现代电弧炉冶炼周期综合控制理论及应用.pdf

第 2 6卷 第 6 期 2 0 0 4年1 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g V 0 L 2 6 NO 6 Dec 2 O O 4 现代 电弧炉冶炼周期综合控制理论及应用 傅杰 北京科技大学 北京 1 0 0 0 8 3 摘要 在分析 4 O年来 国内外现代 电弧 炉炼钢技术发展特 点 的基础 上 指 出现代 电弧炉 炼 钢 技术是 围绕 缩短冶炼 周期 以满足 高效连铸节奏要 求这一核心 发展起来 的 提 出了现代 电 弧炉冶炼 周期的综合控 制理论 简要 地介绍 了这 一理论 以及在这 一理论指 导下开发 的包 括 电炉加铁 水冶炼等一 系列高效化 电弧炉炼钢技术和 在 中国电炉钢 生产 中的应用效果 这 一 理 论指 导和推动 了钢铁 冶金及我 国电炉钢生产 的发展 关键词 现代 电弧炉 冶炼周 期 综合 控制理论 加铁水 分类号 1 F 7 4 1 5 1 F 4 1 9 9 3年 6月殷瑞 钰 院士 和徐 匡迪 院士代 表 当 时的冶金部 在上海 举办 了 当代 电炉流程和 电 炉工程 问题研讨 会 会 上他 们分 别作 了题 为 当 代 电炉流 程 的工程 进展评 价 和 现 代 电弧炉 炼 钢 的发展 趋势 的学 术报 告 这 次会议 对我 国 现代 电炉流程 的发展起 了指 导和推 动作用 1 0 多 年来 我 国在现 代 电炉流程 与 电炉工 程技术 方面 取得 了长 足进 步 主要 体现 在 形成 了电炉冶 炼 一 炉外精 炼一连 铸 三 位一 体 或 电炉冶 炼一 炉 外精 炼一 连铸一 连 轧 四位 一体 的现代 化 电炉 流程 群体 目前 中国的 电炉 钢主要 是现代 电炉流 程 生产 的 电炉 生产技 术指 标大 幅度提 高 不少 厂 的 电炉冶炼 周期 电耗 电炉 利用系 数 生产率 等 已达 到 国际先进 水平 近 年来 中国 电炉 钢产 量 飞速增 长 在 消化吸收 引进 国外先进技 术 的基 础 上有 所创 新 本文 综合 阐述 了创 新成 果之一 现 代 电弧炉冶 炼周 期综合控 制理 论及应用 1 现 代 电弧 炉 炼 钢 技 术 是 围绕 缩 短 冶炼 周 期 以满 足 高效 连铸 节 奏 要求这 一核 心发展起 来的 2 0世 纪 6 0年代初 连铸 技术 开始 了工 业应 用 使转 炉流 程金 属 收得率 大幅度 提 高 成 本显 收稿 日期 2 0 0 4 0 6 0 1 傅杰男 6 7岁 教授 国家 自然科 学基 金资助项 目 No 5 0 3 3 4 0 1 0 著 降低 电炉 流程 为提 高市场 竞 争力 必须 改模 铸 为连铸 为满足 连铸节 奏 要求 必须缩 短冶 炼 周 期 相应 地 开发 了一系 列 的电炉技 术 从 2 0世 纪 6 0年代至 8 0 年 代 中期主要 发展 了超 高功 率供 电及其 相关技 术 使 电弧 炉冶 炼周 期从 3 h缩短 到 6 0 mi n 基 本上 能满足 连铸 的节 奏要 求 1 9 8 9 年 第一 条 电弧 炉薄板 坯 厚 5 0 mm 连 铸连 轧生产 线在美 国的纽柯 公司投 产 8 0年代 末 期至 9 0年 代 由于 小方坯连铸 单流 产量 的提 高 以及 一机 多 流 技 术 的发展 薄板坯连 铸 铸坯 厚度 的增加 由 5 0 ran 1 增至 7 0 9 0 mm 要 求 电弧炉 小 时产量增 加 解 决 的办法 一是 增大 炉容 量 二 是增 加单位 时 间输 入能量 进 一步缩 短冶炼周 期 为此 在超 高 功率 供 电的 基础 上重 点发展 了强化 供氧 及废 钢预 热 和加 铁 水冶 炼等 增 加化 学 热和 物 理热 的 现代 电弧炉冶 炼技 术 这 些技 术的发展 大大地缩 短 了冶炼 周期 降低 了 电耗 及 电极 消耗 系统 分析 这些技 术 的发展 特 点和 开发过 程 可 以得 出 结 论 现代 电弧炉炼钢 技术 是 围绕着缩 短冶 炼周 期 以满 足 高效 连铸 节 奏要 求这 一 核 心而 发展 起 来 的 我 国应 在 消化 吸收 引进 国外 