D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.s1.038 第31卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.31 Suppl.1 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 炉料连续预热式电炉炼钢技术探讨 阁立懿)王亦东)李延智3) 刘一心)那军) 1)东北大学材料与治金学院，沈阳1100042)烟台金澄精密线材有限公司，烟台264006 3)长春电炉成套设备有限责任公司，长春1300314)冀南特钢有限公司，邯郸057150 摘要在废钢入炉熔炼前，利用电炉产生的高温废气进行废钢预热，节能效果明显、炉料连续预热式电炉过程实现废钢连 续加料、连续预热及连续熔化，电弧加热熔池、熔池熔化废钢，与普通电炉有着很大的区别·为了实现高效节能、追求流程设备 顺行及其指标优化，本文在研究炉料连续预热式电炉工艺特点的基础上，提出如下论点：应对电炉炉衬的砌筑、供电、吹氧去 碳，造渣脱磷等予以重视：由于全程“平熔池期”，给电一开始电弧就加热钢水、就对渣线进行高温辐射，这就必须考虑保护渣 线，因此，要求全程造泡沫渣进行埋弧操作：全程“平熔池期”及“变渣线”现象，要求渣线镁碳砖的砌筑要向下加厚 (~300mm),增加抵御变渣线的能力：炉料连续预热式电炉变压器参数的确定，既要考虑电弧对废钢的熔化（电压要高些）、又 要考虑电弧对平熔池的加热及保温的要求（电压要低些），供电上根据电弧的遮蔽状态（废钢或炉渣的遮蔽状态）确定电压的 大小：为了最大限度节能及环保，必须采取余热再利用技术，二垩英新的公害值得重视与研究 关键词电炉；炉料连续预热：节能：高阻抗：泡沫渣 Technology of metallurgy for continuous scrap preheating electric arc furnace YAN Li-yi),WANG Yi-dong2),LI Yanzhi),LIU Yi-xin3).NA Jun) 1)School of Materials and Metallurgy.Northeastern University,Shenyang 110004.China 2)Yantai Jincheng Precision Wire Rod Co.Ltd.Yantai 264006,China 3)Changchun Electrie Furnace Co.Ltd..Changchun 130031.China 4)Jinan Special Steel Co.Ltd.,Handan 057150.China ABSTRACT Before putting the scrap steel into the electric arc furnace (EAF).using the high-temperature exhaust gas generating from EAF to preheat it can bring obvious energy"saving effect.Continuous serap preheating EAF is different from the ordinary EAF in the way of the scrap steel continuous feeding.continuous preheating and melting,electric arc heating molten pool and then the molten pool melting scrap.In order to achieve high efficiency and energy-saving,ensure operating the equipment smoothly in the pro- cess and optimize the operating parameters,based on the technology features of the continuous scrap preheating EAF the research re- sults indicate that more attention should be paid to the building of EAF lining,power supply.oxygen jet decarburization,slagging de- phosphorization and so on:As the whole"flat molten bath",once the electric power is supplied,the electric arc heats the molten steel and at the same time the slag line is radiated by the high temperature electric arc.so the slag line must be protected and therefore full- time submerged are operation by foaming slag is required:full-time"flat