Consteel电炉与烟道竖炉炼钢技术的比较

张送来

（贵州正业工程技术投资有限公司，贵州 贵阳 550005）

为了节约生产成本，提高生产效率，减少对环境的污染，现代电弧炉炼钢相继开发了废钢预热技术。近年来，废钢预热技术迅速发展，出现了多种废钢预热技术。目前，钢铁企业使用较多的是烟道竖炉电炉废钢预热技术，随着Consteel 电炉的发展，越来越多的企业使用Consteel 电炉废钢预热技术。Consteel 电炉是通过输送机连续地往电弧炉内加废钢，在输送的过程中利用电弧炉排出的高温烟气对废钢进行预热。烟道竖炉炉身直立，炉盖上带有竖井，利用电弧炉排出的高温烟气在竖井内预热废钢。本文对两种电炉工艺特点进行比较。

1 Consteel电炉

1989 年，第一套Consteel 电炉于美国北卡罗来纳州投产。目前国内外已有上百座Consteel电炉。Consteel电炉生产时，是通过起重机将废钢从料场装载到水平的滑动输送带上，输送带往电炉熔池移动，然后废钢自动、连续地向电弧炉内加料。

1.1 Consteel电炉炼钢工艺特点

1.2 原辅料的消耗

（1）金属收得率：连续加料时，熔池始终处于熔融态，渣-金间强烈和连续的反应，降低了渣中（FeO）的含量，倒渣时减少了金属的损失；此外，排出的烟气在预热废钢时，其中的金属会沉积在废钢中，随废钢返回熔池，从而提高了金属收得率，Consteel 电炉连续炼钢的金属收得率较传统电炉提高0.5%～1%。

（2）耐材的消耗：Consteel电炉连续炼钢时，电弧一直埋在泡沫渣下，电弧的热传导率高，减少了对炉体内衬、炉盖和水冷炉壁耐材的冲击，吨钢耐材消耗15 kg左右。

（3）电极的消耗：连续炼钢时，炉内处于还原气氛，减少了电极表面的氧化；Consteel电炉的变压器功率比烟道竖炉电炉功率低，可减少电极的损失，电极消耗为1.65 kg/t钢。

1.3 动力消耗

电能消耗：由于电弧炉炼钢主要动力消耗为电能，因此本文主要对电能消耗进行了比较。

连续加料电炉炉盖开启较少，减少熔池暴露造成的热辐射损失，且属于埋弧操作，供电曲线平稳，吨钢电耗约为340～380 kW·h/t[3-4]，较其他电弧炉可减少3%～5%的电费。

1.4 其 他

（1）废钢中常夹杂塑料等物质，在预热时燃烧会产生二噁英等有害物质，由于Consteel 电炉排出的烟气温度在1 000 ℃左右，且预热废钢后的烟气在沉降室停留时间在2 s 以上，二噁英可被部分分解。与其他废钢预热技术相比，Consteel电炉排放的废气更为环保。

用频移特性求调幅信号f(t)cosω0t和f(t)sinω0t的频谱。写出信号的表达式f(t)=u(t+1/4)-u(t-1/4)，ω∈[-8π，8π]

（2）由于烟气在预热废钢时以低速逆向流过废钢，烟气中大量的烟尘沉降在废钢上，因此布袋除尘量仅11 kg/t[3]，比传统电炉减少30%左右。

（3）投资成本：Consteel 电炉的变压器功率比其他电炉功率低，因此变压器容量减小；与竖炉电炉相比变压器容量可减少20%～30%；由于烟气量少，布袋除尘系统比常规除尘系统小40%左右，且布袋和风机的数量也可减少；根据Consteel 电炉工艺的特点，可降低对装料系统、变电所和闪烁控制系统的要求。

（4）车间布置：Consteel 电炉废钢预热车间通常与炼钢车间通常为“丁”字形布置，这样导致了厂区占地面积较大。

2 烟道竖炉电炉

竖炉技术是由德国Fuchs 公司于1992 年开发的，它是在传统电炉炉盖某一侧加装竖炉的炼钢装置。竖炉是利用电炉排出的烟气和燃烧嘴燃烧CO 产生的热量来预热竖炉中的废钢。