先进技 术 的基 础 上 围绕 缩 短冶 炼周 期 这一 核心 发 展 具有 自主 知识产权 的现代 电弧炉 冶炼技 术 考虑 到 当前我 国废钢 资源 短缺 电力供应 紧 张 价 格较 高 的具 体情 况 推广我 国 自创 的现代 电弧 炉炼钢 技术 进 一步 缩 短 电弧炉 冶炼 周 期 提 高 电弧 炉生 产 维普资讯 V 0 L 2 6 NO 6 傅 杰 现代 电弧炉冶炼 周期综合控 制理论 及应 用 5 8 9 率 这 对我 国 目前 在不大 量新增 设备 的条件下 发 展 电炉钢 生产具 有十 分重 要 的意义 2 电弧炉冶炼周期综合控制理论 2 1 电弧 炉冶炼 周 期的理 论计 算公 式 井 口光 哉 提 出 了 电弧 炉 冶炼 周 期 与各 设 备 和 操作 因素之 间的关 系式 f C Wx 6 0 l T q c o s 0 t 1 其 中 f 为冶炼 周 期 mi n C为吨钢 电耗 k Wh t W 为钢水 质量 电炉容量 t T 为变压 器额 定功 率 k V A c o s 0 为功率 因素 叩 为 电效 率 f 为 非通 电时 间 为缩 短冶 炼周 期 需采 取 以下对 策 1 降低 电耗 2 提 高吨钢 变压 器功率 和 电能输 入功率 3 提 高功 率 因素和 电效率 4 缩短非 通 电时间 式 1 是 在 2 0世 纪 8 0年 代 中期提 出的 当时 电炉炼钢 技术 主要是超 高功率 供 电 8 0 年代 中期 以后 发展 了一 系列 旨在 增加 化学热和 物理热 的 电炉炼 钢技 术 考虑 到供 电 增 加化 学热 和增 加 物 理热 基 于 能量平 衡 电弧炉 冶炼 周期 应该用 下述 公式 计算 r r q r 2 r CW 6 0 I P E 叩 c o s P c P e 3 r C E Wx 6 0 P E 叩 c o s 4 C C c CP 5 其 中 r 为 电弧炉 冶炼 周期 第 一次 出钢 到第二 次 出钢 的时 间 mi n r 为供 能 时间 mi n r 为热停 工 时 间 mi n P z 为表 观输 入 电功率 k W 为综合 电 效率 c o s 为功 率 因数 P c 为 由化学 热换 算成 的 有效 电功 率 k W P P 为 由物 理热换 算成 的有 效 电 功率 k W C为有效 电耗 k Wh t 为C c 与 C P 为 0 时 的有 效 电耗 k Wh t C c 为 由于 化学热 导致 的节 电 k Wh t C P 为 由于物理 热导 致 的节 电 k Wh t 由式 2 H 5 可见 1 为 了缩 短冶炼 周期 必须 提高吨钢 输入 电 功 率 尸 E 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 尸 E 大 通 常将 吨 钢 变 压器额 定 功率大 于 7 0 0 k V A的电弧 炉称 为 超 高 功率 电弧 炉 8 0年代 末 超 高 功率 电弧炉 的 变压 器额 定功 率高达 7 0 0 1 2 0 0 k V A t 2 提 高P c 有 利于 缩短冶 炼 周期 P c 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 化 学热 可 占炼钢所 需 总能量 的 4 0 左 右 当二次 燃烧 率高 时 比例还 会更 大 些 其 中氧 燃 烧 咀提 供 的化学 热 占总 能量 的 1 0 1 5 3 提 高P P 有利 于缩 短冶 炼周 期 P P 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 4 提 高q c o s 可缩短冶 炼周 期 提 高q c o s 的 措 施包 括供 电制度 合 理化 优 化供 电曲线 人 工 智 能 电弧炉 采用 导 电横臂 优 化短 网结 构及泡 沫渣 操作 等 5 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 1 l I l 3 氧 1 0 1 3 k P a 下 可 以节 电约 k Wh t 每 增加 1 铁水 量 可 以节 电 