molten bath"and"change slag line"phenomenon need the thickness of magnesia"carbon brick on slag line increase about 300mm thus the resistance of slag line change can be increased:To de- termine the transformer parameters of the continuous preheating EAF,the following requirements should be considered:the scrap steel melting (voltage to be higher).the flat molten pool heating and heat preservation(voltage to be lower)by the electric arc.The selection of the voltage should based on the arc shielding state (scrap,or slag shelter state):in order to maximize energy"saving and environmental protection,the re"use technology of the waste heat must be applied,the pollution of dioxin deserves attention and re- search. KEY WORDS electric arc furnace:continuous scrap preheating:energy"saving:high-impedance:foaming slag 收稿日期：2009-08-01 基金项目：国家863计划项目(No,2007AA04忆194) 作者简介：间立懿(1952-)，男，副教授，E-mail:iyi-yan@yahoo:com:cn
炉料连续预热式电炉炼钢技术探讨 阎立懿1） 王亦东2） 李延智3） 刘一心3） 那 军4） 1） 东北大学 材料与冶金学院沈阳110004 2） 烟台金澄精密线材有限公司烟台264006 3） 长春电炉成套设备有限责任公司长春130031 4） 冀南特钢有限公司邯郸057150 摘 要 在废钢入炉熔炼前利用电炉产生的高温废气进行废钢预热节能效果明显．炉料连续预热式电炉过程实现废钢连 续加料、连续预热及连续熔化电弧加热熔池、熔池熔化废钢与普通电炉有着很大的区别．为了实现高效节能、追求流程设备 顺行及其指标优化本文在研究炉料连续预热式电炉工艺特点的基础上提出如下论点：应对电炉炉衬的砌筑、供电、吹氧去 碳、造渣脱磷等予以重视；由于全程“平熔池期”给电一开始电弧就加热钢水、就对渣线进行高温辐射这就必须考虑保护渣 线因此要求全程造泡沫 渣 进 行 埋 弧 操 作；全 程 “ 平 熔 池 期” 及 “ 变 渣 线” 现 象要 求 渣 线 镁 碳 砖 的 砌 筑 要 向 下 加 厚 （～300mm）增加抵御变渣线的能力；炉料连续预热式电炉变压器参数的确定既要考虑电弧对废钢的熔化（电压要高些）、又 要考虑电弧对平熔池的加热及保温的要求（电压要低些）供电上根据电弧的遮蔽状态（废钢或炉渣的遮蔽状态）确定电压的 大小；为了最大限度节能及环保必须采取余热再利用技术二垩英新的公害值得重视与研究． 关键词 电炉；炉料连续预热；节能；高阻抗；泡沫渣 Technology of metallurgy for continuous scrap preheating electric arc furnace Y A N L-i yi 1）W A NG Y-i dong 2）LI Y an-z hi 3）LIU Y-i xin 3）NA Jun 4） 1） School of Materials and MetallurgyNortheastern UniversityShenyang110004China 2） Yantai Jincheng Precision Wire Rod Co．Ltd．Yantai264006China 3） Changchun Electric Furnace Co．Ltd．Changchun130031China 4） Jinan Special Steel Co．Ltd．Handan057150China 收稿日期：2009-08-01 基金项目：国家863计划项目（No．2007AA04Z194） 作者简介：阎立懿（1952—）男副教授E-mail：liyi—yan＠yahoo．com．cn ABSTRACT Before putting the scrap steel into the electric arc furnace （EAF）using the high-temperature exhaust gas generating from EAF to preheat it can bring obvious energy-saving effect．