竖炉按照形式可分为单炉体和双炉体，其中单炉体包括指式竖炉和非指式竖炉，由于指式竖炉是目前竖炉发展中最先进、最完善的一种，因此本文用指式竖炉电炉与Consteel电炉进行比较。

2.1 指式竖炉电炉炼钢工艺特点

出钢及炉次前准备完成后，手指打开，将第1篮废钢加入到熔池中，第2 篮料随即加入到竖井内进行预热。冶炼产生烟气的显热以及竖井中烟气的二次燃烧放出的化学热，能使废钢得到最大程度的预热，且竖井中烟气与废钢接触面积比Consteel 电炉大，可将废钢预热至600～800 ℃，烟气的热利用率高[5]。

由于手指长时间在高温下工作，常发生“折断”现象，托不住废钢料柱，从而失去其作用。

2.2 原辅料的消耗

（1）金属收得率：竖炉中废钢与烟气接触面积较Consteel 电炉预热时大，粉尘沉降到废钢中的多，金属收得率比传统电炉高1.5%～2%[6]。

（2）耐材的消耗：竖炉的加料方式是间断的，当炉料加入后，在渣还未造好之前，电弧会损耗部分耐材，竖炉的吨钢耐材消耗约为20 kg。

（3）电极的消耗：竖炉正常生产时炉盖始终处于封闭状态，减少了电极的氧化；此外，竖炉采用小车横移结构将废钢加之炉中心，且废钢可加热至600～800 ℃，使得电极“穿井”容易，因此可以减少电极的损耗，吨钢电极消耗约1.1 kg/t钢水。

2.3 动力消耗

电能消耗：手指竖炉废钢预热较充分，烟气热量利用率高，能耗为530～580 kW·h/t，虽然手指竖炉预热后废钢温度比Consteel 电炉废钢预热高，但是每炉料需重新“穿井”，因此能耗比Consteel电炉高。

2.4 其 他

（1）由于竖井的尺寸相比Consteel 电炉废钢预热通道短，废钢预热时产生的二噁英随烟道排出时没有足够的时间分解，因此，烟气中二噁英的含量较高。竖炉电炉二噁英排放量问题有待进一步解决[6]。

（2）同理，由于竖炉废钢预热通道较短，烟气流过废钢时烟尘的沉降率较小，竖炉吨钢粉尘量为12～14 kg/t[7]。

（3）投资成本：在电炉炉盖上加一个或两个竖井组成了废钢预热系统，此系统结构简单，占地面积小，不需要另外修建废钢预热厂房，因此，投资成本比Consteel电炉预热系统低。但是在加料通常使用行车吊起料篮，导致厂房高度增加。

（4）缺点：当废钢预热程度过高时，废钢易粘接，导致电炉机械部分易被损坏，影响冶炼周期。

3 结 论

本文主要从原辅料消耗、动力消耗等方面对Consteel电炉和竖炉电炉废钢预热技术进行了比较，得出以下结论：

（1）指式竖炉电炉废钢预热温度比Consteel 电炉高100～200 ℃。

（2）指式竖炉电炉金属收得率比Consteel电炉高。

（3）Consteel电炉炼钢时耐材的消耗比指式竖炉电炉低5 kg。

（4）Consteel电炉电极的吨钢消耗比指式竖炉电炉高0.55 kg。

（5）Consteel电炉电能消耗比指式竖炉电炉低。

（6）指式竖炉电炉烟气成分中二噁英含量高，对环境影响大。

（7）指式竖炉电炉投资成本低。

综上所述，由于电炉主要成本为电耗，而Consteel电炉电耗较低，炼钢成本低；Consteel 电炉生产的钢水中P、S 含量低，可用作冶炼特殊钢。此外，随着环保政策日益严格，Consteel 电炉烟气比指式竖炉电炉污染小，因此，Consteel电炉炼钢技术将成为一种发展趋势。