5 k Wh 具体 采用何 种 能 源 结构 要根 据不 同厂 的 电价 氧 气和 燃料 价格 及 能源 条件而 定 6 r C 一 定时 P Eq c o s P c P P 的 比例可 以变化 即 电能 化 学热和 物理热 可 以相互 转换 它们 的效 率不 同 在安钢 电弧炉 冶炼条件 下分 别 为 5 9 7 2 和 1 0 0 从表 1 质量 平衡及 表 2能量 平衡 数据 可知 电能约 占总输 入 能量 的 3 4 化 学热 占 4 O 物 理热 占2 6 根据这 一 点 可 以不 采 用过 大 的变 压器 额 定功率 全世 界 1 6台 C o n s t e e l电炉平 均吨钢 变 压器 额定功 率 为 4 7 7 k V A 在PEq c o s C 不变 的条件 下 增加化 学热和 物 理热 减 小r 可提 高生产 率 这一 点对 于我 国 目前在废 钢及 电力资源 短缺 价 格高 的条件下 发 展 电炉 钢 生产具 有重 要 的指导 意义 7 为缩 短 冶炼 周期 必须 缩短 热停 工 时间 r 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 的烟 道竖 炉 电炉 冶炼 过 程 表 1冶炼吨钢 的物料平衡 表 Ta bl e 1 M a s s b a l a n c e p e r t o n s t e e l 维普资讯 5 9 0 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 4年 第 6期 表 2冶炼 吨钢 的能量平衡表 Ta bl e 2 En e r g y b a l a n c e p e r t o n s t e e l 输入项 能量 k Wh 输 出项 能量 kWh 预热金属 料物理热 7 8 3 3钢水物 理热 铁水物理 热 8 7 3 7炉渣物 理热 燃烧 喷嘴 供化学热 8 7 7 2炉气物 理热 炉 内化学 反应化学 热 1 6 5 3 8烟尘物 理热 电能 2 2 3 6 8冷却水 吸热 电路 系统损失热 其他 3 7 7 8 9 6 0 1 8 3 0 9 6 1 4 4 7 1 3 5 9 6 1 5 8 8 1 0 5 3 输入合计 6 4 2 2 8输 出合 计 6 4 2 3 2 和加 铁水 的 C o n s t e e l 冶炼 过程 中 可 以有一 段停 电操 作 这 时P c 和P P 不等 于 0 此外 在 安钢 的电 弧炉 冶炼 过程 中 有一 段 吹氧 不 通 电时 间 所 以 r 称 为热停 工 时 间较 合适 在 过 去 的文 献 中称 为 非通 电时间 是指 通常 的装废 钢 时间 加铁 水 时 间 对 顶 装铁 水而 言 接 电极 时间 出钢 时间 补 炉 时 间 8 由式 3 可 见 提高P E 叩 c o s o P c P 可缩短 r 但 随着 P E 叩 c o s o P c P v 特 别 是随着 铁 水加 入 比的提 高 C 提 高 在 一定 的供 氧和 脱碳速 率 条 件下 导 致r 延长 在r 与P E c o s o P c P v 的关系 图 上 应具有 最低 点 9 从式 3 导 出 C P E 叩 c o s o P c P v r 7 W 6 0 6 由式 6 可见 在一 定条件 下 提 高P E 叩 c o s P c P P 可 能增 加 电耗 但 随着P E c o s P c P P 提 高 又会 导致r 缩短 降低 电耗 由于c与P E 叩 c o s P c P P 的关系 例如在 电耗 与铁水 加入 比的关系 图 上 可 能具有 最低 点 降低 电耗 的基 本途径 是缩 短 冶炼 周期 1 0 从冶金 质 量控制 考虑 现 代 电弧 炉冶炼 周 期 的综 合控 制 还应 包 括 电弧炉冶 炼 终 点控制 温 度及 成 分控制 见本 文第 3部 分 2 2 电弧炉 冶炼 周期 的计 算模 型 基 于能 量平 衡及现 代 电弧炉炼 钢工 艺特征 建 立 了能够 描述现 代 电弧炉炼 钢冶炼 周期 电耗 及 工 艺参数 之 间关系 的 能量结 构模 型 根据 这 一 