Continuous scrap preheating EAF is different from the ordinary EAF in the way of the scrap steel continuous feedingcontinuous preheating and meltingelectric arc heating molten pool and then the molten pool melting scrap．In order to achieve high efficiency and energy-savingensure operating the equipment smoothly in the process and optimize the operating parametersbased on the technology features of the continuous scrap preheating EAF the research results indicate that more attention should be paid to the building of EAF liningpower supplyoxygen jet decarburizationslagging dephosphorization and so on；As the whole “flat molten bath”once the electric power is suppliedthe electric arc heats the molten steel and at the same time the slag line is radiated by the high temperature electric arcso the slag line must be protected and therefore ful-l time submerged arc operation by foaming slag is required；ful-l time “flat molten bath” and “change slag line” phenomenon need the thickness of magnesia-carbon brick on slag line increase about300mmthus the resistance of slag line change can be increased；To determine the transformer parameters of the continuous preheating EAFthe following requirements should be considered：the scrap steel melting （voltage to be higher）the flat molten pool heating and heat preservation （voltage to be lower） by the electric arc．T he selection of the voltage should based on the arc shielding state （scrapor slag shelter state）；in order to maximize energy-saving and environmental protectionthe re-use technology of the waste heat must be appliedthe pollution of dioxin deserves attention and research． KEY WORDS electric arc furnace；continuous scrap preheating；energy-saving；high-impedance；foaming slag 第31卷 增刊1 2009年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31Suppl．1 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．s1．038
Vol.31 Suppl.1 阎立懿等：炉料连续预热式电炉炼钢技术探讨 17, 当电炉采用超高功率化与强化用氧技术，使废 及供电等方面的要点，实现高效节能、追求流程设备 气量大大增加，废气温度高达1200℃以上，废气带 顺行及其指标优化， 走的热量占总热量支出的15%~20%，折合成电能 相当于80~120kWh/1山.为了降低能耗、回收能 1炉料连续预热式电炉的发展 量，利用电炉产生的高温废气进行废钢预热，节能效 炉料连续预热式电炉是20世纪80年代意大利 果明显。在废钢预热方法中，因炉料连续预热法过 得兴(TECHINT)公司开发的[2，称为CONSTEEL 程实现废钢连续加料、连续预热及连续熔化，电弧加 Furnace一译成“康斯迪电炉”.l987年最先在美国 热熔池、熔池熔化废钢，高效节能效果最为突出、也 的纽考公司达林顿钢厂(Nucor-Darlington)进行试 最有发展前途，这也是国内在短短的几年内就建设 生产，90年代开始流行，获得成功后在美、意、日 投产十几座炉料连续预热式电炉的原因，因炉料连 及中国等推广使用，到目前为止，在世界范围内已 续预热式电炉“电弧加热熔池、熔池熔化废钢”的工 投产或待投产的炉料连续预热式电炉已20多座，其 作方式与普通电炉电弧熔化废钢的工作方式有着很 中一半在中国，国外、国内部分投产情况分别见表 大的区别，本文在总结炉料连续预热式电炉工艺特 1、表2. 