现代电弧炉炼钢技术的发展

现代电弧炉炼钢技术的发展

傅

杰

李京社

李

晶

周德光

北京科技大学"!

王中丙

广州珠江钢铁集团公司"!

摘

要

兰德年

中国钢铁工业协会"!

现代电弧炉冶炼技术是围绕缩短冶炼周期这一核心发展起来的#从能量平衡的角度出发#提出了电

弧炉冶炼周期与各工艺参数和设备参数之间的关系式$简单地介绍了世界电弧炉冶炼技术的发展以及围绕超高功率供电%增加化学热和物理热以缩短冶炼周期的冶炼技术进步$肯定了近十年来我国发展现代电弧炉炼钢流程所取得的显著成果#分析了存在问题的原因#提出了提高电炉钢市场竞争力#进一步促进我国电炉钢发展的技术对策$关键词

现代电弧炉炼钢

发展

策略&

’()(*+,-(./+0-+’(1.(203/((*-245.6/(78.+*+69

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#S#C4(9g+1’3bOS>LAcY:CM>>UbJh=AB>K>UO^b>AMMLJM>BN

i前言

现代钢生产流程主要包括转炉流程%电弧炉流程和特种熔炼$电炉钢年产量占世界钢总年产量的比例#从上个世纪jk年代以来逐年增长#lkkm年为电弧炉流程由现代电弧炉冶炼%炉外精炼%连njo$

铸%连轧等工序组成#电弧炉薄板坯连铸连轧是现代

电弧炉流程的代表#显示出巨大的优越性$本文从技术及经济的角度#对如何提高电炉钢的市场竞争力和促进我国电炉钢的进一步发展进行了分析研究$p现代电弧炉冶炼技术的发展

现代电弧炉冶炼技术是围绕着缩短电弧炉冶炼

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周期这一核心而发展起来的q$从能量平衡的角

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联系人t傅杰#教授#北京!北京科技大学冶金学院mkkkun"

第-期

傅

杰等G现代电弧炉炼钢技术的发展

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度考虑!电弧炉冶炼周期可以用下述公式计算"

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#*+,+-.)/(023456&0)(’)%$(13&07#*)+,+-./(023456)(9)’$(18*38*7323456&0)+#/(,+-.)(:)*$(013&07%

*$*(;)18*38*7

式中#出钢至出钢时间)

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?#%

热停工时间在#不MM(-)增加化学热和物理热!,M*23456%

可以减小变压器额定功率@在#变的条件下!MM*%

可以增加,!即提高生产M023456不变的条件下!1提高炉子的年产量"率!

必须缩短热停工时间#(H)为缩短冶炼周期!"’

由于在化学热和物理热供量较大的条件下!例如在

供氧强度较大的竖炉冶炼过程和加铁水的N4?5A11O冶炼过程中!可以有一段停电操作!这时03和07不等于.所以#在过去的文!’称为热停工时间较合适(

加铁献中均称为非通电时间)"它是指装废钢时间M#’

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A@01

03

@*1

可见G(%)为了缩短冶炼周期!

必须提高吨钢输入电功率!01与变压器额定功率有关!变压器额定功率大!可输入电弧炉的电功率大!01大"通常将吨钢变压器额定功率大于H..BIDJ的电弧炉称为超高功率电弧炉!K.年代末!超高功率电弧炉的变压器额定功率高达K..F%’..BIDJ/A

"(’)提高03!有利于缩短冶炼周期!03主要来自钢中元素氧化的化学热及氧燃烧嘴提供的化学热"元素(主要是碳)氧化的化学热可占炼钢所需总能量的9.L左右!当二次燃烧率高时!这一比例还会更大些"氧燃烧嘴提供的化学热一般占总能量的;LF%.L"

(9)提高07!有利于缩短冶炼周期!07主要是由废钢预热后废钢的显热及加铁水操作时铁水的显热提供的"

(:)提高23456!可以缩短冶炼周期!提高23456

的措施包括供电制度合理化(优化供电曲线)M人工智能电弧炉M采用导电横臂M优化短网结构等"(;)增加化学热和物理热!可以收到节电效果!理论计算和实践结果表明!目前每增加%=9氧!可以节电约:BCDE/A@每增加%L铁水量!可以节电:F;BCDE/A

"水时间(对于顶装铁水而言)M接电极时间M出钢时间M补炉时间等"

由于一系列电弧炉冶炼新技术的开发应用!电弧炉冶炼周期已从%P-;年的平均%K.=>?缩短到

-.=>?以下!最短可达9;=>?!相应的电耗从原来的-9.BCDE/A降低到最低可达’..BCDE/A

!电极消耗从原来的-Q;BR/A降低到最低可达%BR/A

"现代电弧炉冶炼技术是围绕着缩短冶炼周期这一核心发展起来的"’.世纪-.年代至H.年代主要

是发展超高功率供电及其相关技术!包括高压长弧操作M水冷炉壁M水冷炉盖M泡沫渣技术等!在这一阶段钢包精炼及强化用氧已开始采用"K.年代!ST及UVW技术的开发使电弧炉冶炼&炉外精炼的现代电弧炉炼钢流程基本成熟"K.年代末大型超高功率直流电弧炉问世!由于其对电网冲击小M石墨电极消耗低!以致K.年代末到P.年代初直流电弧炉占了绝对的优势!我国上海的几台%..F%;.A的直流电弧炉就是在这一背景下建立起来的"与此同时!强化用氧技术(包括超音速氧枪M碳氧枪M氧燃烧嘴M底风口M二次燃烧技术)趋于成熟!IJX称之为YZU[技术!\]?>1O>称之为\]?]^3技术!\1=]R称之为Y4^_]^3技术"大量化学能源的输入!使得冶炼周期大大缩短!电耗和电极消耗不断降低!加上高阻抗交流电弧炉对电网的冲击比普通交流电弧炉低;.L!

