特殊钢5卷第第15期超高功率电弧炉技术概况宋华德(北京钢铁设计研究总院炼钢室)电弧炉炼钢的迅速增长与冶金设备和工艺操作的发展密切相关这些进展包括炉子容量最佳化超高功率(UHP)操作炼钢车间和炉子的改造UHP)电弧炉技电炉相关技术的发展直流(lx二术和电弧炉熔炼工艺的根本变革关键词文中同时介绍和讨论了我国UHP电弧炉的进展概况超高功率eo电弧炉OutlinfUHPElectricASo(Bi叩CeneijtraorcFurnaceTechnologynergHinguadeesearelEngiennandRhIncorporatonirofIandSteelIndustry)RapidggicaearowthofEAFesteelmaking15dpeloselyreateldsurgeeoafteehnologiealadvanincludreeesinbothzorofmetallurlproeessquipmentananPreeeapityUHPlidvaoperaontirevam铭papi呢ndmod伴teeratiraetieesTheadvancesantheoptimii雌enuftifyingmoltshopdtheadfoaneeetheodevelopmfteeohnolgyessreatveatoUHPEAFof尤EAFarehnalogyOnradiealhangefEAFsmeltingcoTheeraineesxfUHPEAFinChinarelsoPresenteddndiseussedinsthiPaPerMat1l玩deUHPeEleetriAFurnaeeutline电炉炼钢生产迅速发展的主要原因目前电炉炼钢法迅速的发展与增长其140年代以后氧气转炉炼钢取代平炉5后工业化国家废钢积存量增多加之金属化增长率超过世界粗钢总产量的增长率在世球团生产的发展是促进电炉炼钢发展的一界主要产钢国家中电炉钢都超过总产量的/3以上1万个重要因素1519901年美国电炉钢产量为3351电炉炼钢厂对环境的污染源主要是冶,t占总粗钢产量89726万t的373%同炼过程中产生的烟尘与噪音易于治理161年日本电炉钢占总钢产量的31%电炉钢占314%欧共体随着超高功率电炉技术与炉外精炼技术的发展电炉生产已由主要局限于特殊钢领域过渡到全钢种范围的生产且以其短流程的高效率灵活性低成本高质量在剧烈1电炉钢厂是短流程生产工艺与高炉转炉联合企业比较投资省25%占地减少1/2~3/5LZ建设期由4年缩短到1一15年的市场竞争中显示出巨大的活力17:与高炉转炉捧钢工艺比较能耗由电炉工艺技术的突破性进步为电炉生5469MJ八钢降至2877MJ/t钢约减少一半产的发展提供了坚实基础213电炉与炉外精炼连铸组合后步配高超高功率电炉技术发展的主要特点超高功率电炉是60年代中期兴起的当效连续式轧钢机组可以更好地适应产品专业化品种多样化和不断变化的市场需求时主要是将高电压长电弧的电弧特性改为特殊钢大电流低电压短电弧的电弧特性从而使电炉冶炼有可能既输入较高的功率又使耐火材料费用保持在可以接受的限度内并将,68240。1000单位输入功率kvA/,/每炉钢冶炼时间由4h缩短到2h以下5此ToX礼喇扮门器后此项技术发展很快不仅电炉的单位功率水平愈来愈高而且随着功率水平的提高各项配套技术也相继开发并日臻完善使超高功率电炉在国际上得到普遍推广应用21最佳电妒容量电炉的生产能力决定于炉容量与单位输入功率(见图1)在单位功率水平相同时生,60100140180220260电炉容量t产能力随容量增大而提高容量过小不仅生产效率低技术经济指标差而且后步配备钢图1电炉的年产量与单位输入功率和炉容量之间的关系水炉外精炼设施也较困难故70年代以来许多国家逐渐淘汰了150t30t以下的小电炉如4ot以下电炉1950一1952年美国新建电炉日本至19018年共淘汰了28座同时容量23座其中20座容量为50~lsot以上的电炉往往其单位功率水平不很22提高t钢变压器电功率高反而不能充分显示超高功率电炉的优点80150t电弧炉变压器容量配备的水平一般用kVA/t年代以来各国新电炉绝大多数都在50一范围内如美国钢来衡量超高功率电炉的最大特点1980年以来很少再建1就是单位功率水平高如表1表指标电弧护1960t钢变压器容t及小时生产率的发展情况年代(第二代电护)4006070年以前(第一代电炉)钢200240年代(第三代电炉)650~80080608。