点的基础上，提出该种电炉炉衬的砌筑、造渣、吹氧 表1国外部分炉料连续预热式电炉情况 序号 公司（国家） 设计能力/(th- 变压器功率/MVA 投产日期 1 Charlotte steel(美国) 54 24AC 1989 2 Kyoci steel(日本) 125 46 DC 1992 3 Dalindon steel(美国) 100 42 DC 1993 4 Sariwill steel(美国) 82 40 AC 1994 5 Beltrama steel(意大利) 135 56 AC 1996 6 Nakornthai steel(泰国) 229 95 AC 1997 7 Orir Martin steel(意大利) 87 31AC 1998 表2 国内炉料连续预热式电炉情况 序号 单位 出钢量： 变压器容量/MVA 投产日期 备注 1 青海西宁特钢 60 36 2000-02 康斯迪 2 贵州贵阳钢厂 60 36 200006 康斯迪 3 广东韶关钢铁公司 90 60 2000-12 康斯迪 4 江苏无锡雪丰钢厂 70 36 2001-09 康斯迪 山东石横特钢 65 36 2002-02 康斯迪 6 湖北鄂城钢铁公司 60 36 2002-09 康斯迪 > 吉林通化钢铁公司 65 36 2003-01 康斯迪 8 宁夏恒力钢铁公司 75 45 2004-06 康斯迪 9 浙江嘉兴钢铁公司 75 45 2004-12 康斯迪 而 舞阳钢铁公司 75 分 2001 改水平进料 11 舞阳钢铁公司 100 60 2006 改一水平进料 12 舞阳钢铁公司 100 90 200702 水平进料 13 河北冀南特钢公司 75 45 2007-05 炉料连续预热 14 鞍钢重型公司 75 36 2008 配康斯迪 15 福州福泰公司 60 32 2008 预留炉料连续预热 16 山东西王钢铁公司 80 60 2008 连续加料 17 芜湖新兴铸管公司 70 35 2010 连续加料
当电炉采用超高功率化与强化用氧技术使废 气量大大增加废气温度高达1200℃以上废气带 走的热量占总热量支出的15％～20％折合成电能 相当于80～120kWh／t ［1］．为了降低能耗、回收能 量利用电炉产生的高温废气进行废钢预热节能效 果明显．在废钢预热方法中因炉料连续预热法过 程实现废钢连续加料、连续预热及连续熔化电弧加 热熔池、熔池熔化废钢高效节能效果最为突出、也 最有发展前途．这也是国内在短短的几年内就建设 投产十几座炉料连续预热式电炉的原因．因炉料连 续预热式电炉“电弧加热熔池、熔池熔化废钢”的工 作方式与普通电炉电弧熔化废钢的工作方式有着很 大的区别本文在总结炉料连续预热式电炉工艺特 点的基础上提出该种电炉炉衬的砌筑、造渣、吹氧 及供电等方面的要点实现高效节能、追求流程设备 顺行及其指标优化． 1 炉料连续预热式电炉的发展 炉料连续预热式电炉是20世纪80年代意大利 得兴（TECHINT ）公司开发的［2］称为CONSTEEL Furnace—译成“康斯迪电炉”．1987年最先在美国 的纽考公司达林顿钢厂（Nucor-Darlington）进行试 生产［3］90年代开始流行．获得成功后在美、意、日 及中国等推广使用．到目前为止在世界范围内已 投产或待投产的炉料连续预热式电炉已20多座其 中一半在中国国外、国内部分投产情况分别见表 1、表2． 表1 国外部分炉料连续预热式电炉情况 序号 公司（国家） 设计能力／（t·h —1） 变压器功率／MVA 投产日期 1 Charlotte steel（美国） 54 24AC 1989 2 Kyoei steel （日本） 125 46DC 1992 3 Dalindon steel（美国） 100 42DC 1993 4 Sariwill steel（美国） 82 40AC 1994 5 Beltrama steel（意大利） 135 56AC 1996 6 Nakornthai steel（泰国） 229 95AC 1997 7 Orir Martin steel（意大利） 87 31AC 1998 表2 国内炉料连续预热式电炉情况 序号 单位 出钢量／t 变压器容量／MVA 投产日期 备注 1 青海西宁特钢 60 36 2000—02 康斯迪 2 贵州贵阳钢厂 60 36 2000—06 康斯迪 3 广东韶关钢铁公司 90 60 2000—12 康斯迪 4 江苏无锡雪丰钢厂 70 36 2001—09 康斯迪 5 山东石横特钢 65 36 2002—02 康斯迪 6 湖北鄂城钢铁公司 60 36 2002—09 康斯迪 7 吉林通化钢铁公司 65 36 2003—01 康斯迪 8 宁夏恒力钢铁公司 75 45 2004—06 康斯迪 9 浙江嘉兴钢铁公司 75 45 2004—12 康斯迪 10 舞阳钢铁公司 75 25 2001 改—水平进料 11 舞阳钢铁公司 100 60 2006 改—水平进料 12 舞阳钢铁公司 100 90 2007—02 水平进料 13 河北冀南特钢公司 75 45 2007—05 炉料连续预热 14 鞍钢重型公司 75 36 2008 配康斯迪 15 福州福泰公司 60 32 2008 预留炉料连续预热 16 山东西王钢铁公司 80 60 2008 连续加料 17 芜湖新兴铸管公司 70 35 2010 连续加料 Vol．31Suppl．1 阎立懿等： 炉料连续预热式电炉炼钢技术探讨 ·17·
