第四章现代电弧炉炼钢的发展与节能

1、第四章 现代电弧炉炼钢的发展与节能99. 什么是现代电炉炼钢？现代电弧炉炼钢具有哪些特征？“现代电弧炉炼钢” 一词最先出现在中国学者徐匡迪和殷瑞钰于 1993 年发表 的论文“现代电炉炼钢的发展趋势”及“当代电路流程的工程进展评价”中。之 后，众多冶金工作者在他们的专著和论文中采用了“现代电弧炉炼钢”或“现代 电炉”的述语。关于现代电弧炉炼钢的特征，一般总结为“高效”和“节能” ，随着绿色经 济概念的提出，又加上了“环保” 。殷瑞钰在其“当代电路流程的工程进展评价” 一文中将其归结为下列特征：（1）电炉生产节奏转炉化；（2）钢的二次精炼在线化；（3）钢的凝固过程连续化；（4）建立在连续轧制基础

2、上的产品专业系列化；（5）可持续发展。 上述归纳较好地反映了现代电弧炉炼钢的一些特征和发展趋势， 使我国的电 弧炉炼钢具备这些特征，是我国电弧炉炼钢生产发展的方向。100. 现代电弧炉炼钢技术与传统电弧炉炼钢有哪些差异？ 现代电弧炉炼钢的特征是由现代电弧炉炼钢的技术特点决定的， 我们对现代 电弧炉炼钢与传统的电弧炉炼钢做个对比， 来揭示二者技术特点上的差异， 见表4-1。表 4-1 传统电弧炉与现代电弧炉炼钢法比较比较项目传统电弧炉炼钢现代电弧炉炼钢能源电能电能、化学能、物理能冶金过程熔化、氧化、还原三期操作；取消电弧炉还原期，采用炉外精熔炼毕碳 0.2%炼；高配碳，可停电不停氧操作主要原料废

3、钢， 10-15% 生铁废钢， 30-40%生铁 / 铁水及适量DRI/HBI产品钢锭连铸坯环境环保差重视环保，绿色制造由上表比较可见，现代电弧炉炼钢具有下列 5 个特点：（1）现代电弧炉炼钢的能源有三种，除了传统的电能外，还有化学能和物 理能，化学能和物理能所占的比例超过 50%，这也是现代电弧炉炼钢具有节能优 势的一个重要因素。（2）现代电弧炉的冶炼过程主要是熔化氧化过程，取消了传统电弧炉炼钢 的还原期。 传统电弧炉炼钢还原期的任务由在线的二次精炼完成， 现代电弧炉成 为一座初炼炉。用氧的主要目的由传统电弧炉的助熔、 脱碳去气（熔毕碳 0.2%） 变为提供化学热， 成为现代电弧炉炼钢的一个

4、重要热源。 由于化学热和物理热的 增加，冶炼过程中采用加部分铁水冶炼时， 可以实现停电不停氧操作。 这是由于 兑入的铁水比例高，富含物理热，有一段冶炼时间可以像转炉那样实现不供电。（3）现代电弧炉炼钢的主要原料除废钢外还有30-40%的生铁或 DRI/HBI等。生铁在传统电弧炉炼钢过程中的配入量一般为 10-15%，主要用来通过 C-O反应去气及增碳， 而现代电弧炉炼钢过程中主要用来高配碳， 以增加化学热和物 理热，生铁是最佳的配碳剂。巴西某厂于 1995 年以前在电弧炉炉料中加 40%的 生铁，我国的珠钢 150 吨烟道竖炉电弧炉多年来均是采用 30-35%的生铁（部分 用 HBI 替代）作

5、为炉料，韶关 90 吨 Consteel 电弧炉原料中也曾使用 30%的生铁。为了增加物理能， 采用废钢预热技术有一定优势， 这是国外较为普遍采用的 技术。在现代电弧炉炼钢过程中， 炉料预热是包括生铁预热的， 考虑到节能降耗， 电弧炉中加部分铁水冶炼在理论上是合理的。在实践中，我国许多容量大于 60 吨的电弧炉采用了电弧炉加部分铁水操作。 电弧炉中加部分铁水冶炼是我国冶金 工作者对现代电弧炉炼钢技术发展的贡献， 也是符合现阶段我国电弧炉料源状况 的一项有效措施。 用熔融还原的方法生产铁水代替高炉生产铁水， 有利于资源利 用和环保，是一种技术进步。 DRI/HB 作为生铁的替代品，有利于环境保护