导致P.年代中期以来!交流电弧炉与直流电弧炉形成竞争发展的趋势"值得注意的是!在这一阶段人们关注的已不是用直流供电还是用交流供电!而是废钢预热!即二次燃烧和烟气显热的利用问题!不同的废钢预热方式产生了不同类型的现代电弧炉!它们分别是用料篮废钢预热的普通电弧炉MN4?5A11O

炉M烟道竖炉MN4=1OA中心废钢预热竖炉M带手指烟道竖炉M‘[aM\]?]^3aOb5MN4?]^3电转炉MN4?A>]^3

和U34]^3

炉"从环保的角度看!废钢预热必须考虑排放废气中有害气体Nc’M二恶英(\>4d>?

)和呼兰

T[YT

钢铁

第4:卷

等的含量(料篮废钢预热因二恶英等有害!’"#$%&

技术可使二恶英排放气体含量超标被淘汰()*+%$*

4

量降低到,可满足日本.-.&,,5年/0)123以下(4

成为对环境规定的环保要求!6,-7&(/0)123’

一次终点命中率达;,-,47B@,-,7,B(7B以上M

开发了普通超高功率

炉连续加铁水工艺8韶钢在7’开发了D+&E>FFG

引进的D炉上(优化了连续加铁水工艺(研+&E>FFG究了铁水比对冶炼周期及电耗的影响(取得了显著的节能降耗效果M

降低电炉=’一批现代电弧炉采用铁水作原料(友好的电弧炉技术8

9我国现代电弧炉炼钢技术的发展

我国电弧炉在.,世纪:,年代数量增加极快(但大多数是技术经济指标落后的小炉子(5;;.年平均炉容量为2近十年来(我国在现代电弧炉流程与电弧炉工程技术方面取得了长足进步(主要体现在以下几点8!5’实现了炉子容量大型化85;;.年我国电弧炉基本上是小炉子(平均炉容量为2台85;;4年全国共有电弧炉57=5台(.,,,年全国电弧炉总数5?;台(

淘汰了大批小炉子(目前我国有容量为7,@57,>的大电炉4=台(大于5,,>的5:台(它们的生产率能够满足连铸要求(形成了电弧炉冶炼A炉外精炼A连铸或电弧炉冶炼A炉外精炼A连铸A连轧现代电弧炉流程群体8电炉钢主要是靠这些大电炉来生产的8.,,,年(我国共生产电炉钢.,.,万>

(其中由7,>以上电弧炉生产的5.(占电弧炉总产钢量的=5B8!.’在消化吸收引进国外先进技术的基础上有所创新8近十年来(我国引进了烟道竖炉CD+&E>FFG炉CH%&%$*及H%&%$*IG#E炉C双壳炉及其他超高功率交C

直流电弧炉(这些电弧炉目前不少已经达产(达产说明已经很好地消化吸收了国外先进技术8同时(在消化吸收引进国外先进技术的基础上有所创新(创新技术主要包括J

5’低氮电炉钢生产技术8我国对钢液脱氮与吸氮理论进行了深入C系统研究(促进了低氮电炉钢的生产8我国珠钢C宝钢57,>

电弧炉生产的钢材氮含量为!

M.’电弧炉以氮代氩全程底吹技术8

珠钢引进的57,>烟道竖炉及韶钢引进的;,>D+&E>FFG炉均设置了底吹氩系统(熔炼过程中底吹氩或先吹氮然后氮氩切换8笔者研究了在不同钢液溶解氧含量条件下吹氮对钢液增氮的影响(开发了电弧炉全程底吹氮技术用于生产8珠钢在底吹氮条件下(电弧炉出钢

氮含量可低于4,K5,L=M

4’电弧炉终点碳在线控制技术8

珠钢根据电弧炉冶炼过程的碳氧平衡与铁氧平衡(开发了电弧炉终点碳的在线控制技术(在生产碳含量6,-,=B的低碳钢过程中(将电弧炉出钢碳控制在

钢成本M

?’开发了电弧炉炉料结构模型和不延长冶炼周期的NOP加入工艺8!4’技术经济指标显著提高8我国部分电弧炉炼钢的主要技术经济指标已经达到电弧炉炼钢的国际先进水平(即冶炼电耗Q4,,RSTU2>(冶炼周期Q=,3V&(电极消耗Q5-7R/2>(部分企业吨容量炉子产钢量达到:,,,@5,,,,>2%8W存在问题及解决对策W-X存在问题

!5’在世界电炉钢占总钢产量比例不断增长的

同时(我国电炉钢占总钢产量比例(.,,,年比5;;4年降低了?-

从5;;,年到.,,,年(

世界电炉钢产量从.557增加到.?:=(

电炉钢占总钢产量比例从.?-7B增加到4=-,B(我国电炉钢产量从5增加到.,.,万>(电炉钢占总钢产量比例从.5-

!4’在环保方面(

大多数企业与国际水平相比较(差距很大8W-Y对策

当前电炉钢发展面临的主要问题是如何使企业盈利和取得更大效益8主要对策有4条8

!5’生产高附加值产品8电炉钢较转炉钢成本高(电弧炉如果只生产转炉也能生产的产品(肯定竞争不过转炉(电弧炉必须生产一些高附加值的目前转炉还难以生产的品种8事实表明(我国那些以生产高附加值产品为主的电弧炉厂家是赚钱的8值得指出的是(要搞高附加值产品(必须提高产品的质量(

在这方面(应注意两点JZ强化炉外精炼过程(生产低氧C硫含量的纯净钢8由于电弧炉冶炼周期的缩短(炉外精炼时间相应的缩短(这就要求在较短的时间内完成脱氧C脱硫C去夹杂的任务(为此(必须开发

第)期

傅

杰等V现代电弧炉炼钢技术的发展

5_^5

快速脱氧!脱硫!去夹杂技术"即强化炉外精炼过程#$生产低氮电炉钢%电弧炉炼钢和转炉炼钢相比

较"由于废钢原料氮含量高及电弧区钢液易吸氮"钢这是电弧炉流程的先天性缺陷之一%中氮含量较高"