18 北京科技大学学报 2009年增刊1 效、节能及环保型现代电炉炼钢设备 2设备组成及工作原理 表3炉料连续预热式工艺电炉提高生产率 一般炉料连续预热式电炉由四部分组成，即炉 生产率/ 料连续输送系统，废钢预热系统，电炉熔炼系统，燃 工艺类别 (t-(MVA)) 烧室及余热回收系统等四部分组成，如图1. 传统电炉 1.1 无炉料预热的连续加料电炉 1.5 炉料预热至500℃的连续加料电炉 2.0 炉料预热至900℃的连续加料电炉 2.8 表4炉料预热至500℃时每吨钢节省成本 项目 节约成本/美元 电能消耗 10.0 电极消耗 4.5 图1炉料连续预热式电炉系统结构图：1一炉子系统：2一预热 系统：3一动态密封：4一加料系统；5一余热回收系统 人力 7.0 其他 1.5 炉料连续预热式电炉的工作原理是在连续加料 的同时，利用炉子产生的高温废气对行进的炉料进 4炉料连续预热式电炉的工艺特点 行连续预热，可使废钢入炉前的温度达到~600℃， 而预热后的废气经燃烧室进入余热回收系统，过程 4.1连续、高效、节能 实现废钢连续加料、连续预热及连续熔化，电弧加热 (1)连续、顺畅，炉料连续预热式电炉实现废 熔池、熔池熔化废钢 钢连续加入、连续预热、连续熔化的“三连续”及周期 出钢，以及超前预报意识，加上LF炉较强的调节功 3炉料连续预热式电炉的优越性 能，使流程顺畅，容易实现多炉连浇，而且潜力很大， 由于实现废钢连续加料、连续预热及连续熔 (②)高效、节能、正是由于这种“三连续”及超 化一“三连续”，电弧加热熔池、熔池熔化废钢，炉 前预报意识，以及高效的措施，如“连续”、大功率、强 料连续预热式电炉具有如下优点，可] 化用氧及热装铁水，使其生产节奏快、节能效果明 (1)非通电时间减少，变压器时间利用率高；缩 显，应该说这种炉料连续预热式电炉是高效、节能 短治炼周期，提高了生产率。 及环保型电炉炼钢设备 (2)废钢预热、热效率提高，降低电耗 4.2全程“平熔池期 (3)电弧稳定，电极断裂减少，电极消耗降低. 普通电炉是以电弧熔化废钢为主，一般把熔化 (4)“(1)~(3)”十埋弧操作，可以采用容量较 过程分为四个阶段，即点弧期、穿井期、主熔化期和 小的变压器，即降低了功率水平， 熔末升温期，主熔化期后才进入“平熔池期”， (5)全程泡沫渣操作，控制、减少渣中的氧化铁 炉料连续预热式电炉，除新开炉第一炉的第一 含量，减少废钢铁消耗，提高钢水的收得率 篮料外，其他时候是采取大留钢量(~40%)，电弧加 (6)“三连续”工作方式，容易与连铸相配合，实 热钢水、钢水熔化废钢，熔池始终处于“平熔池期· 现多炉连浇， 也就是说，炉料连续预热式电炉正常冶炼过程 (7)由于电弧加热钢水，钢水加热废钢，故电弧 没有对废钢固体料的点弧、穿井及熔化阶段，冶炼给 特别稳定，电网干扰大大减少，可以减少无功动态补 电的一开始就是“平熔池期”，在连续加料、连续预热 偿装置(SVC)的补偿容量，甚至可以免去“SVC” 过程中，实现电弧加热熔池，熔池熔化废钢，因此， 装置. 这种电炉炉衬的砌筑、供电、吹氧去碳、造渣脱磷等 另外，炉料连续预热式电炉经济效益十分明显， 均与普通电炉有着很大的区别，必须予以重视 有人做过细致统计6们如表3和表4. 4.3平熔池时间长、渣线区域大 炉料连续预热式电炉有交流、直流，不使用氧一 对于配有炉外精炼的普通超高功率电炉，为一 燃烧咀，废钢预热不用燃料，并且实现了100%连续 高速熔器，其过程主要是熔化过程，全废钢熔化成 装入废钢，应该说这种炉料连续预热式电炉是高 为平熔池期后，经十几分钟就可以出钢，即平熔池期
2 设备组成及工作原理 一般炉料连续预热式电炉由四部分组成即炉 料连续输送系统废钢预热系统电炉熔炼系统燃 烧室及余热回收系统等四部分组成如图1． 图1 炉料连续预热式电炉系统结构图：1—炉子系统；2—预热 系统；3—动态密封；4—加料系统；5—余热回收系统 炉料连续预热式电炉的工作原理是在连续加料 的同时利用炉子产生的高温废气对行进的炉料进 行连续预热可使废钢入炉前的温度达到～600℃ 而预热后的废气经燃烧室进入余热回收系统．过程 实现废钢连续加料、连续预热及连续熔化电弧加热 熔池、熔池熔化废钢． 3 炉料连续预热式电炉的优越性 由于实现废钢连续加料、连续预热及连续熔 化———“三连续”电弧加热熔池、熔池熔化废钢炉 料连续预热式电炉具有如下优点［14—5］： （1） 非通电时间减少变压器时间利用率高；缩 短冶炼周期提高了生产率． （2） 废钢预热、热效率提高降低电耗． （3） 电弧稳定电极断裂减少电极消耗降低． （4） “（1）～（3）”＋埋弧操作可以采用容量较 小的变压器即降低了功率水平． （5） 全程泡沫渣操作控制、减少渣中的氧化铁 含量减少废钢铁消耗提高钢水的收得率． （6） “三连续”工作方式容易与连铸相配合实 现多炉连浇． （7） 由于电弧加热钢水钢水加热废钢故电弧 特别稳定电网干扰大大减少可以减少无功动态补 偿装置（SVC）的补偿容量甚至可以免去“SVC” 装置． 