等离子熔分电炉工艺和设备指南编制说明

《等离子熔分电炉工艺和设备指南》团体标准编制说明一、任务来源贯彻落实中共中央、国务院印发的《国家标准化发展纲要》中大力发展团体标准的有关要求，制定满足市场和创新需要的团体标准，落实国家关于钢铁行业高质量发展的政策导向，满足生产企业和下游用户对等离子熔分电炉工艺和设备指南产品标准的实际需求，提出《等离子熔分电炉工艺和设备指南》团体标准制定项目。本标准由中国特钢企业协会团体标准化工作委员会提出并归口。由东北特殊钢集团股份有限公司、冶金工业规划研究院等起草，并共同参与前期研究、调研和标准的编制、修改、技术数据验证以及标准推广等工作。二、制定本标准的目的和意义当前，我国钢铁行业正处于高质量绿色低碳转型的关键阶段。高度依赖化石能源的传统高炉-转炉长流程和兑铁水电炉短流程因碳排放高，已难以适应“双碳”目标下钢铁行业的可持续发展需求。在此背景下，以转底炉和氢基竖炉等方法生产直接还原铁为代表的非高炉炼铁技术，以及废钢铁等冶金固废资源化循环利用技术，已成为钢铁行业转型升级的重要途径。直接还原铁和废钢铁虽然同为具有极强低碳属性的优质“铁素”资源，但目前我国废钢铁资源长期面临短缺、成本高、以及多次循环后杂质元素超标等难题，而直接还原铁具有组分稳定、杂质元素含量低、颗粒均匀、成本相对低廉且能大规模生产等优势，可规模化替代废钢铁。因此，利用等离子体加热的熔分技术协同处理直接还原铁和废钢铁进行炼铁炼钢是解决钢铁行业碳排放量高的有效途径，同时也实现了有价金属的综合利用和冶金固废高效循环利用，经济和环境效益十分显著。目前，国外在关于直接还原铁采用等离子熔分技术的学术研究和企业实践中，基本形成了共性技术体系。但国内企业对这种技术理解呈碎片化，且设备选型不规范、工艺控制粗放。为了提升我国非高炉炼铁以及冶金固废炼铁（钢）企业的技术水平，助力我钢铁行业的绿色低碳可持续发展，有必要制定等离子熔分电炉工艺和设备指南，以指明共性技术体系，提出设备参考要求，规范和引领等离子熔分电炉工艺和设备的发展，支撑我国钢铁行业的绿色低碳转型升级。三、标准编制过程东北特殊钢集团股份有限公司与冶金工业规划研究院等单位共同承担了《等离子熔分电炉工艺和设备指南》团体标准的编制工作，共同组建了该团体标准起草小组，明确各自的责任和分工，并开展工作。在《等离子熔分电炉工艺和设备指南》标准制定过程中，起草小组认真查阅有关资料、收集相关数据信息，结合国内外生产应用情况，进行本团体标准的编制工作。主要编制过程如下：2025年5月，中国特钢企业协会团体标准化工作委员会（以下简称团标委）秘书处给各位委员发出团体标准立项函审单。到立项函审截止日期，没有委员提出不同意见；2025年6月，团标委正式下达《等离子熔分电炉工艺和设备指南》团体标准立项计划（2025年第四批）。由东北特殊钢集团股份有限公司、冶金工业规划研究院相关人员组成了标准起草组，提出了标准编制计划和任务分工，并开始标准编制工作；2025年6-7月：进行了起草标准的调研、问题分析和相关资料收集等准备工作，完成了标准制定提纲、标准草案；2025年7月：召开标准启动会，围绕标准草案进行讨论，并按照与会意见和建议作进一步修改；主要修改：2025年10月：形成征求意见稿，发出征求意见；2025年月：完成征求意见处理、形成标准送审稿；2025年月：完成该标准审定会和标准报批稿，上报中国特钢企业协会审批；2025年月：完成该标准发布、实施。四、标准编制原则本标准的制定一是坚持先进性与实用性相结合、统一性与灵活性相结合、可靠性与经济性相结合的原则，尽可能使标准满足多目标要求；二是充分考虑等离子熔分电炉工艺和设备应用需求，在充分调研交流基础上开展标准编制工作，尽可能使该标准符合实际现状和满足未来发展要求；三是技术创新的原则。在与国家标准体系协调一致的基础上，在标准结构、内容及主要技术指标等方面进行技术创新，在标准中充分体现新的技术特点。五、主要技术内容（一）标准编写格式本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件规定了以直接还原铁和含有机物的钢铁废料为原料进行铁水或半钢水冶炼的工艺共性技术和设备参考指南。（二）适用范围本文件适用于非高炉炼铁以及冶金固废炼钢企业，以及电炉炼钢企业。（三）术语和定义GB/T20565《铁矿石和直接还原铁术语》界定的术语和定义适用于本文件。本文件新给出了等离子熔分、竖井预热系统等术语和定义，方便对后文内容的理解。（四）总则总则部分给出了等离子熔分电炉工艺和设备设计指南的总体目标，即为等离子熔分电炉的工程设计与装备选型，以及等离子熔分技术优化提供指导。（五）等离子熔分电炉设备要求1.总体设计要求规定了等离子熔分电炉设备的总体设计要求，包括符合安全标准、设备选型准则、电气装置、连接布线等基本原则。