6、，也 是一种技术进步。当然，究竟采用何种炉料结构， 应该综合考虑当地的资源环境和能源供应特 点，更应综合衡量炉料的经济性。 在电弧炉冶炼中兑铁水 （包括熔融还原的铁水） 的方法，从电弧炉节能角度看是有利的， 但也需要从资源等角度衡量其综合经济 性。（4）现代电弧炉炼钢的主要产品是连铸坯， 传统电弧炉炼钢的产品是钢锭。 从整体流程角度看， 现代电弧炉炼钢的连铸坯适宜采用热装热送， 节能效果是明 显的。（5）传统电弧炉冶炼环境保护差，电弧炉车间上空往往褐色烟尘笼罩。现 代电弧炉炼钢从末端公害治理发展到源头治理，实现了绿色制造。101. 什么是现代电弧炉炼钢的短流程？在能耗等方面， 以电弧炉为代表的

7、短流程 炼钢具有那些优越性？ 根据主要原料的不同来源，钢铁生产可分为“从矿石到钢材”和“从废钢到 钢材”两大流程。相对于钢铁联合企业中以高炉转炉炼钢为代表的常规流程而 言，以废钢为主原料的电弧炉炼钢生产线具有工序少、 投资低和建设周期短的特 点，因而被称为“短流程” 。近年来，“短流程”更特指那些现代电弧炉炼钢与连 铸连轧相结合的紧凑式生产流程。在投资、效率、尤其是能耗和环保等方面， 以现代电弧炉炼钢为代表的短流 程炼钢具有明显的优越性。高炉转炉炼钢和电弧炉短流程两大流程的比较见表4-2。（近年数据）表 4-2 高炉转炉炼钢和电弧炉短流程两大流程的比较类别高炉转炉流程电弧炉短流程投资（美元 /

8、吨钢）1000-1500500-1000劳动生产率（吨钢 /人·年）600-8001000-3000建设周期（年）41-1.5从原料到钢水能耗（标煤 /吨钢）703.17217.73从原料到成品材的运输力需求（吨 /吨钢）15.89.48二氧化碳排放（公斤 /吨钢）2000-3000800102. 现代电弧炉炼钢的发展历程是怎样的？（1）以纽柯为代表的“小钢厂” （mini mill ）在美国兴起二十世纪七十年代， 一类用电弧炉生产长材为主的企业在美国兴起， 并给衰弱的美国钢铁业带来了新的活力。 起初这些企业的规模不大， 一般年产在二、 三 十万吨左右，所以被称为“小”钢厂。随着电弧

9、炉大型化、超高功率化以及炉外 精炼和连续铸钢技术的发展， 逐渐形成了具有年产一、 二百万吨长材或扁材能力 的钢铁企业。1989 年，美国成立了以短流程电炉钢生产企业为主要成员的钢铁制造业协 会。同年 6 月，纽柯公司 Grauforddswille 厂电弧炉 CSP 薄板坯连铸生产线投 产。到 2002年美国已有 7个工厂共 12流 CPS生产线相继建成投产，产量超过 1000万吨。 2000年Hertfort 厂成为纽柯公司中第一个生产中厚板的钢厂，设计 能力为 100 万吨/年。在电弧炉装备方面： 半连续炼钢及连续炼钢工艺及装备， 使得电弧炉炼钢与 连铸机的节奏相匹配。其中由美国的 ITI

10、 (Interstee Technology Inc)开发的带 有回转窑式废钢预热器的电弧炉炼钢工艺 CONSTEEL 已获得成功，并在美国、 日本和其它一些国家的钢厂中投产使用。(2) 欧洲是电弧炉工艺技术的积极开发者 欧洲从上世纪九十年代初确立了电弧炉炼钢厂的发展方向， 并掀起了一个发 展的高潮。整个九十年代，欧洲的炼钢企业一部分将原有电炉设备改造为超高功 率电弧炉，另一部分则以超高功率电弧炉炼钢取代原有的高炉转炉流程。欧洲的钢铁企业和设备制造企业在发展短流程炼钢的过程中也极大推动了 电弧炉工艺装备的一系列重大变革，其中 ABB 、MAN-GHH 、VAI 、Clecim 等公 司开发的不