模 型 电弧炉 冶炼周 期可 用下 式计 算 r ma x t o 7 L 些 d 2 出 8 PE c Os T o 9 式 中 为通 电时间 为 总的供氧 时 间 为最 佳 供氧 不供 电时 间 为 从炉壁 外表 面 向大气 的辐 射 能 为 从渣 面 向冷 却 区 的辐 射 能 为钢液 和 熔 渣 吸 收 的热 量 Q 2 叩 为 氧 燃 烧 嘴 提 供 的 能 量 Q 3 枷为元素氧化 反应提供 的能量 为废钢 和铁 水显热提 供 的能量 D N 为熔池 中元素 氧化 反 应 所 需 氧 气 总 量 为 氧 枪 提 供 的 氧 量 为氧 燃 烧 嘴提 供 的供 熔 池 中元素 氧 化 反应 的氧 量 式 7 表 明 r 取 决于 和 g o 中较 大 的一 项 当 时 r 最小 根据 式 8 9 计 算 的 1 0 0 t 烟 道 竖炉 电炉 的冶炼 周 期 与铁 水加 入 比的关 系示 于 图 1 鸟 躁 匿 铁水 加入 比 图 1计算 的 1 0 0t 烟道 竖炉 电炉 冶炼 周期 与铁 水加入 比 的 关 系 F i g 1 Re lat i o n s h i p b e t wee n t a p t o t a p t i m e c a l c u la t e d a n d h o t m e ta l pr o p o r t i o n o f a 1 0 0 t s h a f t f ur n a c e 2 3以工 序效益 最大化为 目标 的现代 电弧 炉冶炼 工 艺优 化模型 现 代 电弧炉 冶 炼 是 电炉 钢 生产 流 程 中 的一 个 重要 工序 钢水 成 本 占成 品钢 成本 的主要 部 分 此工 序 的效益 将直接 影 响整个 流程 的效 益 电弧炉 冶炼工 序效 益 单 位 时间利 润 可 以表示 为 E 1 0 式 中 为工 序 效益 元m E为一炉 钢水 的价格 元 G 为一炉钢水 的成 本 元 只为 消耗i 的价 格 G为f 的消耗 量 当 最大 时 经 济效 益最 显著 以 达最 大或 接 近最 大为 目标 通过 建立优 化 计算模 型 确定 优 化后 的 6 个 冶炼 工艺参 数 主 要包 括废钢 和铁 水 及 改性生铁 加 入量 有功 功率 主氧 枪 吹氧流 速 以及 碳粉 的配 入量 为此 首 先计 算 出冶炼一 炉钢水所有 的消耗量 以及 冶炼 周期 消 耗量包括 铁 水量 1 废钢 量 2 改性 生铁量 3 电耗 4 氧耗 5 水耗 6 轻柴 油消耗 7 碳 粉消耗 8 电极消耗 9 维普资讯 V0 L 2 6 NO 6 傅杰 现代 电弧炉 冶炼周期综 合控制理 论及应用 5 9 1 渣料 消耗 l 0 耐材消耗 1 1 以及人 工成本 设备维 护及 折 旧成本 还 货率及 销售 采 购成 本 l 2等 在 已知消耗 量具体 市场价 格 的条 件下 就 可 以计 算 出冶炼一 炉钢水 所需要 的成本 这样就可 以根 据钢 水的价 格 冶炼成 本 以及 冶炼周 期计算 出 再用 计算 机编 程 求 出 达 最大或 接近 最大 时上 述 6个优化 的参 数 的具体 解 从这一模 型 可 以进 一步看 出 电弧炉 冶炼周 期 的综 合控 制理 论还 具有 以下特 征 1 在 我 国 目前废 钢及 电力 资源 短缺 价格高 的条件下 要 使 电炉 钢能够 盈利 获得 发展 必须 生 产 高附加 值产 品 增 大 和缩 短冶 炼周 期 降 低 消耗 减 少 G 2 当原材 料 能源 产 品价格变 化时 可确 定 新 形势 下优 化 的工 艺参数 3 以现代 电弧炉 冶炼周 期综合控 制理 论 为 指导 开 发 高效 化 电弧 炉 炼 钢 技 术 3 1 电弧 炉加 铁水 冶炼 技术 根据 式 3 为缩 短冶 炼周 期 应增 加尸P 主要 技 术措施 之一 是加 铁水 冶炼 安阳钢 铁公 司 安钢 一炼 钢从 1 9 9 3年 开始 在 出钢 量为 2 5 t 的电弧炉 公称容 量 1 0 t 上率先 系 统地 对 电弧 炉 热装 部 分铁 水 工艺 及 理论 进行 了研 究 在 国 内外 首次发现 有一个 最佳铁 水加入 比 见 图 2和 图 3 1 