为此"低氮电炉钢生产技术的研究开发成为电弧炉炼钢的热门课题"它有利于改善电炉钢质量"增加电炉钢品种"提高电弧炉流程产品的市场竞争能力%以碳钢为例"钢&’(降低成本%电炉钢成本中"铁料约占)电能占,电极消耗约占.+%*+"*-.+"我国废钢价格及电费高"因此电炉钢的成本较高%要降低成本"首先要降低钢铁料成本"降低电耗和电极消耗%从这一点出发"有两项电弧炉技术特别值得重视"一是二次燃烧技术"二是电弧炉加铁水技术%

二次燃烧技术在文章里!在会议上讨论很多"但真正应用较好的少见%事实上"在化学热的利用中"当碳完全燃烧时"化学热换算,/0氧气与碳反应"的电能应有1-2,3"但目前实际为4560-7782-**3"也就是说大约还有0-.*456的潜能可以利用%希望我国能有一!二家工3456

厂能在这方面做些工作"取得效果"予以推广%

在有富余铁水的企业"电弧炉加铁水操作无疑是一个降低成本的有效措施"以铁水代替生铁或废吨钢钢铁料成本最少降低,每加钢"**元%此外"

仅铁水显热就可以节电约03加,+铁水"9%456:可节电约,降低成本.0*+铁水"**39"*456:

元9左右%关于加铁水的方式最好采用炉后流槽连:续加"加铁水量应根据炉子的供氧能力及除尘系统的除尘能力等条件定%国内最早的试验结果表明"铁水加入量与电耗的关系曲线具有最低点"即具有最佳铁水加入比例%安阳的试验表明"最佳铁水加入量为0其原因在于随铁水量增加"钢中碳含’+左右"当供氧强度不够大时"脱碳速度低"冶炼时量增加"

间长"电耗增加%当供氧强度大"脱碳速度高"铁水加入量从*到.*+范围内可以基本不延长冶炼周期而使电耗不断降低%

&0(关注环保问题%;??

参

考

这一技术是由MNN开发成功的%(">?

*月MNN公司在位于日本富山市的MNN,OO7年,的试验炉%开发P>Q;?R>S建成一座容量为.:

二是减;?

量降低到低于*-’ICQ;T9/%根据试验炉取得的数据"MNN正在将一座普通电弧炉改造成一座生产能力为,**:96的;?

&,(现代电弧炉冶炼技术是围绕着缩短冶炼周期这一核心而发展起来的"缩短冶炼周期的主要途径是提高电能!化学热和物理热的输入"减少热损失以缩短通电时间和减少热停工时间%

&’(提出了现代电弧炉冶炼过程冶炼周期与各工艺参数和设备参数之间的一组关系式"据此可以阐明缩短冶炼周期!降低电耗!提高生产率的方向和作为选择变压器额定功率的依据%

我国电弧炉炼钢技术取得了长&0(近,*年来"足的进步"主要体现在V形成了先进W炉子大型化"的电弧炉冶炼X炉外精炼X连铸三位一体和电弧炉冶炼X炉外精炼X连铸X连轧四位一体的现代电弧炉流程群体#$引进技术的消化吸收与创新#Y电弧炉技术经济指标大幅度提高"缩短了与国外先进水平的差距%

&2(目前存在的问题是电炉钢占总产钢量比例有所降低"部分企业亏损和对环保重视不够"在清洁生产方面与国际水平差距很大%

&.(为了进一步发展我国的现代电弧炉炼钢流程"应该采取以下技术对策VW电弧炉生产高附加值钢"为此要提高电炉钢的质量"重点要抓强化炉外进一精炼和低氮电炉钢生产#$降低电炉钢成本"步缩短冶炼周期"提高生产率是关键"目标是使吨容量炉子年产量大于7电弧炉二次燃烧***8,****:"和热装铁水对降低电弧炉冶炼成本具有重要作用%应建立&)(必须重视电炉钢生产的环保问题"必要的环境保护法%文

献

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冶金工业出版社"’傅杰-钢冶金过程动力学-北京V’**,-0陆钟武-论钢铁工业的废钢资源-钢铁"’**’"01&2(V))-

现代电弧炉炼钢技术的发展

作者：

作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

傅杰， 李京社， 李晶， 周德光， 王中丙， 兰德年

傅杰,李京社,李晶,周德光(北京科技大学)， 王中丙(广州珠江钢铁集团公司)， 兰德年(中国钢铁工业协会)钢铁

IRON AND STEEL2003，38(6)16次

1.OPALKA W A Electric Steelmakers Look to the Future 2000(01)2.傅杰 钢冶金过程动力学 2001

3.陆钟武 论钢铁工业的废钢资源[期刊论文]-钢铁 2002(04)

1.会议论文 傅杰.兰德年 现代电弧炉炼钢技术的发展及我国电炉钢生产的前景 2005

本文论述了现代电弧炉炼钢技术和电炉钢生产的发展.对我国电炉钢生产的现状、存在问题及解决对策进行了讨论,指出:自1993年上海"当代电炉流程与电炉工程研讨会"以来,我国在电弧炉炼钢技术及电炉钢生产方面取得了长足的进步,主要表现在:(1)初步实现了炉子容量大型化;(2)在消化引进技术的基础上有所创新,开发了电弧炉加部分铁水等高效化生产技术;(3)部分现代化电弧炉的技术经济指标进入了国际领先行列,用电炉流程率先实现了400MPa级超级钢的产业化.我国在目前废钢、电力紧缺、电炉钢成本比转炉高的条件下,发展电炉钢生产的对策是:1)生产高附加值钢;2)围绕缩短冶炼周期以降低成本,电炉加部分铁水冶炼是其主要措施.提出了进一步在我国发展电炉钢生产的几点思考,展望了我国电炉钢生产的前景.并对现代电弧炉的冶炼特点、发展历史分期问题,现代电弧炉冶炼周期的综合控制理论,低氮电炉钢生产等问题进行了讨论.

2.会议论文 傅杰.王中丙.王新江.李晶 中国现代电弧炉炼钢技术的发展 2004

本文简要介绍了中国现代电弧炉炼钢技术的现状及其主要进展.自从1993年"当代电炉流程和电炉工程问题研讨会"以来,中国现代化电弧炉炼钢取得了长足的技术进步,主要体现在1)实现了电弧炉容量的大型化;2)电弧炉技术经济指标大大改善;3)在消化吸收国外电弧炉炼钢先进技术的基础上有所创新.本文介绍的主要创新点包括:电弧炉冶炼周期的综合控制理论、电弧炉加铁水冶炼技术、电弧炉终点控制技术、以氮代氩电弧炉底吹技术和低氮电炉钢生产技术等.