11、同类型直流电弧炉， Fuchs 公司的竖式电弧炉、超音速水冷氧枪等技 术，Danieli 公司的高阻抗交流电弧炉、 基于底吹和二次燃烧技术的 DANARC 炉， 奥钢联的 Comelt，ABB 公司的 ARCON ，MDH 公司的 CONARC 和 CONTIARC ， 此外还有双壳电弧炉等创造。 如果说以纽柯为代表的美国钢铁企业是炼钢短流程 的开拓者，那么欧洲的钢铁业可称得上是新工艺和新装备的积极开发者（3）日本将新型短流程视为二十一世纪炼钢法日本十分重视新型短流程炼钢技术开发，并将其视为 21 世纪的炼钢方法。 相对美国和欧洲， 日本制定的计划更为具体， 并提出了完成的具体时间表， 将工

12、作重点放在研究开发直流电弧炉、 利用余热使废钢返回料预热以及高效利用电能 三个方面。有人预测到 2020 年，以废钢为原料的短流程炼钢比例约占钢产量的 45%。103. 我国现代电弧炉炼钢技术的发展状况如何？上世纪 90 年代以来，我国的短流程与电炉工程技术方面取得了长足的进步， 主要体现在：（1）初步实现了电弧炉容量大型化我国电炉在 20 世纪 80 年代数量增加极快， 但大多数是技术经济指标落后的 小电弧炉。 1993 年以后，我国开始逐渐淘汰大量的小电弧炉，取而代之的是60吨 150吨以上的大容量电弧炉。 这些大型电弧炉的生产率能满足连续铸钢的要 求，形成了电弧炉冶炼 -炉外精炼 -连铸

13、或电炉冶炼 -炉外精炼 -连铸 -连轧的现代电 炉流程群体。到 2000年，我国共产电炉钢 2020万吨，其中由 50 吨以上电弧炉 生产的占 1241 万吨，为电炉总产量的 61%。电弧炉容量的大型化是现代电炉炼 钢流程整体优化的基础。（2）经济指标明显提高，缩短了与国外的差距，不少电弧炉企业已达到国 际先进水平1993 年，我国电弧炉主要经济指标为： 冶炼周期 180-200min，电耗 610kwh/t 以上，电极消耗 8.77kg/t，低于 1965年的国际水平，我国比国外落后约 30 年。2003 年，我国部分现代电弧炉炼钢厂的主要技术经济指标进入国际领先行列。 以下是我国安阳钢铁股

14、份有限公司第一炼轧厂 100 吨烟道竖炉电弧炉在兑 25% 铁水条件下 2003 年的技术经济指标：表 4-3 安钢 100 吨烟道竖炉电弧炉技术经济指标（ 2003 ）指标单位实绩冶炼周期min平均 41 ，最短 30电弧炉送电时间min平均 31 ，最短 27作业率%>92热停率%<1.5最高班产炉13最高日产炉37最高月产吨1036732003 年钢产量吨1081278电耗kwh/t平均 222 ，最低 160氧耗Nm 3/t平均 41电极电耗kg/t平均 1.5 ，最低 1.3（3）在消化吸收引进国外先进技术的基础上有所创新近十几年， 我国引进了烟道竖式电弧炉、 Const

15、eel电弧炉、 Danarc及 DanarcPlus电弧炉、双壳炉及其它超高功率交、 直流电弧炉， 这些电弧炉目前基本达产同时，在消化引进国外先进技术的基础上有所创新，创新技术主要包括： 提出了现代电弧炉冶炼周期综合控制理论； 开发了电弧炉兑加部分铁水冶炼的新技术； 电弧炉以氮代氩全程底吹技术。 珠钢引进的 150 吨烟道竖炉电弧炉及韶钢 引进的 90 吨 Consteel 电弧炉均设置了底吹氩系统，熔炼过程中底吹氩或先氮然 后氮氩切换。我国研究了在不同钢液溶解氧含量条件下吹氮对钢液氮含量的影 响，开发了电弧炉全程底吹氮技术，用于生产。珠钢在全程底吹氮条件下，电弧 炉出钢氮含量可低于 30pp