4 1 5 o 通 过 生产试 验 发现 1 0 0 t 级 现 代 电弧 炉加 铁 水冶 炼亦 存 在一 个 最佳 铁水 加入 比 这 一 比值随供氧 强度及 除尘 能力可在一 定范 围 内变 化 安钢 条件 下 理 论计 算和 生产 实 e 善 糕 1斗 铁 水加入 L L 图 2 2 5t电弧炉平均 吨钢 电耗 与铁水加入 比的关系 F i g 2 Re l a ti o n s h i p b e t we e n a v e r a g e e l e c t r i c e n e r g y a n d ho t me t al p r o p o r t i o n o f a 2 5 t EAF e 童 厘 营 辱 营 铁水 加入 比 图 3 2 5 t 电弧炉吨钢 冶炼时 间与铁 水加入 比的关系 F i g 3 Re l a tio n s hi p b e t we e n m e l t i n g t i me p e r t o n c o n s u m p t i o n a n d ho t m e ta l pr o p o r t i o n o f 2 5 t EAF 践证 明这 一 比值 为 3 0 3 5 热 装铁 水可 以有效地 降低 电耗 由图 4 7 可 见 热 装 3 0 铁水 可 降低 电耗 1 0 0 左右 铁 水 比过高 时冶 炼周 期有所 延长 图 3 图 4 电 耗 随铁水 比的增 a n 达 5 0 对小 炉子有 一最低值 图 2 对大 炉子则一 直在 降低 图5 后者 是 因为 供 氧强度 大 脱碳速度 高 化 学热增加 有一段 时 间是停 电工 作 的 故铁 水加 入量从 0到 5 0 范 围 内可 使 电耗 不 断降低 鸟 量 躁 匿 铁水 加入 比 图4 1 0 0t 烟道竖 炉 电炉冶炼周期 与铁 水加入 比的关系 Fi g 4 Re l a tio n s h i p b e t w e e n ta p t o t a p t i m e a n d h o t m e t a l pr o p o r t i o n o fa 1 0 0 t s ha f t f ur a c e 这一 规律 并为 韶钢 八一 钢厂 南 钢 宝 钢 沙 钢 淮钢 石横特 钢等 的生 产实践 所证实 生产 实践 结果与前 述理论 分析相 符 也证 明 了前述 理 论 的正确 性 安钢 采用 1 2 5 t 天 车 吊 6 5 t 铁 水罐 通过 铁水 流槽 往 电弧 炉 内连 续加铁水 加铁水速 度为 5 1 0 t mi n 加铁水 时不开 启炉盖 不影响 电弧 炉送 电 3 2 优化 供 电制度 提 高P E q c o s 根 据 式 3 为 缩 短 冶 炼 周 期 必 须 提 高 维普资讯 5 9 2 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 4年 第 6 期 萋 脚 幂 营 铁 水 加 入 比 图5 1 0 0 t 烟道竖 炉 电炉平均 吨钢 电耗与铁水加 入比的 关系 Fi g 5 Re l a t i o n s h i p be t we e n e l e c t r i c e n e r g y c o n s u m p tio n a n d h o t m e t a l p r o p o r t i o no fa1 0 0t s ha f tf u r n a c e PE c o s 根 据 电弧 炉 留钢 留渣 热 装 铁水 等 工 艺情 况 安钢 1 0 0 t 烟 道竖 炉 电炉现 用优 化后 的有功 功 率供 电曲线见 图 6 由图 6可见 安钢 1 0 0 t 电弧 炉供 电有 功功 率 高达 5 5 6 0 MW 相应 的表 观功 率 为 6 6 6 8 MW 变压 器 功率 应用 较充 分 额 定 功率 为 7 2 MW 变 要 蔷 4 0 3 0 2 0 1 0 0 压 器 设计 电压 为 5 5 0 9 9 0 V 操作 中 在 有功 功率 高达 6 0 Mw 时 电压只 有 6 7 0 V 实 际是采用 中 电 压 较 大 