另外炉料连续预热式电炉经济效益十分明显 有人做过细致统计［6］如表3和表4． 炉料连续预热式电炉有交流、直流不使用氧— 燃烧咀废钢预热不用燃料并且实现了100％连续 装入废钢．应该说这种炉料连续预热式电炉是高 效、节能及环保型现代电炉炼钢设备． 表3 炉料连续预热式工艺电炉提高生产率 工艺类别 生产率／ （t·（MVA） —1·h —1） 传统电炉 1∙1 无炉料预热的连续加料电炉 1∙5 炉料预热至500℃的连续加料电炉 2∙0 炉料预热至900℃的连续加料电炉 2∙8 表4 炉料预热至500℃时每吨钢节省成本 项目 节约成本／美元 电能消耗 10∙0 电极消耗 4∙5 人力 7∙0 其他 1∙5 4 炉料连续预热式电炉的工艺特点 4∙1 连续、高效、节能 （1） 连续、顺畅．炉料连续预热式电炉实现废 钢连续加入、连续预热、连续熔化的“三连续”及周期 出钢以及超前预报意识加上 LF 炉较强的调节功 能使流程顺畅容易实现多炉连浇而且潜力很大． （2） 高效、节能．正是由于这种“三连续”及超 前预报意识以及高效的措施如“连续”、大功率、强 化用氧及热装铁水使其生产节奏快、节能效果明 显．应该说这种炉料连续预热式电炉是高效、节能 及环保型电炉炼钢设备． 4∙2 全程“平熔池期” 普通电炉是以电弧熔化废钢为主一般把熔化 过程分为四个阶段即点弧期、穿井期、主熔化期和 熔末升温期主熔化期后才进入“平熔池期”． 炉料连续预热式电炉除新开炉第一炉的第一 篮料外其他时候是采取大留钢量（～40％）电弧加 热钢水、钢水熔化废钢熔池始终处于“平熔池期”． 也就是说炉料连续预热式电炉正常冶炼过程 没有对废钢固体料的点弧、穿井及熔化阶段冶炼给 电的一开始就是“平熔池期”在连续加料、连续预热 过程中实现电弧加热熔池熔池熔化废钢．因此 这种电炉炉衬的砌筑、供电、吹氧去碳、造渣脱磷等 均与普通电炉有着很大的区别必须予以重视！ 4∙3 平熔池时间长、渣线区域大 对于配有炉外精炼的普通超高功率电炉为一 高速熔器其过程主要是熔化过程．全废钢熔化成 为平熔池期后经十几分钟就可以出钢即平熔池期 ·18· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1
Vol.31 Suppl.I 阎立懿等：炉料连续预热式电炉炼钢技术探讨 .19. 很短，渣线基本固定（范围很窄），电弧仅威胁炉衬渣 600mm)、块重（小于0.5吨）、形状等影响连续加 线及热点，其中2号热点区较为严重，但电炉的炉 料、连续预热、连续熔化，当然也就影响进料速度、冶 衬在水冷炉壁的保护下寿命还是很高的， 炼周期及电耗：废钢铁的配料，如生铁配入的多少， 而这种炉料连续预热式电炉，正常冶炼过程给 影响脱碳量、吹氧量及钢铁料的消耗，也影响连续进 电的一开始就是“平熔池期”，所以平熔池持续时间 料的速度， 长，随着废钢的熔化、熔池面上涨，使其渣线由下至 (2)连续进料的速度控制 上范围变化大（变渣线），这就使得电弧始终威胁大 连续进料的速度大小影响进料时间、冶炼周期 部分耐火材料炉壁，2号区域损坏最为严重，这将大 的长短，它可以在控制料高的基础上，通过调整废钢 大降低了炉衬寿命 给进线速度来进行调整，关键是连续进料的速度要 与废钢的熔化速度相匹配，而废钢的熔化速度又取 5炉料连续预热式电炉的操作要点 决于供电及供氧的强度 由于炉料连续预热式电炉的这些特点，使得该 5.4合理供电及保护炉衬 种电炉炉衬的砌筑、造渣、吹氧及供电等均与普通电 (1)电弧长度与电弧电压的关系[] 炉有着很大的区别，为了实现高效节能环保、追求 Ln=Um-(g十a4-Ue-40, 3 mm, 流程设备顺行及其指标优化，结合JN公司的75吨 高阻抗电炉实际，指出炉料连续预热式电炉设备工 Uane=U2-(x1)2-rl,V. 艺操作要点如下， 式中Lae为电弧长度，mm;Uae为电弧电压，V; 5.1炉衬的砌筑一渣线的砌筑 (a-十α+)为阴极、阳极电位降之合，一般取为 全程“平熔池期及“变渣线”现象，要求渣线镁 40V;B为电弧柱电位梯度，对于电弧对废钢的熔化 碳砖的砌筑要向下加厚（对于JN公司的75吨高阻 情况取为2~5V/mm,电弧对平熔池加热取为 抗电炉要求~300mm),增加抵御变渣线的能力 1,0V/mm;U为变压器二次相电压，V;I为变压器 5.2全程泡沫渣操作 二次电流，kA;x为回路电抗，m2;r为回路电阻， 全程“平熔池期”，给电一开始电弧就加热钢水， m2. 就对渣线进行高温辐射，这就必须考虑保护渣线，因 分析给出：电弧长度与电压（电弧电压）成正比； 此，全程造泡沫渣进行埋弧操作就显的特别重要，要 电压一定时与电流成反比， 点如下： (2)耐火材料磨损指数 (1)要求备有良好的设备，如炉门碳一氧枪，炉 耐火材料磨损指数是描述由于电弧辐射引起耐 壁多功能氧枪 火材料损坏的指标，并以它的大小来反映耐火材料 (2)使用时一定要好用，即维护一定要跟上， 损坏的外部条件. (③)要有正确的操作，即脱磷、造泡沫渣及脱碳 当电弧暴露后耐火材料磨损指数应加以限制， 三者要兼顾，平熔池过程开始熔池温度较低，炉渣 一般认为它安全值在400~450MWV/m2,超高功 渣量较大（渣层较厚），炉渣碱度、氧化铁含量较高， 率电炉因电弧功率成倍增加，而使其达到800~ 采取向渣钢界面吹氧（水平摆动）特别有利于脱磷 1000MWV/m2以上，此时必须采取措施，耐火材料 (以脱磷为主)；当熔池面上升、熔池面直径扩大（渣 