16、m。 低氮电弧炉生产技术。 我国对钢液脱氮与吸氮理论进行了深入、 系统研究， 促进了低氮电炉钢的生产。 美国电炉钢氮含量一般为 80-120ppm，日本山阳特殊 钢厂 150 吨电炉生产的一般钢材氮含量 100-150ppm，轴承钢 80-100ppm，Ecoarc 电弧炉的氮含量为 100-110ppm，而我国不少同容量电弧炉生产的钢材氮含量达 到 40-60ppm。 电炉终点碳控制技术。 根据电弧炉冶炼过程的碳氧平衡与铁氧平衡， 开发 了电炉重电炉终点碳控制技术，在生产含碳量 0.06%的低碳钢过程中，将电炉 出钢终点碳控制在 0.035-0.045%，一次命中率可达 90%以上。宝钢在智

17、能炼钢、 自动控制终点技术方面取得了创新性进展。 电炉优化供电技术。 开发了在兑加部分铁水冶炼条件下充分利用变压器功 率，提高有功功率的供电技术以及普通超高功率电弧炉及高阻抗电弧炉的非线性 电抗模型。 开发了电炉炉料结构模型和不延长冶炼周期的 HBI 加入工艺。针对含 Cu、 Cr 的集装箱板钢，以废钢中的 Cu、Ni 、Cr 杂质元素作合金元素料；针对要求 Cu 等杂质元素含量低的深冲钢板，炉料中加 HBI ，利用开发的加入工艺，再加 入量为 30-35%的条件下，保证冶炼周期基本不延长，能满足多炉连铸的要求。104. 哪些电弧炉冶炼新技术促进了现代电弧炉炼钢的发展？ 由于一系列电弧炉冶炼新

18、技术的开发应用，电弧炉冶炼周期已从1965 年的平均 180min 缩短到 60min 以下，最短可达 35min，相应的电耗从原来的 630kwh/t 降低到最低可达 200kwh/t。可以认为现代电炉冶炼技术是围绕着缩短冶炼周期这一核心以满足高效连 铸的节奏要求、优化电炉炼钢流程而发展起来的。20世纪 50年代末传统的电炉炼钢已发展到成熟阶段， 60 年代至 70年代主 要是发展超高功率供电及其相关技术， 包括高电压长弧操作、 水冷炉壁、 水冷炉 盖、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。80 年代初，由于超高功率供电，为充分利用变压器功率，将还原期移至炉 外势在必行， E

19、BT 及 LF 技术的开发使电弧炉冶炼 +在线的二次精炼的现代电弧 炉炼钢技术产生； 80 年代末大型超高功率直流电弧炉问世，主要由于它对电网 冲击小、石墨电极消耗低， 以致 80 年代末到 90年代初直流电弧炉占了绝对的优 势，与此同时，高配碳、强化用氧技术（包括超音速氧枪、碳氧枪、氧燃烧嘴、 二次燃烧技术）趋于成熟， VAI 称之为 K-ES 技术， Danieli 称之为 Danarc技术， Demag 称之为 Korfarc 技术。这一阶段废钢预热开始，大量化学能和物理热的输 入增加了新能源，使的冶炼周期大大缩短，电极消耗进一步降低。1989 年纽柯第一条 CSP电弧炉生产线投产，形成

20、了“四位一体”的现代电 弧炉炼钢流程，使现代电弧炉炼钢技术开始进入了成熟阶段。 90 年代中期以来， 由于连铸单流产量增高， 一机多流、多炉连浇技术的发展以及薄板坯厚度的增加， 要求进一步缩短冶炼周期。这一时期交流电弧炉与直流电弧炉形成竞争发展趋 势，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 Consteel 电弧炉，烟道竖炉电弧炉， Comelt 中心废钢预热竖炉电弧炉， 带手指烟道竖炉电弧炉， MSP， Danarc Plus，Conarc电转炉， Contiarc 和 Ec