电流 的供 电制度 这 可 能是加铁 水 操作 条件 下 的供 电特 点 对 比加 3 5 铁水 条件 下 原 设计供 电 曲线 图 7 有 功功 率增加 了 1 3以上 3 3 强化 用氧 增加 化 学热 提 高P c 有利 于缩 短冶 炼周 期 P c 主 要来 自 钢 中元 素氧 化 的化 学热 以及氧 油 烧嘴 提 供 的化 学热 1 新 的氧 油烧嘴操 作 安 钢 电弧 炉操 作 的 一 个特 点是在 第二篮 加料及 出钢过 程 中 停 电不 停 油 氧 油烧 嘴仍然 工 作 见 图 6 原设计 的供 氧 和供 油 曲线见 图 8 2 氧 压控 制 表 3示 出了不 同氧压对 冶炼 周 期和 能耗 的影 响 由表 可见 氧压 过低对 缩短 冶 炼 周期和 降低 能耗 不利 3 采 用 改性生铁 提供 辅助氧 源 造 好泡 沫 渣 泡沫渣 的好坏 直接 关系到 综合 电效率及 吹氧 强度 的大 小 安钢首创 了采用 改性 生铁 造泡 沫渣 的技 术 0 4 0 0 2 0 0 萎 1 0 0 丑 1 0 1 4 1 6 2 0 3 0 3 7 4 0 4 5 时 间 mi n 图 6 F S F生产 工艺 Fi g 6 Pr o d u c tio n t e c h n o l o g y c ur v e s o f FS F 厂 一 J 葚 蚓 1 量 善 摹 萋 按 垫 皿 挟 譬 霎 橐 蓄 室 萤 垫 堡 查 堡 昌 k 曩 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 时间 mi n 图 7原 设计供 电曲线 F i g 7 El e c t r i c s u p p l y c u r v e d e s i g n e d b y E A F s u p p fi e 如 如 加 m 亭 褂 忙 维普资讯 V 0 L 2 6 N O 6 傅 杰 现代 电弧 炉冶炼周期 综合控制理 论及应用 5 9 3 1 5 0 骞 璺 鲁 宕 毫 1 0 0 n 曩 举 0 0 时 间 r a i n 图 8 原设计供氧 供油 曲线 F i g 8 Ox y g e n a n d f u e l s u p p l y c u r v e s d e s i g n e d b y E AF s u p p l i e r s 表 3 氧压 对冶炼周 期及 能耗 的影响 T a b l e3 Effe c to f o x y g e np r e s s u r e o nt a p t o t a pt i mea nd e n e r g y c o n s u mp t i o n 注 炉数 为随机统计 的连续炉数 改性 生铁 是 由铁水 和 高 品位 烧 结矿 铸 压 成 形 的一种 新 的废钢 代用材 料 烧 结矿 约 占 2 0 为 安钢 自主 开发产 品 改性 生铁 内部 含有 的烧结 矿 与生铁 中 的碳 发 生氧化 反应 起 到沸腾 造 泡 沫渣 作用 但 是加入 量要 合适 加入 量过 大 易引 起大 沸腾 造成 钢铁 料和 电能损失 研 究 了添 加 改 性 生铁 对 经济 技 术 指标 的影 响 结果 如表 4所 示 从表 4可 以看 出 把 改性生 表 4不同改性生铁 添加 量对经济技 术指标 的影 响 T a b l e 4 Effe c t o f mo d i fie d pi g i r o n a d d i t i o n o n e c o no mi c a n d t ec h n i c a l i n de x es 铁作 为炼 钢原 料代替 部 分废钢 当加 入量 为 1 0 t 时 平均 电耗 助熔烧 嘴氧耗 金属收得 率这三个 冶炼指 标与不 加改性 生铁冶炼 的指标 大体相 当 而冶 炼 时间和主 枪氧 耗 降低 3 4提高设 备的保 障能力 加强 管理 缩短 热停 工 时 间 根 据 式 2 为缩 短冶炼 周期 应 减 少热停 工 时间 正常 的热停 工 时 间一 般是指 装 废钢 时间 接 电极 时 间 出钢 时 间 补 炉时 间 安钢 1 0 0 t 烟 道 竖炉 