磨损指数见下式： 层较薄)、连续进料量达到20%一30%时，开始补充 渣量、吹氧的同时喷碳粉造泡沫渣；炉渣泡沫化埋 RE-Pase-Uae -Uin"I.MWV/m2. d2 弧，流渣、补充新渣（脱磷、造泡沫渣同时），控制供碳 式中RE为耐火材料磨损指数，MWV/m2;Pae为单 量，避免快速降低渣中氧化铁而影响脱磷；连续进料 相电弧功率，MW;d为电极侧部至炉壁最短距离， 量达到80%~90%，脱磷较彻底后，熔池温度达到 m. ≥1540~1560℃时强化吹氧快速脱碳；连续进料结 分析给出：耐材磨损指数与电压的平方（电弧电 束后，提温约十分钟(~10℃/min),测温、取样、 压)成正比，与距离平方成反比；低电压、大电流，减 出钢， 少电弧对炉衬的破坏；埋弧可以采用高电压、小电 5.3废钢的准备与进料速度 流，不用考虑耐材磨损指数的影响 (1)废钢铁料的准备 (3)供电方案 废钢铁料的堆比重、尺寸（最大尺寸不能超过 在电炉变压器技术参数选择正确的前提下，炉
很短渣线基本固定（范围很窄）电弧仅威胁炉衬渣 线及热点其中2号热点区较为严重．但电炉的炉 衬在水冷炉壁的保护下寿命还是很高的． 而这种炉料连续预热式电炉正常冶炼过程给 电的一开始就是“平熔池期”所以平熔池持续时间 长随着废钢的熔化、熔池面上涨使其渣线由下至 上范围变化大（变渣线）这就使得电弧始终威胁大 部分耐火材料炉壁2号区域损坏最为严重这将大 大降低了炉衬寿命． 5 炉料连续预热式电炉的操作要点 由于炉料连续预热式电炉的这些特点使得该 种电炉炉衬的砌筑、造渣、吹氧及供电等均与普通电 炉有着很大的区别．为了实现高效节能环保、追求 流程设备顺行及其指标优化结合 JN 公司的75吨 高阻抗电炉实际指出炉料连续预热式电炉设备工 艺操作要点如下． 5∙1 炉衬的砌筑－－－渣线的砌筑 全程“平熔池期”及“变渣线”现象要求渣线镁 碳砖的砌筑要向下加厚（对于 JN 公司的75吨高阻 抗电炉要求～300mm）增加抵御变渣线的能力． 5∙2 全程泡沫渣操作 全程“平熔池期”给电一开始电弧就加热钢水 就对渣线进行高温辐射这就必须考虑保护渣线因 此全程造泡沫渣进行埋弧操作就显的特别重要要 点如下： （1） 要求备有良好的设备如炉门碳—氧枪炉 壁多功能氧枪． （2） 使用时一定要好用即维护一定要跟上． （3） 要有正确的操作即脱磷、造泡沫渣及脱碳 三者要兼顾．平熔池过程开始熔池温度较低炉渣 渣量较大（渣层较厚）炉渣碱度、氧化铁含量较高 采取向渣—钢界面吹氧（水平摆动）特别有利于脱磷 （以脱磷为主）；当熔池面上升、熔池面直径扩大（渣 层较薄）、连续进料量达到20％～30％时开始补充 渣量、吹氧的同时喷碳粉造泡沫渣；炉渣泡沫化埋 弧流渣、补充新渣（脱磷、造泡沫渣同时）控制供碳 量避免快速降低渣中氧化铁而影响脱磷；连续进料 量达到80％～90％脱磷较彻底后熔池温度达到 ≥1540～1560℃时强化吹氧快速脱碳；连续进料结 束后提温约十分钟（～10℃／min）测温、取样、 出钢． 5∙3 废钢的准备与进料速度 （1） 废钢铁料的准备 废钢铁料的堆比重、尺寸（最大尺寸不能超过 600mm）、块重（小于0∙5吨）、形状等影响连续加 料、连续预热、连续熔化当然也就影响进料速度、冶 炼周期及电耗；废钢铁的配料如生铁配入的多少 影响脱碳量、吹氧量及钢铁料的消耗也影响连续进 料的速度． （2） 连续进料的速度控制 连续进料的速度大小影响进料时间、冶炼周期 的长短它可以在控制料高的基础上通过调整废钢 给进线速度来进行调整．关键是连续进料的速度要 与废钢的熔化速度相匹配而废钢的熔化速度又取 决于供电及供氧的强度． 5∙4 合理供电及保护炉衬 （1） 电弧长度与电弧电压的关系［7］ Larc＝ Uarc—（α—＋α＋） β ＝ Uarc—40 mm Uarc＝ U 2—（ xI） 2— rI V． 式中 Larc 为电弧长度mm；Uarc 为电弧电压V； （α—＋α＋ ） 为阴极、阳极电位降之合一般取为 40V；β为电弧柱电位梯度对于电弧对废钢的熔化 情况取为 2～5V／mm电弧对平熔池加热取为 1∙0V／mm；U 为变压器二次相电压V；I 为变压器 二次电流kA；x 为回路电抗mΩ；r 为回路电阻 mΩ． 分析给出：电弧长度与电压（电弧电压）成正比； 电压一定时与电流成反比． （2） 耐火材料磨损指数 耐火材料磨损指数是描述由于电弧辐射引起耐 火材料损坏的指标并以它的大小来反映耐火材料 损坏的外部条件． 当电弧暴露后耐火材料磨损指数应加以限制 一般认为它安全值在400～450MWV／m 2超高功 率电炉因电弧功率成倍增加而使其达到800～ 1000MWV／m 2以上此时必须采取措施耐火材料 磨损指数见下式： RE＝ Parc·Uarc d 2 ＝ U 2 arc·I d 2 MWV／m 2． 式中 RE 为耐火材料磨损指数MWV／m 2 ；Parc为单 相电弧功率MW；d 为电极侧部至炉壁最短距离 m． 分析给出：耐材磨损指数与电压的平方（电弧电 压）成正比与距离平方成反比；低电压、大电流减 少电弧对炉衬的破坏；埋弧可以采用高电压、小电 流不用考虑耐材磨损指数的影响． （3） 供电方案 在电炉变压器技术参数选择正确的前提下炉 Vol．31Suppl．1 阎立懿等： 炉料连续预热式电炉炼钢技术探讨 ·19·