3.会议论文 李士琦.孙彦辉.刘冰.季淑娟.张喆君 现代电弧炉炼钢技术进展 2000

本文从四个方面阐述了现代电弧炉炼钢技术进展:(1)电弧炉炼钢生产的发展;(2)电弧炉炼钢的主要技术特点;(3)主要技术发展方向和动态;(4)电弧炉炼钢的可持续发展.

4.期刊论文 倪俊 现代电弧炉炼钢技术的发展 -江苏冶金2003,31(1)

对近年来电弧炉流程发展的宏观背景和电弧炉炼钢工艺的技术发展状况作了比较全面的介绍,并对电弧炉炼钢工艺流程的优化进行了探讨.

5.会议论文 傅杰.王中丙.王新江.毛新平 中国现代电弧炉炼钢技术进展 2004

近十年来,中国在发展现代电弧炉炼钢技术方面取得了显著成果,在消化引起国外先进技术的基础上不断有所创新.本文介绍了中国在现代电弧炉炼钢技术进步方面的部分创新成果,包括:(1)提出了电弧炉冶炼周期及电耗的综合控制理论,据此可以阐明缩短冶炼周期、降低电耗、提高生产速率的方向和作为选择变压器额定功率的依据;(2)电弧炉加铁水冶炼技术;(3)电弧炉终点控制技术;(4)以氮代氩电弧炉底吹技术;(5)低氮电炉钢生产技术;(6)炉料结构模型.

6.会议论文 傅杰.王中丙.王新江.毛新平 中国现代电弧炉炼钢技术进展 2004

近十年来，中国在发展现代电弧炉炼钢技术方面取得了显著成果，在消化引进国外先进技术的基础上不断有所创新。本文介绍了中国在现代电弧炉炼钢技术进步方面的部分创新成果，包括：(1)提出了电弧炉冶炼周期及电耗的综合控制理论，据此可以阐明缩短冶炼周期、降低电耗、提高生产速率的方向和作为选择变压器额定功率的依据；(2)电弧炉加铁水冶炼技术；(3)电弧炉终点控制技术；(4)以氮代氩电弧炉底吹技术；(5)低氮电炉钢生产技术；(6)炉料结构模型。

7.会议论文 李士琦.陈煜.刘润藻 现代电弧炉炼钢技术进展 2004

本文对近十年来电弧炉炼钢技术在原材料应用技术、供电系统的改造、多种能量的综合应用技术、电弧炉冶炼纯净钢技术和电弧炉整体优化技术等方面的发展进行了综述.电弧炉炼钢生产采用先进技术使生产效率大大提高，生产成本降低，产品质量明显提高，电弧炉生产的竞争力明显提升.

8.期刊论文 李宏雁.王忠孝 现代电弧炉炼钢技术 -一重技术2002(2)

电炉炼钢现代化发展趋势是不断追求提高电炉生产率,提高钢坯质量,降低炼钢成本以适应产品的高级化和多样化的需要.而各项相关技术在电炉上的应用,更加充分体现出现代化电炉炼钢工艺的高效、优质、低消耗.因此,为了适应市场需求,现代电炉炼钢技术必须向提高生产率,简化工艺的方向发展.

9.期刊论文 李士琦.陈煜.刘润藻.季淑娟.LI Shi-qi.CHEN Yu.LIU Run-zao.JI Shu-juan 现代电弧炉炼钢技术进展 -中国冶金2005,15(6)

对近10年来电弧炉炼钢在原料和材料应用技术、供电系统改造、多种能量综合应用技术、电弧炉冶炼纯净钢技术和整体优化技术等方面的发展进行了综述.电弧炉炼钢采用先进技术,使其生产效率和生产质量明显提高,生产成本降低,竞争力明显提升.

10.会议论文 李士琦.陈煜.刘润藻 现代电弧炉炼钢技术进展 2004

本文对近十年来电弧炉炼钢技术在原材料应用技术、供电系统的改造、多种能量的综合应用技术、电弧炉冶炼纯净钢技术和电弧炉整体优化技术等方面的发展进行了综述.电弧炉炼钢生产采用先进技术使生产效率大大提高,生产成本降低,产品质量明显提高,电弧炉生产的竞争力明显提升.

1.付继刚.郑文林 电弧炉炼钢节能降耗新技术[期刊论文]-设计技术 2009(2)

2.王翔.彭家清.姬健营 100t交流竖式电弧炉高效化生产实践[期刊论文]-冶金丛刊 2008(3)

3.王冰民.姬健营.余世安.倪冰 全冷料条件下烟道竖炉电弧炉的高效化生产[期刊论文]-中国冶金 2007(5)4.危尚好 南钢100t电弧炉合理用氧技术研究[学位论文]硕士 2007

5.崔健.刘晓 电弧炉炼钢技术若干问题的实践与认识(1)[期刊论文]-钢铁 2006(2)6.王耀杰 电弧炉电极调节系统解耦控制研究[学位论文]硕士 2006

7.徐匡迪.洪新 电炉短流程回顾和发展中的若干问题[期刊论文]-中国冶金 2005(7)8.长短流程结合实施高速线材精品战略[期刊论文]-金属制品 2005(5)

9.徐迎铁.李晶.傅杰.王新江 烟道竖炉电弧炉废钢预热特性研究[期刊论文]-钢铁 2005(12)10.徐迎铁.王新江.傅杰.李晶 现代电弧炉冶炼能量结构模型[期刊论文]-钢铁 2005(4)11.贺东风 薄板坯连铸连轧流程配置及物流参数优化[学位论文]博士 200512.魏建成 高阻抗电弧炉电抗选择的研究[学位论文]硕士 2005

13.唐武峰.崔鹏高.武守防 安钢100t电弧炉物料平衡及炉料结构的优化[期刊论文]-河南冶金 2004(5)14.王新江.傅杰.李晶.宋万平.靳秀礼 100 t交流竖式电弧炉冶炼电耗技术分析[期刊论文]-钢铁 2004(5)15.傅杰 现代电弧炉冶炼周期综合控制理论及应用[期刊论文]-北京科技大学学报 2004(6)16.王新江 100t烟道竖炉电弧炉高效化生产工艺及其综合控制理论研究[学位论文]博士 2004

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现代电弧炉炼钢技术的发展

傅

杰

李京社

李

晶

周德光

北京科技大学"!