(年代至今第四代电炉)800e100055~60变压器配置水平kVA八~500n出钢至出钢时间mit电炉)生产率(100~360120~15030~40~95~80th/15~25~10023改进和完善电炉装置及配套装备70(6)(7)(8)(9)部分电炉配备氧燃烧咀;炉门喷碳粉设施与吹氧机械;圆盘式与喷枪式补炉机械;炉盖第;年代以来电炉本身及其配套装备改:进极犬主要有以下各项(1)采用笼式分体炉壳既增强刚性又;5孔及钢包内用料机械化加减轻重量并适应水冷炉壁水冷炉盖的装配2)采用全液压传动;((3)料系统(10)炉盖第4孔直接排烟与电炉周围改进二次侧大电流导电系统少数;全密闭罩结合的一二次烟尘净化系统;(11)电炉烟气预热废钢;;电炉已采用直接导电电极臂和水冷电极盖;(5)4)普遍采用管式水冷炉壁和水冷炉(;(12)普遍采用计算机自动控制(13)无功功率静止式动态补偿偏心炉底出钢技术得到广泛应用上述功能与效果的简要情况见表21994年第5期表2配套技术名称超高功率电炉配套技术概况能功效果直接导电电极臂水冷电极管式水冷炉壁水冷炉盖铜钢复合或铝制导电电极臂代替大电流水冷铜管减少电极氧化损失降低电抗提高输入功率简化设备与水冷系统减轻重量便于维护电极耗量降低20%~40%代替炉壁与炉盖砌砖测定炉壁热流量控制最佳输入功率(炉壁水冷面积80%一90写寿命4000~8000炉炉盖水08%一85%寿冷面积命4000炉)电炉由短弧操作可改为长弧操作功率因数由。5一083电炉生产率提高07提高至07710%耐材耗量降50%吨钢成本降低偏心炉底出钢代替普通出钢槽出钢无渣出钢留钢操作倾炉角度减小20一3。短网长度缩短Zm提高输入功率缩短冶炼时n减少二次氧化与温降降低出钢间5~gmi0温度3℃节电20~25kwh八氧燃烧咀消除炉内冷点补充热能亦可往炉内供氧熔化均匀缩短冶炼时间~60k20一3ominwh/t节电50炉门喷碳粉设施吹氧同时往炉渣喷碳粉形成泡沫渣实现埋弧熔炼电炉高功率因数长弧操作提高输入功率与热效率缩短冶炼时间延长炉役寿命吹氧机械吹氧助熔提供碳磷氧化所需氧源制造泡沫渣往炉内投加补炉料往炉内与钢包加料实现自动化操作加速熔化完成氧化期任务节电1m3/(t)改善劳动强度6(kwh八)/补炉机械改善劳动条件提高补炉质量缩短补炉时间缩短冶炼时间改善劳动条件机械化加料系统第4孔加密闭罩除尘系统废钢预热净化一二次烟尘并降低电护的噪音危害利用第4改善环境条件排放气体含尘量簇1509B业区至以下电炉作噪音降d0mg/m孔排出热烟气预热废钢回收热量废钢预热温度达20~30℃缩短冶炼时间一smin节电20~40kwh八3冶炼过程计算机自动控制配料最佳化电炉热平衡计算最佳输入功率控制车间电负荷调节合金计算吹氧计算控制各设备动作与上位管理计算机联网进行生产管理实现冶炼生产的最佳技术经济指标无功功率静止式动态补偿消除或减弱电炉冶炼中电负荷波动造成的电压闪变与谐波对电网的危害将电炉对电网造成的污染控制在可以接受的范围内24超高功率电炉相关技术相应发展1无功功率静止式动态补偿装置消除这种危24高性能大功率炉用变压器及其配套一150t害当公共接点上短路容量与炉用变压器容的高低压供电元器件的设计制造50量比值小于80倍时必须进行补偿比值愈小补偿容量愈大5电炉配备的变压器容量在3~130MvA对于超高功率直流电弧炉来说.2.34计算机及其应用技术还需相应容量的大功率可控硅整流器电抗器以及配套的其他高低压供电元器件如高压开关断路器有载调压器等2超高功率电炉冶炼时间短采用计算机以冶金模型与热模型对冶炼过程进行最佳化自动控制并进行废钢配料合金加料等计算收集生产数据打印生产报表以动态彩42无功功率静止式动态补偿超高功率电炉变压器容量大在起弧与穿井阶段产生的电压闪变与高次谐波对电网其他用电设备造成极大危害因而要设置色画面向操作人员显示各系统设备运转情况和主要参数与上级管理计算机联网编制生产计划下达生产指令特殊钢.42.4超高功率电炉电极“.62.62电炉冶炼工艺的变革1cm一般电极断面电流密度大于24A/采用二次炼钢法国际上普遍采用主要由美国联合碳化氢公司以优质针状石油焦和煤焦油沥青为原料以电炉二次精炼双联的二次炼钢法也叫分阶段精炼法且将电炉二次精炼连铸组成三位一体的工艺流程的基本保证80特定的工艺技术生产的定向结晶的石墨电极这是现代超高功率电炉炼钢车间实现高产优质低耗高效益.42.5高质量耐火材料7%