底出鋼電弧爐爐底設(shè)計(jì)成淺盤狀，以確保無渣出鋼。ETB電爐出鋼口底部的開啟與關(guān)閉機(jī)構(gòu)有兩種形式。EQ\o\ac(○,1)將密封蓋固定在一個(gè)空心軸上，軸內(nèi)通水冷卻，軸安裝在電弧爐搖架下部，用液壓缸或氣缸將軸快速轉(zhuǎn)動(dòng)到一定角度，即可實(shí)現(xiàn)出鋼口開啟和關(guān)閉。此種機(jī)構(gòu)無相對磨擦，應(yīng)用較多。EQ\o\ac(○,2)以一種類似鋼包底部的滑動(dòng)水口底板，用液壓缸將底板平移。從而實(shí)現(xiàn)鋼口的開啟和關(guān)閉。為確保順利出鋼，在上一爐鋼水出鋼完畢后，出鋼口中要填入引流砂，引流砂是一種含F(xiàn)e03大約10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的MgO與SiO2混合填料。開啟出鋼口以后，先是引流砂自動(dòng)流出，然后才是鋼水出來。當(dāng)鋼水溫度、成分達(dá)到出鋼要求時(shí)，即可準(zhǔn)備出鋼。出鋼過程為:先將鋼包車開到出鋼箱下面;打開出鋼口之前，使?fàn)t子向出鋼口側(cè)傾斜約5度，形成足夠的靜壓力，防止?fàn)t渣從鋼水產(chǎn)生的漩渦中流入鋼包;打開出鋼口蓋板，開始出鋼，出鋼過程中，爐子漸漸地傾斜到12度，以保證出鋼口上面的鋼水深度基本不變。大約排出90%鋼水后，爐子就以3度/s的速度回傾到原位置，以避免或減少漂在剩余鋼水上的爐渣從出鋼口流進(jìn)鋼包。（1）SSF豎式電爐RBT出鋼SSF電爐出鋼在爐底位置。這種圓形出鋼方式的優(yōu)點(diǎn)是出鋼時(shí)爐子傾動(dòng)角度可以更小，出鋼時(shí)間可以控制在3min以內(nèi)。除此之外，與ETB相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是在冶煉熔化期避免偏心留鋼部分的爐內(nèi)冷區(qū)，防止出鋼時(shí)出鋼口區(qū)由凝結(jié)冷鋼，再有就是這種出鋼方式也有利于實(shí)現(xiàn)出鋼口自動(dòng)填砂。減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。（2）采用ETB或RTB出鋼的冶煉工藝效果采用ETB或RTB出鋼電弧爐冶煉，可以擺脫傳統(tǒng)的“老三期”冶煉工藝，為實(shí)現(xiàn)超高(或高)功率電弧爐冶煉咔爐外精煉十連鑄的現(xiàn)代化煉鋼工藝提供良好的冶煉條件。由于實(shí)現(xiàn)留鋼、留渣操作、冶煉熔化期電弧穩(wěn)定，熔池形成可提前10~15min，可提前和強(qiáng)化吹氧，同時(shí)也改善了鋼水脫磷條件。與傳統(tǒng)的電弧爐相比，底出鋼電弧爐冶煉的生產(chǎn)率及各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都有明顯的改進(jìn)，如表2所示。表1-2傳統(tǒng)電爐和EBT電爐各指標(biāo)比較在冶煉工藝方面可以獲得以下幾方面的效果[11]:A減少出鋼過程溫降。偏心爐底出鋼電弧爐出鋼時(shí)，鋼流垂直流下，較為集中呈柱狀，流程縮短，出鋼速度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電弧爐，使出鋼過程鋼液溫度降減少。表3一2是爐容量為50t的偏心爐底出鋼電弧爐出鋼時(shí)間和出鋼溫降與普通電弧爐的比較。對EBT電弧爐，出鋼時(shí)間僅為2min，而普通電弧爐需要5min，出鋼時(shí)間縮短60%，而出鋼溫降從40.6’C下降到34.8’C。B.減少出鋼過程下渣量。在熔化、氧化操作結(jié)束后，此時(shí)的爐渣是氧化性的，如果爐渣進(jìn)入鋼包，則會(huì)增加合金的消耗量，影響鋼水的精煉效果。采用偏心爐底出鋼，可以減少或避免氧化渣進(jìn)入鋼包。采用EBT工藝使鋼包內(nèi)渣層厚度由240減少到80rnrn，因而使鋼水回磷少0.004%。這樣采用EBT工藝可不通過鋼包扒渣而生產(chǎn)低磷鋼。表1-3出鋼時(shí)間和出鋼溫降爐型出鋼時(shí)間/min出鋼溫降/℃普通電弧爐540.6偏心爐底出鋼電弧爐234.8C.提高鋼包壽命。采用EBT工藝，出鋼時(shí)鋼包底部加入的合金料或新的渣料，可以防止鋼流對包底的沖刷。同時(shí)，垂直密實(shí)的鋼流，不會(huì)沖刷包壁及使鋼包周圍結(jié)瘤，這樣可提高鋼包壽命20%~40%。D.提高生產(chǎn)率。