王中丙

广州珠江钢铁集团公司"!

摘

要

兰德年

中国钢铁工业协会"!

现代电弧炉冶炼技术是围绕缩短冶炼周期这一核心发展起来的#从能量平衡的角度出发#提出了电

弧炉冶炼周期与各工艺参数和设备参数之间的关系式$简单地介绍了世界电弧炉冶炼技术的发展以及围绕超高功率供电%增加化学热和物理热以缩短冶炼周期的冶炼技术进步$肯定了近十年来我国发展现代电弧炉炼钢流程所取得的显著成果#分析了存在问题的原因#提出了提高电炉钢市场竞争力#进一步促进我国电炉钢发展的技术对策$关键词

现代电弧炉炼钢

发展

策略&

’()(*+,-(./+0-+’(1.(203/((*-245.6/(78.+*+69

:;?@?@BIJAB!";A=K>LC=MNOPQR=>AR>JAST>RDAOUOBNV>=W=AB

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2a3/127/TD>bOS>LAcY:M>RDAOUOBNDJC\>>AS>K>UO^=ABJLOIASMD>MJLB>MOP‘TCDOLM>A=ABMD>MJ^MOMJ^M=b>D>L>UJM=OACD=^\>Md>>AMD>MJ^MOMJ^M=b>JAS^LOR>CC^JLJb>M>LCJCd>UUJCPJR=U=MN^JLJb>M>LC=C^IMPOLdJLSPLObMD>^O=AMOPK=>dOP>A>LBN‘T\JUJAR>D>S>K>UO^b>AMOPMD>cY:M>RDAOUOBNJUUOK>LMD>dOLUSJASMD>^LOBL>CCOPcY:#=Cb>UMM>RDAOUOBN=ARUIS=ABCDOLM>A=ABMJ^MOMJ^M=b>\N;FeM>RDA=fI>ARL>JC=ABRD>b=RJU‘JAS^DNC=RJUD>JM=A^IMJL>=AMLOSIR>S\L=>PUN

#S#C4(9g+1’3bOS>LAcY:CM>>UbJh=AB>K>UO^b>AMMLJM>BN

i前言

现代钢生产流程主要包括转炉流程%电弧炉流程和特种熔炼$电炉钢年产量占世界钢总年产量的比例#从上个世纪jk年代以来逐年增长#lkkm年为电弧炉流程由现代电弧炉冶炼%炉外精炼%连njo$

铸%连轧等工序组成#电弧炉薄板坯连铸连轧是现代

电弧炉流程的代表#显示出巨大的优越性$本文从技术及经济的角度#对如何提高电炉钢的市场竞争力和促进我国电炉钢的进一步发展进行了分析研究$p现代电弧炉冶炼技术的发展

现代电弧炉冶炼技术是围绕着缩短电弧炉冶炼

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周期这一核心而发展起来的q$从能量平衡的角

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联系人t傅杰#教授#北京!北京科技大学冶金学院mkkkun"

第-期

傅

杰等G现代电弧炉炼钢技术的发展

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度考虑!电弧炉冶炼周期可以用下述公式计算"

#$#%&#’

(%)

#*+,+-.)/(023456&0)(’)%$(13&07#*)+,+-./(023456)(9)’$(18*38*7323456&0)+#/(,+-.)(:)*$(013&07%

*$*(;)18*38*7

式中#出钢至出钢时间)

@=>?

?#%

热停工时间在#不MM(-)增加化学热和物理热!,M*23456%

可以减小变压器额定功率@在#变的条件下!MM*%

可以增加,!即提高生产M023456不变的条件下!1提高炉子的年产量"率!

必须缩短热停工时间#(H)为缩短冶炼周期!"’

由于在化学热和物理热供量较大的条件下!例如在

供氧强度较大的竖炉冶炼过程和加铁水的N4?5A11O冶炼过程中!可以有一段停电操作!这时03和07不等于.所以#在过去的文!’称为热停工时间较合适(

加铁献中均称为非通电时间)"它是指装废钢时间M#’

?@,

A@01

03

@*1

可见G(%)为了缩短冶炼周期!

必须提高吨钢输入电功率!01与变压器额定功率有关!变压器额定功率大!可输入电弧炉的电功率大!01大"通常将吨钢变压器额定功率大于H..BIDJ的电弧炉称为超高功率电弧炉!K.年代末!超高功率电弧炉的变压器额定功率高达K..F%’..BIDJ/A

"(’)提高03!有利于缩短冶炼周期!03主要来自钢中元素氧化的化学热及氧燃烧嘴提供的化学热"元素(主要是碳)氧化的化学热可占炼钢所需总能量的9.L左右!当二次燃烧率高时!这一比例还会更大些"氧燃烧嘴提供的化学热一般占总能量的;LF%.L"

(9)提高07!有利于缩短冶炼周期!07主要是由废钢预热后废钢的显热及加铁水操作时铁水的显热提供的"

(:)提高23456!可以缩短冶炼周期!提高23456

的措施包括供电制度合理化(优化供电曲线)M人工智能电弧炉M采用导电横臂M优化短网结构等"(;)增加化学热和物理热!可以收到节电效果!理论计算和实践结果表明!目前每增加%=9氧!可以节电约:BCDE/A@每增加%L铁水量!可以节电:F;BCDE/A

"水时间(对于顶装铁水而言)M接电极时间M出钢时间M补炉时间等"