21、oarc 炉。3 从环保的角度看， Ecoarc 技术可使二恶因排放量降低到 0.1ngTEQ/Nm3 以 下，可满足日本和欧洲有关环保要求，成为对环境友好的电弧炉技术，同时 ECOARC 炉子在全废钢冶炼条件下，冶炼周期缩短到 35min，电耗在氧耗约为330Nm3/t 的条件下达到 250kwh/t 左右，生产率达到 100t/h。 中国在这一时期， 引进了一批现代化的电弧炉， 通过消化吸收国外先进技术 和创新，坚持生产高附加值产品， 开发了电弧炉加部分铁水冶炼等高效化生产技 术，并推广应用，缩短了与外国的差距，使我国近年来电炉钢比例有所回升，部 分电弧炉的技术经济指标进入了国际领先行列。

22、105. 现代电弧炉炼钢流程上有什么特点？ 现代电弧炉炼钢，在流程方面有以下特点：（1）现代电弧炉炼钢主流程为：原料准备 -电弧炉冶炼 -LF 炉精炼 -连铸-轧 制，形成“三位一体”或“四位一体”的紧凑式流程。（2）现代电炉厂内产生废钢（自产废钢、厂内加工废钢和折旧非钢）再作 为原料返回电弧炉。在采用兑加部分铁水冶炼时，将钢包底、中间包底、注余等 热钢水倒入铁水包， 经流槽直接加入电弧炉中比它们作为冷废钢或经预热的废钢 具有更好的节能效果。当温度不够时，可用吹氧解决。3）在原材料准备中，为了节能降耗，采用兑加部分铁水冶炼，这时铁水 供应成为了现代电弧炉炼钢流程的一个工序。铁水可用高炉或熔融还

23、原系统供 应，必要时可在高炉与电弧炉之间采用铁水包喷粉脱硫。 对于 100 吨左右的电弧3 炉，匹配容积为 380-450m3的高炉， 2 小时可供 120吨铁水，保证电弧炉冶炼 3 炉钢，这是现代电弧炉炼钢的较优化匹配。 在不具备兑加铁水条件的电弧炉企业， 可以开发新的供氧技术和炉料预热技术，以增加化学热和物理热。（4）在二次精炼系统中， 在现代电弧炉冶炼周期缩短到 35 分钟水平的情况 下，对于那些要求洁净度高、精炼时间较长的钢种，特别是要求 VD 精炼时，为 了保证 LF时间短于电弧炉时间， 可采用 2座LF炉操作，两座 LF炉之间用轨道 连接，钢包由 LF 炉至中间包用天车吊运。 应该

24、指出的是， 此时应强化连铸工序， 避免没其成为整个流程的瓶颈。（5）高炉或熔融还原系统产生的煤气可用于发电、 钢包烘烤、 轧钢加热炉、 VD 蒸汽喷射泵等，强化节能。（6）现代电弧炉可能增加一个新的功能，即成为轮胎、塑料、橡胶等废弃 物的处理器，利于环保。106. 现代短流程电弧炉炼钢在工艺与装备上有哪些特点？现代短流程电弧炉炼钢方法可以与转炉炼钢法相匹敌， 除了流程本身本身具 有优势外， 更得益于电弧炉工艺与装备的不断改进， 使电弧炉炼钢生产的主要经 济指标不断刷新。先进设备在全废钢操作条件下以达到出钢 -出钢时间 45 分钟、 电耗 300kwh/t 的水平。在采用兑加 30-50%以下铁

25、水或熔融还原铁水后，电弧炉 进一步提高了产品质量， 缩短了冶炼时间， 降低了电耗， 同时增加了工艺的灵活 性。经过一系列改革， 现代电弧炉与传统电弧炉工艺装备有了很大差别， 已成为 炼钢工艺过程众多环节中的一环初炼。（1）大型化和高功率化容量过小的电弧炉不仅生产率低， 而且技术经济指标很难与精炼、 连铸、连 轧设备配套，因此扩大炉容量是提高和改善短流程生产线整体效率的有效手段。 上世纪 70年代以来，许多国家逐步淘汰了 30吨以下的电炉， 取而代之是大容量 电炉。炉容量增加的同时伴随输入电功率的提高， 吨钢配置的变压器容量向高功 率、超高功率的方向发展。图 4-1 是利用仿真模型对某 100