EBT或RBT電弧爐由于在出鋼時(shí)爐子傾角小，鋼水不會(huì)浸沒水冷爐壁，因此可使水冷爐壁面積加大，從占整個(gè)面積70%一80%擴(kuò)大到80%一90%，從而大大提高爐襯壽命，大面積用水冷爐壁，允許電弧爐采用最大功率供電，每爐鋼熔化時(shí)間可縮短3一5min左右，與此同時(shí)冶煉電耗也可以得到降低[7]。我國電爐煉鋼現(xiàn)階段存在的主要問題廢鋼資源現(xiàn)狀廢鋼資源的短缺：我國工業(yè)化進(jìn)程短，社會(huì)廢鋼資源不足，而且鋼鐵制造過程技術(shù)進(jìn)步使自產(chǎn)廢鋼不斷減少，同時(shí)廢鋼進(jìn)口量也相應(yīng)下降，所以我國廢鋼資源短缺、價(jià)格居高不下[9]。電能電價(jià)現(xiàn)狀電能短缺與電價(jià)成本：我國電力緊缺，短時(shí)期內(nèi)仍難滿足國內(nèi)電爐鋼生產(chǎn)用電需求，缺電和限電導(dǎo)致電爐間歇式生產(chǎn)，生產(chǎn)成本更趨升高[14]。有害元素的困擾廢鋼循環(huán)過程中有害元素的富集：廢鋼作為短流程的主要原料，其質(zhì)量在不斷惡化。一方面隨著廢鋼循環(huán)次數(shù)的增加，有害元素不斷富集；另一方面鋼材表面涂層技術(shù)和復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用使回收的廢鋼帶有Cu、Zn、Pb、Sn、Mo、Ni等元素，這會(huì)不同程度地對鋼材質(zhì)量造成影響。大部分短流程沒有實(shí)現(xiàn)全線優(yōu)化，生產(chǎn)效率不理想。因此應(yīng)以循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求來衡量，保證生產(chǎn)順行，減少設(shè)備故障和生產(chǎn)事故，合理調(diào)度，提高作業(yè)率[14]。環(huán)保問題在節(jié)能環(huán)保方面存在較大差距：由于認(rèn)識(shí)不足、生產(chǎn)管理不善以及缺乏技術(shù)和投資等原因，造成大量的能源浪費(fèi)及環(huán)境污染。電弧爐短流程發(fā)展趨勢短流程生產(chǎn)工藝體系的優(yōu)化電爐短流程煉鋼工藝是集中了當(dāng)今先進(jìn)的煉鋼生產(chǎn)技術(shù)于一身的先進(jìn)生產(chǎn)工藝，其關(guān)鍵技術(shù)將是整體工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)、物流參數(shù)的合理匹配以及總體裝備水平的最佳配置。短流程生產(chǎn)工藝體系的整體優(yōu)化不僅包括了大型電爐及其相關(guān)配套技術(shù)、精煉技術(shù)、近終型連鑄技術(shù)等單項(xiàng)的技術(shù)優(yōu)化進(jìn)步，更需要注意建設(shè)過程中的生產(chǎn)布局優(yōu)化和生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)物流優(yōu)化和工序持續(xù)優(yōu)化。傳統(tǒng)的工程初步設(shè)計(jì)往往采用類似工程的簡單套用和基于設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)的主觀判斷法，并不能體現(xiàn)全局綜合物流優(yōu)化效果，而采用仿真技術(shù)將會(huì)成為未來的發(fā)展趨勢，其能夠?qū)Χ喾N方案進(jìn)行分析比較，將復(fù)雜動(dòng)態(tài)的鋼鐵運(yùn)行過程通過模型得以再現(xiàn)，可定量對多方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，優(yōu)化短流程生產(chǎn)工藝中的時(shí)間節(jié)奏和物流流量的匹配銜接，從而發(fā)揮短流程優(yōu)勢，為鋼鐵工業(yè)的資源優(yōu)化、能源優(yōu)化、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化提供了一條最優(yōu)化的工藝布局和路線。電爐冶煉高效化電爐作為短流程工序的生產(chǎn)核心，其生產(chǎn)的高效化直接影響著該生產(chǎn)流程效益的發(fā)揮。電爐冶煉高效化追求的目標(biāo)是冶煉周期、通電時(shí)間盡可能縮短，冶煉電耗盡量降低。隨著電爐轉(zhuǎn)爐化的趨勢越來越明顯，電爐的熔化周期成為短流程煉鋼的研究熱點(diǎn)，已有學(xué)者以能量平衡為基礎(chǔ)分析了影響電爐熔化周期的因素指出進(jìn)一步強(qiáng)化電弧爐煉鋼、提高生產(chǎn)率的手段主要在于提高能量供應(yīng)量和供應(yīng)強(qiáng)度，表現(xiàn)在技術(shù)層面上就是裝備的大型化、更高功率、提高化學(xué)能輸入強(qiáng)度以及減少非通電操作時(shí)間或輔助操作時(shí)間等[15]。