由于一系列电弧炉冶炼新技术的开发应用!电弧炉冶炼周期已从%P-;年的平均%K.=>?缩短到

-.=>?以下!最短可达9;=>?!相应的电耗从原来的-9.BCDE/A降低到最低可达’..BCDE/A

!电极消耗从原来的-Q;BR/A降低到最低可达%BR/A

"现代电弧炉冶炼技术是围绕着缩短冶炼周期这一核心发展起来的"’.世纪-.年代至H.年代主要

是发展超高功率供电及其相关技术!包括高压长弧操作M水冷炉壁M水冷炉盖M泡沫渣技术等!在这一阶段钢包精炼及强化用氧已开始采用"K.年代!ST及UVW技术的开发使电弧炉冶炼&炉外精炼的现代电弧炉炼钢流程基本成熟"K.年代末大型超高功率直流电弧炉问世!由于其对电网冲击小M石墨电极消耗低!以致K.年代末到P.年代初直流电弧炉占了绝对的优势!我国上海的几台%..F%;.A的直流电弧炉就是在这一背景下建立起来的"与此同时!强化用氧技术(包括超音速氧枪M碳氧枪M氧燃烧嘴M底风口M二次燃烧技术)趋于成熟!IJX称之为YZU[技术!\]?>1O>称之为\]?]^3技术!\1=]R称之为Y4^_]^3技术"大量化学能源的输入!使得冶炼周期大大缩短!电耗和电极消耗不断降低!加上高阻抗交流电弧炉对电网的冲击比普通交流电弧炉低;.L!

导致P.年代中期以来!交流电弧炉与直流电弧炉形成竞争发展的趋势"值得注意的是!在这一阶段人们关注的已不是用直流供电还是用交流供电!而是废钢预热!即二次燃烧和烟气显热的利用问题!不同的废钢预热方式产生了不同类型的现代电弧炉!它们分别是用料篮废钢预热的普通电弧炉MN4?5A11O

炉M烟道竖炉MN4=1OA中心废钢预热竖炉M带手指烟道竖炉M‘[aM\]?]^3aOb5MN4?]^3电转炉MN4?A>]^3

和U34]^3

炉"从环保的角度看!废钢预热必须考虑排放废气中有害气体Nc’M二恶英(\>4d>?

)和呼兰

T[YT

钢铁

第4:卷

等的含量(料篮废钢预热因二恶英等有害!’"#$%&

技术可使二恶英排放气体含量超标被淘汰()*+%$*

4

量降低到,可满足日本.-.&,,5年/0)123以下(4

成为对环境规定的环保要求!6,-7&(/0)123’

一次终点命中率达;,-,47B@,-,7,B(7B以上M

开发了普通超高功率

炉连续加铁水工艺8韶钢在7’开发了D+&E>FFG

引进的D炉上(优化了连续加铁水工艺(研+&E>FFG究了铁水比对冶炼周期及电耗的影响(取得了显著的节能降耗效果M

降低电炉=’一批现代电弧炉采用铁水作原料(友好的电弧炉技术8

9我国现代电弧炉炼钢技术的发展

我国电弧炉在.,世纪:,年代数量增加极快(但大多数是技术经济指标落后的小炉子(5;;.年平均炉容量为2近十年来(我国在现代电弧炉流程与电弧炉工程技术方面取得了长足进步(主要体现在以下几点8!5’实现了炉子容量大型化85;;.年我国电弧炉基本上是小炉子(平均炉容量为2台85;;4年全国共有电弧炉57=5台(.,,,年全国电弧炉总数5?;台(

淘汰了大批小炉子(目前我国有容量为7,@57,>的大电炉4=台(大于5,,>的5:台(它们的生产率能够满足连铸要求(形成了电弧炉冶炼A炉外精炼A连铸或电弧炉冶炼A炉外精炼A连铸A连轧现代电弧炉流程群体8电炉钢主要是靠这些大电炉来生产的8.,,,年(我国共生产电炉钢.,.,万>

(其中由7,>以上电弧炉生产的5.(占电弧炉总产钢量的=5B8!.’在消化吸收引进国外先进技术的基础上有所创新8近十年来(我国引进了烟道竖炉CD+&E>FFG炉CH%&%$*及H%&%$*IG#E炉C双壳炉及其他超高功率交C

直流电弧炉(这些电弧炉目前不少已经达产(达产说明已经很好地消化吸收了国外先进技术8同时(在消化吸收引进国外先进技术的基础上有所创新(创新技术主要包括J

5’低氮电炉钢生产技术8我国对钢液脱氮与吸氮理论进行了深入C系统研究(促进了低氮电炉钢的生产8我国珠钢C宝钢57,>

电弧炉生产的钢材氮含量为!

M.’电弧炉以氮代氩全程底吹技术8

珠钢引进的57,>烟道竖炉及韶钢引进的;,>D+&E>FFG炉均设置了底吹氩系统(熔炼过程中底吹氩或先吹氮然后氮氩切换8笔者研究了在不同钢液溶解氧含量条件下吹氮对钢液增氮的影响(开发了电弧炉全程底吹氮技术用于生产8珠钢在底吹氮条件下(电弧炉出钢

氮含量可低于4,K5,L=M

4’电弧炉终点碳在线控制技术8

珠钢根据电弧炉冶炼过程的碳氧平衡与铁氧平衡(开发了电弧炉终点碳的在线控制技术(在生产碳含量6,-,=B的低碳钢过程中(将电弧炉出钢碳控制在

钢成本M

?’开发了电弧炉炉料结构模型和不延长冶炼周期的NOP加入工艺8!4’技术经济指标显著提高8我国部分电弧炉炼钢的主要技术经济指标已经达到电弧炉炼钢的国际先进水平(即冶炼电耗Q4,,RSTU2>(冶炼周期Q=,3V&(电极消耗Q5-7R/2>(部分企业吨容量炉子产钢量达到:,,,@5,,,,>2%8W存在问题及解决对策W-X存在问题

