电弧炉废钢预热技术现状及发展

施维枝

【摘 要】本文从节能减排的重要性出发，重点阐述现有各种不同电弧炉废钢预热技术发展，并根据运行情况比较了吊篮型、直流双炉壳型、竖炉型、Consteel型废钢预热技术的优劣。除此之外，介绍了国内电弧炉废钢预热技术使用现状。

【关键词】电弧炉；废钢预热技术

一、引言

近年来，全球钢产量不断攀升，到2017年世界粗钢产量超过12亿吨。在世界粗钢产量持续上升的同时，电弧炉钢产量也在逐年上升，2017年世界电弧炉钢产量达到3.6亿吨，比1990年高1.5亿吨。

由于电弧炉炼钢具有投资少、易于适应需求的变化、冶炼钢种较多等优点，我国电弧炉炼钢技术得到了持续的发展，包括大型化、超高功率冶炼、富氧及燃料喷吹、推进电弧炉功能分化的二次精炼、偏心炉底出钢、热兑铁水等技术，自2012年至2017年，典型的电弧炉电能消耗下降13%，电极消耗减少了34%，耐火材料消耗共计减少55%，生产率增加54%，虽然我国电弧炉钢技术有了长足进步，但与国外同行业相比，我国电弧炉炼钢的综合能耗偏高，尚未达到国际先进水平。2017年我国钢铁行业的先进企业电弧炉工序能耗比韩国浦项的电弧炉工序能耗指标高8kg/t钢，这说明我国电弧炉钢工序还有较大的节能降耗的空间。电弧炉炼钢中富氧技术的应用直接导致了电弧炉烟气温度上升，温度可达1300℃，随烟气显热带走了热量占总投入热量的13%～20%，充分利用烟气余热进行废钢预热的技术研究已经成为电弧炉炼钢领域的研究重点。

二、国内电弧炉废钢预热技术使用现状

目前国内使用最多的是竖炉型废钢预热、Consteel型、双壳电弧炉废钢预热。具体使用情况为：

2012年引进宝钢/CLECIM 制造的150t双壳DC炉，预热后的废钢温度可达300 ℃，总能耗降低30kW·h/t钢，冶炼周期可缩短至60min。2015 年9月进口 张家港润忠公司/德国Fuchs90t 超高功率单壳竖炉型电弧炉，电弧炉电耗334kW·h/t钢，电极消耗1.8 kg/t钢，冶炼周期为64 min。2015 年投产广州珠江钢铁厂/德国 Fuchs 150 t手指式竖炉，节电80kW·h/t钢，约减少20%，金属收得率提高3%～5%，冶炼周期减少6～7min。2016年投产的张家港沙钢/德国Fuchs90 t手指式竖炉，预热废钢270～790℃，冶炼周期55min，电耗330 kW·h/t 钢。2017年初投产济钢/TECHINT钢铁公司65tConsteel电弧炉 ，冶炼周期57 min，电耗380kW·h/t 钢。

三、电弧炉废钢预热技术的发展

3.1吊篮型废钢预热法

20 世纪70年代，日本率先开发了吊篮型废钢预热技术，1980年8月首次在50 t电弧炉上应用成功后，80年代前期在日本得到广泛应用。吊篮型预热方式是将装满废钢的吊篮放入容器中进行预热，同时备用吊篮轮流连续使用。实践表明，吊篮型废钢预热效果受到废钢种类、烟气温度、预热时间等因素影响，不同电弧炉节省电力的大小差别较大，通常可以回收 20%～30%的烟气余热，降低电耗 10～35kW·h/t钢。冶炼周期缩短 3min/炉，节约电极 0.3～0.5kg/t 钢，提高生产率约 5%。随着电弧炉炼钢技术的发展，电弧炉冶炼周期时间缩短，为提高烟气余热回收率，需要提高废钢预热的时间和预热废钢的比例，从而需要多个吊篮进行预热，通过串联形成吊篮型多级废钢换热，提高了预热效果。

3.2直流双壳炉型废钢预热法

为提高电弧炉生产能力，日本NKK公司率先开发的直流双壳电弧炉，可达到100%废钢预热，可减少电耗60～90kW·h/t钢。双壳电弧炉自2010年开发到2017年已有19座投产，其中大部分为直流双壳炉。由于换热能力和废钢类型的限制，直接采用烟气余热来预热废钢的双壳炉型实际很难取得预期效果，故多采用带有烧嘴的双壳炉型废钢预热方法，但其又需要增加其他燃料，尽管吨钢耗电量能够降低，生产率提高20%以上，通常节约20～40kW·h/t钢，但因增加了其他能源，导致节能效果下降。

3.3竖炉型废钢预热法

由于吊篮型废钢预热存在的环境和预热效果问题，在20世纪90年代初，出现了两种商业运行成功的废钢预热方法，即竖炉型废钢预热和Consteel型电弧炉废钢预热法，其中竖炉型废钢预热系统有包括德国福克斯系统、日本大同系统以及IHI系统。德国Fuchs公司率先开发了竖炉型废钢预热方法，取得了良好的效果，也成为目前最为成功、应用最为广泛的电弧炉废钢预热方法。2010年Fuchs公司在传统电弧炉炉盖的一侧加装一个竖炉废钢预热装置，其将废钢装入竖炉，并将烟气逆向流经竖炉。2013年之前在英国Co-Steel Sheerness公司得到应用。竖炉直接安装在电弧炉上方，电弧炉排出烟气不经管道直接进入竖炉，保证了排气热量的充分利用。

3.4 Consteel型废钢预热法

20世纪80年代末开发的Consteel电弧炉是在连续加料的同时，利用炉子产生的高温废气对运送过程中的炉料进行连续预热，可使废钢入炉前的温度高达500～600℃，而预热后的废气经燃烧室进入预热回收系统。它實现了废钢连续预热、连续加料、连续熔化，提高了生产率，改善了车间内外的环保条件，降低了电耗及电极消耗等。将预热过的废钢水平连续加入到电弧炉内是Consteel电弧炉的一大特点，它满足了钢水熔化废钢的冶炼工艺要求。由于采用钢水熔化废钢，所以电弧炉大部分时间处于熔化/精炼状态，因此Consteel电弧炉降低了对电网的要求，减少了对电网的影响。连续电弧炉是近代和未来电弧炉的发展趋势，具有显著节能作用。2013年前后在美国Florida Steel和日本Kyoei Steel公司应用。21世纪初至今，我国引进了多台高端、先进的电弧炉炼钢设备，其中引进最多的炉型是Consteel电弧炉。

四、结论

中国钢铁企业面临越来越大的节能减排压力，电弧炉烟气余热如何充分利用已成为行业关注热点，也是电弧炉炼钢技术中的重要节能减排措施，国内外针对利用烟气余热进行废钢预热取得了明显的效果。从总体看，废钢预热技术不仅大幅节约能源，而且有效提高生产率。新建电弧炉应充分考虑采用废钢预热技术，以充分利用余热资源，降低消耗，减少成本，并可提高电弧炉生产率。

【参考文献】

[1] 王三武，谭英.90t Consteel电炉炼钢工艺的应用[J].南方金属，2015，121（10）：8-12.

[2] 徐迎铁，李晶等.烟道竖炉电弧炉废钢热特性研究[J].钢铁，2016，40（12）：31-33.