值得一提的是，讓電爐具有高爐連續(xù)生產(chǎn)特征的CRISP連續(xù)電弧爐煉鋼工藝已成功完成中試實(shí)驗(yàn)，以DRI為原料的CRISP爐，完全可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)加料、連續(xù)冶煉和周期出鋼：像高爐煉鐵一樣的連續(xù)煉鋼，該工藝在未來短流程的成果應(yīng)用將有效提高整個(gè)生產(chǎn)流程的生產(chǎn)效率。低生產(chǎn)成本的過程管理與控制成本是制約短流程發(fā)展的關(guān)鍵因素。在短流程煉鋼工藝中，成本構(gòu)成包括原料成本、能源成本以及生產(chǎn)管理成本等。未來競爭的勝利者將是那些所有擁有的技術(shù)能夠控制成本的廠家，因此任何降低成本的技術(shù)均能促進(jìn)短流程的發(fā)展[16]。1）減少原料成本的技術(shù)：如加強(qiáng)對廢鋼的分類加工和管理。2）降低能源消耗的技術(shù)：展開電爐供電技術(shù)優(yōu)化的研究加強(qiáng)爐氣物理熱和化學(xué)熱的回收，如采用電爐熱裝海綿鐵以及廢鋼預(yù)熱技術(shù)以及連續(xù)上料裝置的實(shí)現(xiàn)。據(jù)報(bào)道德國奧蒙德輸送技術(shù)有限公司（Aumundfordertechnik公司）開發(fā)出一種新的直接還原鐵輸送系統(tǒng)，可以將熱直接還原鐵密封輸送，該技術(shù)的應(yīng)用可使電能消耗最多降20%，另外，在缺電地區(qū)，可發(fā)展EOF(EnergyOptimizingFurnace)的短流程煉鋼工藝?？刂粕a(chǎn)成本的技術(shù)操作過程的連續(xù)化和自動(dòng)化，縮短熱停工時(shí)間，以及圍繞縮短電爐冶煉周期的新技術(shù)和新裝備的研發(fā)，從而起到強(qiáng)化電爐冶煉，降低能耗提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，以使噸鋼能耗、耐材和電極等輔助材料消耗及勞動(dòng)成本大幅度降低。節(jié)能環(huán)保實(shí)現(xiàn)短流程工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展電爐短流程本就是有利于循環(huán)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)的生產(chǎn)流程，據(jù)統(tǒng)計(jì)在滿足國民經(jīng)濟(jì)需求的鋼產(chǎn)量一定時(shí)，生產(chǎn)一噸電爐鋼比生產(chǎn)一噸轉(zhuǎn)爐鋼可以多循環(huán)利用廢鋼500～600公斤，少消耗鐵礦石1.3噸，降低可比能耗265公斤標(biāo)煤，減少二氧化碳排放1126.3公斤。生產(chǎn)一噸轉(zhuǎn)爐鋼約排放二氧化碳1.8噸，生產(chǎn)一噸電爐鋼約排放0.6噸，為轉(zhuǎn)爐鋼的1/3。從節(jié)能環(huán)保、實(shí)現(xiàn)電爐短流程可持續(xù)發(fā)展角度，需研究大量關(guān)鍵技術(shù)，如控制電弧爐冶煉中二惡英產(chǎn)生和排放的技術(shù)；以提高能源與資源利用率為目標(biāo)的多種能源與多種爐料的匹配與優(yōu)化技術(shù)；以降低冷卻水能耗與水耗為目標(biāo)的氣化冷卻技術(shù)；以改善氧氣利用率和降低排放為目標(biāo)的加壓與密封技術(shù)；基于先進(jìn)連續(xù)檢測、成分與溫度預(yù)報(bào)模型和智能化控制技術(shù)的計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)；實(shí)現(xiàn)將材料制造、能源生產(chǎn)和廢物處理等功能相結(jié)合的綜合管理和控制技術(shù)等，讓短流程成為清潔生產(chǎn)、能量和資源循環(huán)利用的典范[17]。電弧爐短流程展望與轉(zhuǎn)爐長流程相比，電爐短流程在投資、資源（包括土地）、能源（包括鐵礦石、焦煤等）和節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等方面都具有優(yōu)勢。而短流程必須依靠自主創(chuàng)新來支撐電爐煉鋼工藝，以進(jìn)一步優(yōu)化工藝過程，降低生產(chǎn)成本。隨著世界范圍內(nèi)低碳經(jīng)濟(jì)的呼聲越來越高以及國家關(guān)于節(jié)能