!5’在世界电炉钢占总钢产量比例不断增长的

同时(我国电炉钢占总钢产量比例(.,,,年比5;;4年降低了?-

从5;;,年到.,,,年(

世界电炉钢产量从.557增加到.?:=(

电炉钢占总钢产量比例从.?-7B增加到4=-,B(我国电炉钢产量从5增加到.,.,万>(电炉钢占总钢产量比例从.5-

!4’在环保方面(

大多数企业与国际水平相比较(差距很大8W-Y对策

当前电炉钢发展面临的主要问题是如何使企业盈利和取得更大效益8主要对策有4条8

!5’生产高附加值产品8电炉钢较转炉钢成本高(电弧炉如果只生产转炉也能生产的产品(肯定竞争不过转炉(电弧炉必须生产一些高附加值的目前转炉还难以生产的品种8事实表明(我国那些以生产高附加值产品为主的电弧炉厂家是赚钱的8值得指出的是(要搞高附加值产品(必须提高产品的质量(

在这方面(应注意两点JZ强化炉外精炼过程(生产低氧C硫含量的纯净钢8由于电弧炉冶炼周期的缩短(炉外精炼时间相应的缩短(这就要求在较短的时间内完成脱氧C脱硫C去夹杂的任务(为此(必须开发

第)期

傅

杰等V现代电弧炉炼钢技术的发展

5_^5

快速脱氧!脱硫!去夹杂技术"即强化炉外精炼过程#$生产低氮电炉钢%电弧炉炼钢和转炉炼钢相比

较"由于废钢原料氮含量高及电弧区钢液易吸氮"钢这是电弧炉流程的先天性缺陷之一%中氮含量较高"

为此"低氮电炉钢生产技术的研究开发成为电弧炉炼钢的热门课题"它有利于改善电炉钢质量"增加电炉钢品种"提高电弧炉流程产品的市场竞争能力%以碳钢为例"钢&’(降低成本%电炉钢成本中"铁料约占)电能占,电极消耗约占.+%*+"*-.+"我国废钢价格及电费高"因此电炉钢的成本较高%要降低成本"首先要降低钢铁料成本"降低电耗和电极消耗%从这一点出发"有两项电弧炉技术特别值得重视"一是二次燃烧技术"二是电弧炉加铁水技术%

二次燃烧技术在文章里!在会议上讨论很多"但真正应用较好的少见%事实上"在化学热的利用中"当碳完全燃烧时"化学热换算,/0氧气与碳反应"的电能应有1-2,3"但目前实际为4560-7782-**3"也就是说大约还有0-.*456的潜能可以利用%希望我国能有一!二家工3456

厂能在这方面做些工作"取得效果"予以推广%

在有富余铁水的企业"电弧炉加铁水操作无疑是一个降低成本的有效措施"以铁水代替生铁或废吨钢钢铁料成本最少降低,每加钢"**元%此外"

仅铁水显热就可以节电约03加,+铁水"9%456:可节电约,降低成本.0*+铁水"**39"*456:

元9左右%关于加铁水的方式最好采用炉后流槽连:续加"加铁水量应根据炉子的供氧能力及除尘系统的除尘能力等条件定%国内最早的试验结果表明"铁水加入量与电耗的关系曲线具有最低点"即具有最佳铁水加入比例%安阳的试验表明"最佳铁水加入量为0其原因在于随铁水量增加"钢中碳含’+左右"当供氧强度不够大时"脱碳速度低"冶炼时量增加"

间长"电耗增加%当供氧强度大"脱碳速度高"铁水加入量从*到.*+范围内可以基本不延长冶炼周期而使电耗不断降低%

&0(关注环保问题%;??

参

考

这一技术是由MNN开发成功的%(">?

*月MNN公司在位于日本富山市的MNN,OO7年,的试验炉%开发P>Q;?R>S建成一座容量为.:

二是减;?

量降低到低于*-’ICQ;T9/%根据试验炉取得的数据"MNN正在将一座普通电弧炉改造成一座生产能力为,**:96的;?

&,(现代电弧炉冶炼技术是围绕着缩短冶炼周期这一核心而发展起来的"缩短冶炼周期的主要途径是提高电能!化学热和物理热的输入"减少热损失以缩短通电时间和减少热停工时间%

&’(提出了现代电弧炉冶炼过程冶炼周期与各工艺参数和设备参数之间的一组关系式"据此可以阐明缩短冶炼周期!降低电耗!提高生产率的方向和作为选择变压器额定功率的依据%

我国电弧炉炼钢技术取得了长&0(近,*年来"足的进步"主要体现在V形成了先进W炉子大型化"的电弧炉冶炼X炉外精炼X连铸三位一体和电弧炉冶炼X炉外精炼X连铸X连轧四位一体的现代电弧炉流程群体#$引进技术的消化吸收与创新#Y电弧炉技术经济指标大幅度提高"缩短了与国外先进水平的差距%

&2(目前存在的问题是电炉钢占总产钢量比例有所降低"部分企业亏损和对环保重视不够"在清洁生产方面与国际水平差距很大%

&.(为了进一步发展我国的现代电弧炉炼钢流程"应该采取以下技术对策VW电弧炉生产高附加值钢"为此要提高电炉钢的质量"重点要抓强化炉外进一精炼和低氮电炉钢生产#$降低电炉钢成本"步缩短冶炼周期"提高生产率是关键"目标是使吨容量炉子年产量大于7电弧炉二次燃烧***8,****:"和热装铁水对降低电弧炉冶炼成本具有重要作用%应建立&)(必须重视电炉钢生产的环保问题"必要的环境保护法%文

献

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冶金工业出版社"’傅杰-钢冶金过程动力学-北京V’**,-0陆钟武-论钢铁工业的废钢资源-钢铁"’**’"01&2(V))-

现代电弧炉炼钢技术的发展

作者：

作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

傅杰， 李京社， 李晶， 周德光， 王中丙， 兰德年

傅杰,李京社,李晶,周德光(北京科技大学)， 王中丙(广州珠江钢铁集团公司)， 兰德年(中国钢铁工业协会)钢铁

IRON AND STEEL2003，38(6)16次

1.OPALKA W A Electric Steelmakers Look to the Future 2000(01)2.傅杰 钢冶金过程动力学 2001

3.陆钟武 论钢铁工业的废钢资源[期刊论文]-钢铁 2002(04)