26、吨电弧炉模拟结果， 由此可看出不同电能输 入功率（有功功率）下电耗及通电时间所发生的明显变化。图 4-1 电能输入功率和电耗及通电时间的关系（2）长弧操作与泡沫渣埋弧工艺电弧炉提高输入功率的同时也增加了短网的电能损耗， 采用高电压、 小电流 为特征的长弧操作对于减少电损失是相当有效的。 为了避免长弧所引起的辐射热 损失增加及对炉衬、 炉盖寿命的不利影响， 在熔炼过程中造泡沫渣遮蔽电弧以提 高电弧传热效率是十分必要的。 此外，泡沫渣还能明显降低电弧炉冶炼时的噪音。电弧炉生产碳钢和低合金钢时使用碳氧枪很容易使渣中产生足够的 CO 气 体使炉渣泡沫化， 而在冶炼不锈钢等钢种时， 则需利用含碳酸盐发泡

27、剂的热分解 产生 CO2 气体以形成泡沫渣。（3）电气设备改进与直流供电电弧炉电气设备的改进包括电极自动调整、 导电横臂和“一电双炉” 的配置 等。交流电弧炉上的电极自动调整保证三相功率平衡和最大功率的输入。 与采用 汇排方式相比，用铜 -钢复合板或铝合金制成的导电横臂降低了短网电阻，也使 装备更轻便和易于维护。 双炉壳交替使用一套供电系统的 “一电双炉” 的型式能 充分发挥电气设备的使用效率，明显提高电弧炉生产能力。与交流电弧炉相比， 直流电弧供电避免了三相电极在炉内所造成的“热点”和“冷区” ，还可以降低 对电网的闪烁干扰，减少电极的表面氧化消耗。（4）能源多样化 炉料的高配碳以及采用超音

28、速水冷氧枪强化吹氧助熔使现代电弧炉中元素 氧化产生的热量占总热量输入的三分之一左右， 燃料 -氧枪烧嘴又能提供 10-20% 的能量输入， 这些都可以明显降低电能的消耗。 电能属于二次能源， 若采用火力 发电时煤转化为电能的效率以 30%计，电能在电弧炉中转化为热能的效率约为 70%，则从煤到热能熔化废钢的总热效率只有 20%左右， 而利用燃料与氧气的直 接燃烧产生的热量熔化废钢时热效率可达 40%以上。可见，在电弧炉中以煤、 燃 油和天然气等一次能源替代电能可提高能源综合利用率。 此外，烧嘴和煤氧枪提 供的附加热能也相当于提高了总的输入功率。（5）二次燃烧与废钢预热由于高配碳和强化吹氧操作所

29、产生的大量 CO 气体，二次燃烧将其中的化学 能转化为热能， 同时也有利于炉气的安全排放。 但是由于炉内的二次燃烧只能将 CO 转化为 CO2中大约 30%的热量传递给熔池， 有必要通过废钢预热来回收炉气 里的显热。（6）原料多样化为避免废钢多次循环使用会使废钢中杂质富集， 传统的电炉一般采用向炉料 中配入 10%左右的生铁块来作为废钢替代用品。 而现代电炉炼钢使用的铁源除了 冷生铁外，还有直接还原铁（ DRI 和 HBI ）、铁水、脱碳粒铁、碳化铁、复合金 属料等。尤其是热装铁水能够利用其携带的大量物理热和化学热， 能缩短冶炼时 间，降低电耗和冶炼成本。（7）自动化与智能化随着功率输入的智能

30、控制系统、 专家系统、 重点控制系统等技术运用， 自动 化和智能化技术极大的促进了冶炼技术， 为优化冶炼工艺操作， 节能降耗提供了 更大的便利。107. 现代电弧炉炼钢的能量平衡情况是怎样的？传统的电弧炉炼钢是全废钢工艺 以冷废钢为主，配加 10 左右的生铁块。现代电弧炉炼钢使用的其它原料还有：铁水、直接还原铁（DRI，HBI） 、碳化铁等。现代电弧炉炼钢典型能量衡算如图 4-2 所示图 4-2 典型的能量衡算从图中可以看出：(1)电弧炉炼钢过程能量输入支出项的平衡值为630kWht。(2)支出项中，合格钢水的物理热为 380kWht，是有用能耗。(3) 支出项中炉气带走的热量非常大 , 减少