电炉热 停工 时 间每炉 仅约 3 5 mi n 如果 设备发 生故障 热 停工 时间则要包 括事故 处理 时 间 安钢对 原 1 0 0 t 烟 道竖 炉 电炉 的竖 井 内水冷 系统 出钢 口滑板 开 闭系统 加铁水 系统 装料系 统 除尘系统 电气系统进行了设备改进 并实行 了 以对 生 产过程 计 划准 确 实 施 为 目的的炉 役和 检 修计 划 管理 使 因在 线 设 备事 故造 成 的热停 率 1 5 炉役 小修平 均时间9 2 t 3 5 电炉终 点 控制 现代 电弧炉炼 钢过程 与转 炉炼钢 过程 具有 类 似特 征 即存在 吹氧 脱碳 反应 冶炼 周期 亦 比 较 接近 终 点控 制具有 十分 重要 的意义 所 谓终 点控 制就 是 要在 整个 流 程 的时序 表 规 定 的时 间 点上 使钢 液磷 碳含 量及 温度 同 时达 到 规程要 求 出钢 终 点控制 的命 中率 高 冶炼 周期 缩短 m 在 电弧炉 冶炼过程 中 温 度可 以根据 系统 的 热平 衡 通 过控 制供 电 曲线 供 氧制 度和 铁水 加 入制度 等进行 动态控 制 脱磷 则主要通 过控 制熔 渣 的氧化 性 碱度 及过程 温度 来进 行 由于磷 含 量 没有 下 限要 求 钢 液温 度在 L F过程 中还 可调 整 因此 电弧炉终 点控 制最 重要 的是终 点碳 的控 制 这 一 点在碳含 量低 于 0 0 6 的低碳钢 生产 中 就显得特 别重 要 生产碳 含量 低于 0 0 6 的钢 种 一要减 少 电 弧炉 出钢 后至连 铸结束 过程 中钢液 增碳量 广州 珠 江钢 铁有 限责任 公 司 珠钢 可 使这 一增 碳量 维普资讯 5 9 4 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 4年 第 6 期 低 达 0 0 1 0 二 是要 防止钢 液过 氧 化 出钢碳 含 量控制 在 0 0 3 以下 钢水 容 易过 氧化 珠钢 9 5 产 品的碳 含量 0 0 6 开 发 了电弧炉 终 点碳 控 制 技术 出钢碳 含量 控制在 碳 一铁选择 氧化 平衡 点 0 0 3 5 以上 0 0 5 0 以下 命 中率超过 9 5 降低 了 出钢 时钢液 的溶解 氧含量 从而 降低 了铁 损及 脱氧剂用 量 缩 短 了出钢至 出钢 时间 安钢 电弧炉终 点温度 控制 命 中率 为 9 9 成分控 制命 中率 9 0 4 现代 电弧炉 冶炼周 期综合 控制 理论 的应用效果 现代 电弧 炉冶 炼 周 期 综合 控制 理论 在 我 国 的 电炉钢 生产 中得 到 了广 泛 的应 用 目前我 国采 用 加铁水 冶炼 的 6 0 t以上 电炉 已达 2 2 座 占正在 生产 的 3 4座 6 0t 以上 电炉 的 6 5 电炉 生产 技术 经 济指 标大 幅度提 高 不 少钢厂 在冶 炼周 期 电 耗 电炉 利用系 数 生产 率等方 面 已进 入 国 际先 进 甚 至 国际领先 行列 6 0 1 5 0 t 炉 子生产 率 超过 8 0 0 0 t t a 的有 l 6座 其 中 7 座 超过 1 0 0 0 0 t t a 与 同容量转 炉水 平相 当 安钢 1 0 0 t 烟道 竖 炉 电 炉在加 2 5 铁 水 因铁水供应 量 限制 条件下 2 0 0 3 年 的技术 经济指 标如 下 冶 炼周 期平 均 4 1 mi n 最短 3 0 mi n 电弧炉 送 电时间平均 3 1 mi n 最 短 2 7 mi n 竖 炉作 业率 9 2 热停 率 1 5 最 高班 产 1 3炉 最 高 日产 3 7炉 3 9 7 0t 最 高月产 1 0 3 6 7 3 t 2 0 0 3年产钢 量 1 0 8 1 2 7 8 t 电炉 利用 系数 3 2 2t t d 最高 3 9 7 t t d 电耗平 均 2 2 2 最低 1 6 0 k Wh t 氧 耗平均 4 1 m3 t 电极消耗平 均 1 5 k g t 最 低 1 3 k g t 电炉炼钢 的技术 进步 促进 了我 国 电炉钢 生 产 的发展 2 1 世纪 头 4年 我 国电炉钢在 废钢 及 电力资源 紧缺 价格 