1.会议论文 傅杰.兰德年 现代电弧炉炼钢技术的发展及我国电炉钢生产的前景 2005

本文论述了现代电弧炉炼钢技术和电炉钢生产的发展.对我国电炉钢生产的现状、存在问题及解决对策进行了讨论,指出:自1993年上海"当代电炉流程与电炉工程研讨会"以来,我国在电弧炉炼钢技术及电炉钢生产方面取得了长足的进步,主要表现在:(1)初步实现了炉子容量大型化;(2)在消化引进技术的基础上有所创新,开发了电弧炉加部分铁水等高效化生产技术;(3)部分现代化电弧炉的技术经济指标进入了国际领先行列,用电炉流程率先实现了400MPa级超级钢的产业化.我国在目前废钢、电力紧缺、电炉钢成本比转炉高的条件下,发展电炉钢生产的对策是:1)生产高附加值钢;2)围绕缩短冶炼周期以降低成本,电炉加部分铁水冶炼是其主要措施.提出了进一步在我国发展电炉钢生产的几点思考,展望了我国电炉钢生产的前景.并对现代电弧炉的冶炼特点、发展历史分期问题,现代电弧炉冶炼周期的综合控制理论,低氮电炉钢生产等问题进行了讨论.

2.会议论文 傅杰.王中丙.王新江.李晶 中国现代电弧炉炼钢技术的发展 2004

本文简要介绍了中国现代电弧炉炼钢技术的现状及其主要进展.自从1993年"当代电炉流程和电炉工程问题研讨会"以来,中国现代化电弧炉炼钢取得了长足的技术进步,主要体现在1)实现了电弧炉容量的大型化;2)电弧炉技术经济指标大大改善;3)在消化吸收国外电弧炉炼钢先进技术的基础上有所创新.本文介绍的主要创新点包括:电弧炉冶炼周期的综合控制理论、电弧炉加铁水冶炼技术、电弧炉终点控制技术、以氮代氩电弧炉底吹技术和低氮电炉钢生产技术等.

3.会议论文 李士琦.孙彦辉.刘冰.季淑娟.张喆君 现代电弧炉炼钢技术进展 2000

本文从四个方面阐述了现代电弧炉炼钢技术进展:(1)电弧炉炼钢生产的发展;(2)电弧炉炼钢的主要技术特点;(3)主要技术发展方向和动态;(4)电弧炉炼钢的可持续发展.

4.期刊论文 倪俊 现代电弧炉炼钢技术的发展 -江苏冶金2003,31(1)

对近年来电弧炉流程发展的宏观背景和电弧炉炼钢工艺的技术发展状况作了比较全面的介绍,并对电弧炉炼钢工艺流程的优化进行了探讨.

5.会议论文 傅杰.王中丙.王新江.毛新平 中国现代电弧炉炼钢技术进展 2004

近十年来,中国在发展现代电弧炉炼钢技术方面取得了显著成果,在消化引起国外先进技术的基础上不断有所创新.本文介绍了中国在现代电弧炉炼钢技术进步方面的部分创新成果,包括:(1)提出了电弧炉冶炼周期及电耗的综合控制理论,据此可以阐明缩短冶炼周期、降低电耗、提高生产速率的方向和作为选择变压器额定功率的依据;(2)电弧炉加铁水冶炼技术;(3)电弧炉终点控制技术;(4)以氮代氩电弧炉底吹技术;(5)低氮电炉钢生产技术;(6)炉料结构模型.

6.会议论文 傅杰.王中丙.王新江.毛新平 中国现代电弧炉炼钢技术进展 2004

近十年来，中国在发展现代电弧炉炼钢技术方面取得了显著成果，在消化引进国外先进技术的基础上不断有所创新。本文介绍了中国在现代电弧炉炼钢技术进步方面的部分创新成果，包括：(1)提出了电弧炉冶炼周期及电耗的综合控制理论，据此可以阐明缩短冶炼周期、降低电耗、提高生产速率的方向和作为选择变压器额定功率的依据；(2)电弧炉加铁水冶炼技术；(3)电弧炉终点控制技术；(4)以氮代氩电弧炉底吹技术；(5)低氮电炉钢生产技术；(6)炉料结构模型。

7.会议论文 李士琦.陈煜.刘润藻 现代电弧炉炼钢技术进展 2004

本文对近十年来电弧炉炼钢技术在原材料应用技术、供电系统的改造、多种能量的综合应用技术、电弧炉冶炼纯净钢技术和电弧炉整体优化技术等方面的发展进行了综述.电弧炉炼钢生产采用先进技术使生产效率大大提高，生产成本降低，产品质量明显提高，电弧炉生产的竞争力明显提升.

8.期刊论文 李宏雁.王忠孝 现代电弧炉炼钢技术 -一重技术2002(2)

电炉炼钢现代化发展趋势是不断追求提高电炉生产率,提高钢坯质量,降低炼钢成本以适应产品的高级化和多样化的需要.而各项相关技术在电炉上的应用,更加充分体现出现代化电炉炼钢工艺的高效、优质、低消耗.因此,为了适应市场需求,现代电炉炼钢技术必须向提高生产率,简化工艺的方向发展.

9.期刊论文 李士琦.陈煜.刘润藻.季淑娟.LI Shi-qi.CHEN Yu.LIU Run-zao.JI Shu-juan 现代电弧炉炼钢技术进展 -中国冶金2005,15(6)

对近10年来电弧炉炼钢在原料和材料应用技术、供电系统改造、多种能量综合应用技术、电弧炉冶炼纯净钢技术和整体优化技术等方面的发展进行了综述.电弧炉炼钢采用先进技术,使其生产效率和生产质量明显提高,生产成本降低,竞争力明显提升.

10.会议论文 李士琦.陈煜.刘润藻 现代电弧炉炼钢技术进展 2004

本文对近十年来电弧炉炼钢技术在原材料应用技术、供电系统的改造、多种能量的综合应用技术、电弧炉冶炼纯净钢技术和电弧炉整体优化技术等方面的发展进行了综述.电弧炉炼钢生产采用先进技术使生产效率大大提高,生产成本降低,产品质量明显提高,电弧炉生产的竞争力明显提升.

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