31、炉气造成的热损失是当代电弧炉 炼钢过程中有最大节能潜力的方向， 因此近年来许多技术开发都是围绕炉气废热 利用废钢预热这一领域展开的。(4) 缩短冶炼周期，减少非通电时间有助于减少热损失。(5) 电能约占总能量的 70 左右，是电弧炉炼钢过程的主要能源。因而，提 高变压器功率级别， 改进电弧炉的电气运行状态、 合理供电，以及提高功率因数、 电效率、热效率是电弧炉炼钢技术发展的永恒主题。(6) 氧燃烧嘴在总的能量构成中所占比例并不很大，但是从另一角度来看氧燃烧嘴对冷区的加热助熔效果不可忽视，而提高生产率本身就节约了能源。(7) 吹氧产生的化学反应热在能量输入中占相当大比例。 由表 4-4可知，O

32、仅 为生成 CO2 反应热之 13，即 CO生成 CO2二次燃烧的化学潜能很大。相比之 下，二次燃烧的单位成本最低。表 4-4 吹氧熔池各元素氧化 1kg 产生的理论热值元素产物反应热相对成本(参考值)kJ/kgkwh/kgAlAl 2O3145724.053.7SiSiO2113293.153.2MnMnO21760.606.0FeFeO42501.181.8CCO116393.230.5 0.6CCO2348389.680.30.6注：假设每 kwh 的电价为 1。通过能量衡算， 结合能量的输入和支出， 从而可以采取节约能量和回收能量 两方面的措施，达到电弧炉炼钢节能降耗 降低成本的目的。

33、108. 当前提高电弧炉生产效率、降低能耗的措施有哪些？从热平衡角度来看， 电炉炼钢节能包括两方面： 一是减少热损， 缩短热停工 时间；二是采用新技术新设备，缩短冶炼时间。图 4-3 归纳了提高电弧炉炼钢生 产率的技术措施， 各项技术主要为提高电弧炉生产率和缩短冶炼时间服务的。 可 以说，电弧炉冶炼技术主要是基于缩短冶炼周期这一核心而发展起来的。图 4-3 提高电弧炉炼钢生产速率的技术措施从当前的技术潮流来看，电炉炼钢节能主要采用以下手段：（1）以价格低廉的一次能源 （油、天然气、煤等 ）代替电能。（2）提高电能利用效率，减少无功功率，主要措施是提高功率因数。为此优化电源接线，并在熔化期进行高

34、电压长电弧操作。3）强化用氧，配置氧燃烧嘴燃烧溢出的 CO，回收利用烟气中的化学热（4）利用电炉炼钢烟气中的物理热和化学热，进行废钢预热。（5）采用偏心底出钢 （EBT） 技术，进行留钢留渣操作。 一方面确保有大量热 能的炉渣留在炉内， 同时残留炉渣和钢液有利于通电初期的电弧早期稳定， 从而 提高功率因数，缩短熔化用电时间109. 现代电弧炉炼钢技术中合理的供电制度对节能有何影响？现代电弧炉炼钢的基本方向是高生产率、 低生产成本、产品质量优异而稳定。 在生产过程控制中，电气运行是极为关键的环节。电弧炉炼钢过程中合理的电气运行制度是最基本的工艺制度， 合理的电气运 行制度在于充分发挥变压器的能力

35、， 不仅对操作顺行很必要， 而且也有助于降低 电耗、电极损耗和耐火材料侵蚀，缩短冶炼周期。供电制度的优化原则在于冶炼过程中尽可能发挥变压器的供电能力， 最直接 的目标是电弧功率最大。 因此，在额定功率允许范围内、 保证电弧稳定燃烧的前 提下，应尽量提高功率因数，从而提高生产率，降低电耗和总能耗。110. 现代电弧炉炼钢的供氧技术如何促进节能？强化用氧除了使脱碳速度加快以外 还可以充分利用氧气与原料中易氧化元 素发生化学反应放出的热量， 达到节能降耗的效果。 近代电弧炉炼钢大量使用氧 气，再加上冶炼周期缩短至 40-60min，故有“电炉炼钢转炉化”之说。其中， 吹氧使熔池中各元素氧化，放热一般