2.构成与结构主要包括10个部分组成，分别为等离子熔分电炉主体、废钢铁原料系统、直接还原铁和辅料原料系统、底吹系统、碳枪系统、等离子气体输送系统、水冷烟道、出炉系统和电气系统。3.等离子熔分电炉主体设计要求规定了等离子熔分电炉主体的设计要求，按照主体结构，分别给出了炉体、炉盖、收烟系统、电极升降装置、液压系统、冷却水系统、气动系统、短网系统、底阳极的具体要求。4.废钢铁原料系统设计要求废钢铁原料系统包含废钢铁处理称重系统、废钢铁上料系统及竖井预热系统三部分。分别对废钢铁处理称重系统、废钢铁上料系统及竖井预热系统给出了具体的设计要求。5.直接还原铁和辅料原料系统设计要求直接还原铁和辅料原料系统由料仓和下料装置组成。直接还原铁料仓包括热料仓和冷料仓两部分。热料仓是通过耐高温热链斗输送机进行上料。冷料仓主要用于匹配直接还原铁生产与等离子熔分电炉熔分之间的工艺节奏，实现工序界面的柔性连接。下料系统由料仓、手动插板阀、重锤阀、气动插板阀和料管等部件组成。6.底吹系统设计要求底吹系统的吹气口根据熔分需要设置，喷吹气体流量线性连续可调，气体种类可以为氩气、氮气、二氧化碳等，采用一体式流量控制器控制，每路吹气均设有应急高压旁吹系统；底吹系统应具有气源压力低、漏气报警、堵塞报警等报警功能，以及人工干预调整功能。7.碳枪系统设计要求碳枪系统由全密闭料仓、除尘装置、输送罐、自动化及仪表检测控制、炉壁碳枪等组成。其中输送罐罐体配备压力检测装置、自动放散阀、弹簧式安全阀，流化装置，分配器、耐磨球阀、称重显示装量、气路仪表控制等辅助设备。8.等离子气体输送系统设计要求等离子气体输送系统主要由气体控制阀柜、操作箱以及中空石墨电极等组成。气体种类为氢气、氩气、氮气、二氧化碳、天然气和焦炉煤气等气体按照任意设定比例及设定流量。气体通过中空石墨电极吹入炉内，在直流电的作用下形成等离子体。中空石墨电极内径为外径的8%~10%。等离子气体输送系统建议采用一体式流量控制器控制，每路吹气均设有应急高压旁吹系统；等离子气体输送系统应具有气源压力低、漏气报警、堵塞报警等报警功能，以及人工干预调整功能。9.出炉系统设计要求规定了出炉系统的构成，主要由开堵眼机、出渣出铁（钢）溜槽、钢包、渣罐组成。10.电气系统设计要求电气系统主要由高压供电系统、等离子熔分电炉变压器、直流整流电源、低压供电系统、低压电气控制系统、电极调节器系统、工控机系统、视频监控系统等。分别规定了的上述电气系统的具体设计要求。（六）等离子熔分电炉工艺要求本章节对等离子熔分电炉工艺的基本步骤、炉料选用、工艺过程、操作规范等进行了规范。等离子熔分电炉工艺的基本步骤：补炉—装料—熔分—出渣出铁（钢）。等离子熔分电炉炉料可以是任意比例的直接还原铁和废钢铁（包括含油废钢），利用直流电解离中空石墨电极与铁液（或钢液）之间的气体产生高温等离子体来加热铁液（或钢液），然后通过加热后的铁液（或钢液）连续熔分直接还原铁和废钢铁。等离子熔分电炉熔分过程中通过喷碳、加石灰、白云石、废轮胎颗粒等进行熔渣调质操作。中空石墨电极与铁液（或钢液）之间气体通过中空石墨电极供应，气体种类根据冶炼资料的需要可以为氢气、天然气、氮气以及氩气等。等离子熔分电炉冶炼的铁（钢）水成分和温度达标后，开始出铁（钢）和出渣，并采用留铁（钢）留渣操作，留铁（钢）和留渣总量为炉容的40~60%。炉役期最后一炉出净铁（钢）和渣，不留铁（钢）留渣操作。等离子熔分电炉的金属料主要为直接还原铁、废钢铁（包括含油废钢），金属炉料中直接还原铁应符合YB/T4272-2012中4技术要求、YB/T4170-2008中4技术要求或YB/T4272-2025中4技术要求的规定，金属炉料中的废钢铁应符合GB/T4223-2017中4.2.3熔炼用废铁和4.3.3熔炼用废钢，和GB/T39733-2024中5技术要求的规定。直接还原铁生产后直接通过热链斗输送机送入热料仓，如果直接还原铁的生产效率高于等离子熔分电炉的冶炼效率时，等离子熔分电炉无法消耗的直接还原铁储存在冷料仓内；反之，则利用冷料仓内储存的直接还原铁弥补直接还原铁生产效率的不足。废钢铁（包括含油废钢）输送到竖井预热系统中预热后，加入炉内进行冶炼，废钢铁（包括含油废钢）可采用AGV小车通过垂直升降电梯进行输运。其他辅助料（石灰，白云石，废轮胎颗粒等）则通过地面料仓称量和配料，再通过垂直皮带机上料到炉顶料仓，根据炉渣要求，依照比例和直接还原铁同时加入炉内。等离子熔分电炉冶炼结束后，渣和铁（钢）水分别通过出渣和出铁（钢）溜槽进行出渣和出铁（钢）。出渣出铁（钢）过程中等离子熔分电炉炉体不倾动，出铁（铁）口处于出渣口下方。六、与国内其它法律、法规的关系制定本标准时依据并引用了国内有关现行有效的标准，也不违背国内其它行业标准、法律、法规及强制性标准的有关规定。七、标准属性本标准属