高 成本 比转炉 钢高 很 多 的 不利 条件 下 产 量 大幅度 增长 电炉钢 比例有 所 回升 从 1 9 9 3年 至 2 0 0 0年 电炉钢 比例 从 2 3 1 8 降至 1 5 7 但从 2 0 0 0 年 至 2 0 0 3 年 回升 了约 2 电炉钢增 长速 率高 于转 炉钢 增长速 率 见表 5 表 5 2 0 0 0 2 0 0 3年我 国钢产量及其增 长速率 T a b l e 5 Ou t pu t o f c r u d e s t e e l a n d i t s i n c r e a s e r a t e f r o m 2 0 0 0 t o 2 0 0 3 in Ch in a 注 钢增长速 率 当年钢产量 一前一年钢产 量 前 一年钢产量 1 0 0 5 结论 围绕缩 短 电弧 炉冶 炼 周 期 以满足 高效 连铸 节奏要 求这 一核心来 发展现 代 电弧 炉炼钢技 术 特 别是 具有 自主知识产 权 的创新技术 是我 国 电 炉钢 的发展 方 向 电弧炉 冶炼周 期 的综 合控制 理 论及 根 据 这一 理 论开 发 的高 效化 电炉 生产 技 术 对提高 我 国电炉技术 水平 对钢 铁冶金 和我 国 电 炉钢 生产 的发展起 了指 导推动作 用 在 我 国废 钢 及 电力 资源紧 缺 价格 高 的条件 下 提 高 电炉 钢 产量 起 了促进 作 用 对我 国未来 电炉 炼钢 的发 展 节 省新建 设备 投 资具有 深远 意义 对 国外 电 弧 炉设 计和钢 生产 亦有 很好 的参考 价值 为 了加 速我 国现代 电炉 炼钢技 术 的发展 应 继 续对 以工序 效 益最 大 化 为 目标 的现代 电弧炉 冶炼 工艺优 化模 型进行研 究 进一 步发展现 代 电 弧 炉冶炼 周期综合 控制 理论 扩 大其 在生产 中的 应 用 参 考 文 献 l 殷瑞钰 当代 电炉流程 的工程进展评 价 A 钢铁工 艺 当代 电炉 流程和 电炉工 程 问题研讨 会专集 C 上 海 1 9 9 3 2 徐 匡迪 现代 电弧炉炼钢 的发展趋势 A 钢 铁工艺 当代 电炉流程 和 电炉工程 问题研讨会 专集 C 上 海 1 9 9 3 3 F uJ W a n gZB Wan gX J e t a 1 Ad v an c e si nmo d e m E AF s t e e l ma k i n g t e c h n o l o g y o f C h i n a J J I r o n S t e e l Re s I n t 2 0 0 4 l 1 4 l 4 P e t e r H Manf r e dS 小钢 厂和直流 电弧炉 的新 发展 J 国际冶金设备 和技术 1 9 9 6 3 2 1 5 傅杰 王 平 加 强 电炉钢短流 程生产 工 艺研 究与技 术开发 的建 议 J 特殊 钢 1 9 9 5 l 6 2 1 6 维普资讯 7 0 1 2 6 N o 6 傅 杰 现代 电弧炉冶炼 周期综合控 制理论及 应用 6 傅杰 李士琦 王平 等 关于开 展降低 电弧炉 炼钢 工序能耗研 究的建议 J 特殊钢 1 9 9 7 1 8 6 3 1 7 傅 杰 王 中丙 李京社 等 现代 电弧炉炼钢技 术的 发展 J 钢铁 2 0 0 3 3 8 6 7 0 8 井 口光哉 第 l 1 4 l 1 5回西山纪念讲座 C 日本铁 钢协会 1 9 8 6 3 7 9 F a n u t t i G C h e n J C o n s t e e l a d v a n c e d t e c h n o l o g y A C o n f e r e n c e o f C h i n e s e I r o n a n d S t e e l c B e ij i n g 2 0 0 2 1 O傅杰 李 晶 徐晓达 等 电弧炉 冶炼终点碳 的控 制 J 钢铁 2 0 0 1 3 6 6 1 8 l 1傅杰 钢冶金过程 动力学 M 社 2 4 3 1 2徐迎铁 王新江 傅杰 等 现代 电弧 炉冶炼 能量结 构模 型 J 钢 铁 待 发表 1 3徐迎铁 傅杰 李 晶 等 以工序效益最 大化