36、情况下已占总能量供应的 25 30。同 时通过氧气的搅拌效果提前了炉底废钢的熔化， 均匀钢水温度， 抑制了精炼期的 沸腾现象。强化用氧已成为电弧炉炼钢重要的技术方向。 对于普通铁水， 每供入 lms 的氧气，所含各元素在 1600 时反应理论发热值约为 4kWh。一般情况下 强化用氧供能已占总能量供应的 25 30 。111. 泡沫渣技术在大容量超高功率电弧炉冶炼中有什么作用？ 为缩短冶炼周期， 提高生产率， 电炉炼钢采用较高的二次电压进行长电弧冶 炼，因长电弧辐射能力强，故采用泡沫渣技术屏蔽电弧。泡沫渣技术是在电炉冶炼过程中， 在吹氧的同时向熔池内喷碳粉， 形成强烈 的碳氧反应，在渣层内形成

37、大量的 CO 气体泡沫，使渣的厚度达到电弧长度的 2 5- 3 0 倍，能将电弧完全屏蔽在内，减少电弧辐射，延长电炉寿命，并提高电炉 的热效率。良好的泡沫渣有助于改善电弧对钢水的传热， 降低钢水的吸气， 减少炉尘的 侵蚀和降低噪音。同时，由于增加了钢渣接触面积，极有利于氧化渣脱磷。泡沫 渣技术用于大容量超高功率电炉， 可使传热效率大大提高， 缩短冶炼时间， 降低 冶炼电耗，并提高电炉炉龄，减少炉衬材料消耗。112. 氧燃烧嘴在现代电弧炉炼钢中起到哪些主要作用？ 电弧炉氧燃烧嘴技术是向熔池强化供热的一项技术， 通过使用其它燃料补充 电能，保证废钢熔化，缩短电炉冶炼时间，从而提高生产效率，降低冶炼

38、电耗。 采用氧燃烧嘴提供辅助能源， 更重要的是加热冷区， 改善炉内热平衡， 从而达到 节能增效的结果。在电炉生产中，使用氧燃烧嘴的主要作用概括为： 增加炉内总热量； 使炉内各部位温度差异缩小； 减少电能消耗； 冶炼时间缩短，提高生产率； 降低电极和耐火材料的消耗。 氧燃烧嘴是最可观的电能补偿源， 不过， 在运用氧燃烧嘴节省能源时， 应关 注天然气和燃料油的价格，考虑综合效益。113. 偏心炉底出钢技术( EBT )在降低电耗方面有哪些作用？ 采用偏心炉底炉底出钢， 即把出钢口设置在炉底部位， 与传统电弧炉出钢方 法相比：(1) 炉内能保留 98的钢渣， 有利于下一炉炉料的熔化和脱磷， 提高生产

39、率；(2) 出钢时电炉倾动角度小于 15°(传统电炉为 40°-50°)，可以增加水冷炉壁使 用面积，降低耐火材料单耗，缩短短网长度，降低阻抗；(3) 出钢时钢液垂直下降，呈圆柱形流人钢包，缩短了钢液进入钢包的路径， 减少了钢液二次氧化，减少钢液温降，从而节约电能；(4) 可以有效阻断出钢时电炉氧化炉渣的流出，从而提高向钢中加人的铁合 金的收得率；(5) 提高了钢液的纯净度，减少了夹杂物的含量，提高了钢液脱硫效率，并 能防止钢液回磷。(6) 可以降低出钢温度，进而减少单位电耗，缩短出钢时间。 正是由于上述一系列优点，从而实现了电炉与精炼炉的最佳配合。114. 什么

40、是底吹搅拌技术？ 底吹技术是在炉底安装喷嘴或透气砖，将气体 (惰性气体或氧气等 )吹人炼钢 熔池，加强钢液搅拌， 提高电弧炉冷区热量的传递速率， 促进熔池温度和成分均 匀化，加快炉内反应进行速度。从而降低电耗，减少电极和石灰的消耗，提高生 产效率，并能降低脱氧用铝耗量和铁合金耗量采用底吹搅拌技术， 更能发挥超高 功率电弧炉的水平，适应其快节奏、高效率的特点，提高生产率，降低消耗。115. 电极智能控制技术对冶炼电耗起到什么样的影响？电弧炉人工智能电极调节系统 （IAF） 的控制原理是模拟人的大脑神经系统， 通过记忆、对比、映射等方式，从被控系统的输入和输出数据去学习被控对象， 记忆各种运行状态， 周期性优化内