一超高功率电炉熔池渣线区采用9年代后期建设的超高功率电炉后步8%MgO的镁砂残余碳9,7%一14%的镁碳都配备钢包精炼炉(LF)再根据生产钢种的要求配备V1%~8砖采用MgO89%的镁砂料以化学DRHVODAOD喷粉喂丝陶土作粘结剂的熔池捣打料和喷补料使渣5~线处寿命一般在3070等其他精炼设施这样超高功率电炉只承担熔化脱碳去磷的初炼任务而脱硫的还原性精炼及脱气去夹杂脱氧调整和均匀成份温度等精炼任务都转到中进行炉炉底(镁砖)寿,,命达23000炉以上46高质量高精度标准零部件的制造技LF和其他精炼装置术高质量高精度的液压电气仪表阀类许多旧的电炉炼钢车间也都按这一工艺路线进行技术改造.26等标准零部件极大地影响着超高功率电炉的性能及生产的可靠性与稳定性252留钢留渣法操作随着偏心炉底出钢技术的推广应用超直流超高功率电炉技术高功率电炉普遍采用了留钢留渣法冶炼工艺20随着大容量可控硅整流器制造技术的成熟直流电弧炉已从试验研究阶段迅速发展到工业性生产阶段1993留钢量约为电炉公称容量的10%~%从而实现了无渣出钢为后步二次精炼,,从80年代以来各国纷提供了极有利的条件因留钢操作中炉下钢纷建设直流超高功率电弧炉据初步统计至年巳投产正在建设和拟建的直流电弧水罐车上配备有精确的电子称能精确称量钢包内的钢水量从而为二次精炼中微调成炉巳超过50座(不包括我国)其炉容量已达到15ot份创造了条件对于电炉本身作业来说采用留钢留渣法后熔化过程可及早形成熔池缩直流电弧炉由于采用单电极电弧稳定,短熔化时间并提前造渣与脱磷尤其对直流电弧垂直于熔池钢液面电极电流流经熔池电弧炉因通电开始就有钢水存在使引弧变得容易.26,,钢液与交流电弧炉相比具有以下的优点,,:1)石墨电极消耗量降低5(0%达123长弧泡沫渣冶炼,~1skg/t钢;超高功率电炉采用水冷炉壁后由大电;2)因电弧稳定电压闪变约降低5(0%流短电弧操作改为高电压长电弧操作功率因数由03)耗电量降低约5%;((4)1提高到7。38提高了输入功率炉内无冷点与热点废钢以洞穴“”从而缩短冶炼时间但长电弧的高温辐射热式均匀熔化耐材耗量降低其中喷补料减少30,对水冷炉壁和耐火材料极为不利为此广泛使用泡沫渣埋弧冶炼工艺即在吹氧同时往炉渣喷入碳粉(~盖第CO5%;(5)电弧产生的噪音降低5~lodB5一6kg八钢)也可以从炉目前直流电弧炉炉底寿命最高的达3000孔加入碎焦炭使炉渣因产生大量炉低的为800炉而发泡将电弧完全埋入渣层1994年第5期264采用直接还原铁稀释钢液内的有害连铸机目前都还在试生产阶段可见我国元素直接还原铁的最佳配比为电炉炼钢生产在装备与工艺技术上都急需进从熔池形成开始以320一35kg/min妙丝幼9多行根本改革以缩短与国际水平的差距1985Mw的年以来我国广州钢厂抚顺钢厂速度往炉内连续加入直接还原铁我国超高功率电炉发展现状1991舞阳钢铁公司和夭津无缝钢管总厂分别从瑞士ABB公司德国克虏伯公司奥地利奥年我国钢产量达1980709999万t电0钢联和德国德马克公司引进了4t05t09t炉钢产量由1年的70万t增加到1500和150t超高功率电弧炉至1992年这4台多万t1在总钢产量中的比例达23%发1电炉都已投产同时我国还建设了十几座国产及从国外购买的二手高功率超高功率电弧炉这表明我国电炉炼钢向现代化工艺装备发展的改造工作巳经开始4展是相当快的但另一方面我国电炉炼钢无论从工艺技术还是从装备水平上仍然比较落后与国际上一般水平还有很大差距在装备上我国电炉容量过小变压器吨钢功率水平低现有电炉共t容量仅415tt座新建的超高功率电弧炉及其车间的415005余座平均~14基本概况见表广州钢厂40产阶段这4座超高功率电弧炉除大部分电炉容量在5t9而/t电炉以外目前都还处于试生以上电炉的实际平均功率低于350kVA从总体上看情况都是比较好的设表3列出了3座被调查电炉实际平均功t炉还出现某些机械与电气故50备方面除1率配置情况表3障外一般都能正常稳定地运转尤其是抚顺钢厂50t超高功率电炉从热试以来包括国我国电弧炉容t及变压器平均功率炽子座数2922864产配套装备在内的全部设备都能稳定地在线运转除广州钢厂以外这些电炉都按二步炼电炉公称容量平均出钢量tt/炉)3实际平均功率kVA八342306358155~1499::钢法冶炼电炉完全取消了还原期并实行泡沫渣埋弧熔炼和留钢留渣法作业冶炼时间~4都达到或超过设计指标其他如电耗电极消1~29103441788