,20 北京科技大学学报 2009年增刊1 料连续预热式电炉变压器参数的确定，即要考虑电 电，如电压采用1#、2#，电流采用额定值的1.1~ 弧对废钢的熔化（电压要高些）、又要考虑电弧对平 1.2倍 熔池的加热及保温的要求（电压要低些），总原则是 对于之后的熔炼，或新炉第二炉，送电前就有 根据电弧的遮蔽状态（废钢或炉渣的遮蔽状态），来 40%以上的钢水及95%以上的炉渣，送电就进入 确定电压的大小，力求埋弧，表5为变压器与电抗 “平熔池”期，在造好泡沫渣埋弧操作的情况下，可采 器主要操作参数 用3#、4#电压，电流采用额定值的1.1~1.2倍，否 对于新炉第一炉的第一篮料，点弧穿井期采用 则将根据电弧的状态（长短粗细），确定电压的大小， 较低电压、较小电流供电（见表6），如电压采用5#、 作为炉料连续预热式电炉例子，JN公司的75 6#,电流采用额定值的0.8~0.9倍；主熔化期（热 吨高阻抗电炉，变压器额定容量为45MVA,其变压 效率最高0.85~0.95)采用最高电压、最大电流供 器操作参数见表5，供电方案见表6. 表5变压器与电抗器主要操作参数 参数 恒功率段(5级) 恒电流段(10级) 二次电压W 1#/7002#/675 3共/6504#/625 5#/600 6#/575 7#/5508#/525 444 15#/350 二次电流/kA 37.12 38.49 39.97 41.57 43.30 45.18 祝在功率/MVAP 45 45 43 41 27.4 电抗器容量/MVar 1/6.8,2*/5.0,3/2.9,4/0 4'/0 操作情况 高阻抗 甩抗 表675吨炉料连续预热式电炉供电方案 序号 供电阶段 特点 电压/V 电流/kA 视在功率/MVA 1 废钢点弧、穿井 点弧不稳 6#/575 36 36 2 废钢主熔化期 废钢遮蔽 2#/675 的 50 3 水平进料，废钢平熔期 泡沫渣埋弧 4#/625 粉 49 4 水平进料，废钢平熔期 半埋弧，脱磷 6#/575 公 45 5 平熔池期 进料完毕后5min,且磷到位 6#/575 分 45 平熔池期 保温 15#/350 20 白 工艺操作说明： 对于后者，可采取适当控制抽气速度，以及改变 (1)新炉第一炉的第一篮料，或电炉不能连续 高温废气的路径，让高温废气由废钢料床下部穿过 加料时采用1、2电抗，其他平熔池期采用3 进行预热，这已经引起李振洪[⑧]等业内人士的 电抗 关注！ (2)电流不能超过每档电压对应的最大工作电 5.6余热回收利用等问题 流（即额定电流的1.2倍）· 炉料连续预热式电炉理念就是高效、节能及环 (3)当平熔池期没有泡沫渣保护的情况，电弧 保，其中余热再利用是其重要的组成部分之一，但国 完全暴露给耐火材料炉壁（渣线区）时，不能用1#~ 内的十几座该形式的电炉要么没有考虑余热回收系 4#的高电压，以免造成耐火材料炉壁（渣线区）的严 统、要么余热回收系统不能正常使用或效果不理想， 重破坏 莱钢集团特钢公司的50吨电炉利用第四孔排 (4)当温度已符合出钢要求时，但由于脱碳或 出的高温废气进行余热回收效果很好，其余热锅炉 操作等原因还不能出钢时，要采用保温电压、电流， 用于VD系统还有余 如采用15#的350V电压及20kA电流 另外，炉料连续预热式电炉产生二垩英新的公 5.5控制抽气速度及废钢预热效果 害值得重视， 对于现有炉料连续预热式电炉，国内废气预热 温度很低，也就200~300℃.如何提高高温废气的 6结束语 预热效果，一方面要合理、强化用氧；另一方面，增加 (1)炉料连续预热式电炉过程实现废钢连续加 废钢与高温废气接触的机会及时间， 料、连续预热及连续熔化，电弧加热熔池、熔池熔化
料连续预热式电炉变压器参数的确定即要考虑电 弧对废钢的熔化（电压要高些）、又要考虑电弧对平 熔池的加热及保温的要求（电压要低些）总原则是 根据电弧的遮蔽状态（废钢或炉渣的遮蔽状态）来 确定电压的大小力求埋弧．表5为变压器与电抗 器主要操作参数． 对于新炉第一炉的第一篮料点弧穿井期采用 较低电压、较小电流供电（见表6）如电压采用5＃、 6＃电流采用额定值的0∙8～0∙9倍；主熔化期（热 效率最高0∙85～0∙95）采用最高电压、最大电流供 电如电压采用1＃、2＃电流采用额定值的1∙1～ 1∙2倍． 对于之后的熔炼或新炉第二炉送电前就有 40％以上的钢水及95％以上的炉渣送电就进入 “平熔池”期在造好泡沫渣埋弧操作的情况下可采 用3＃、4＃电压电流采用额定值的1∙1～1∙2倍否 则将根据电弧的状态（长短粗细）确定电压的大小． 作为炉料连续预热式电炉例子JN 公司的75 吨高阻抗电炉变压器额定容量为45MVA其变压 器操作参数见表5供电方案见表6． 表5 变压器与电抗器主要操作参数 参数 恒功率段（5级） 恒电流段（10级） 二次电压／V 1＃／700 2＃／675 3＃／650 4＃／625 5＃／600 6＃／575 7＃／550 8＃／525 … 15＃／350 二次电流／kA 37∙12 38∙49 39∙97 41∙57 43∙30 45∙18 视在功率／MVAP 45 45 43 41 … 27∙4 电抗器容量／MVar 1∗／6∙82∗／5∙03∗／2∙94∗／0 4∗／0 操作情况 高阻抗 甩抗 表6 75吨炉料连续预热式电炉供电方案 序号 供电阶段 特点 电压／V 电流／kA 视在功率／MVA 1 废钢点弧、穿井 点弧不稳 6＃／575 36 36 2 废钢主熔化期 废钢遮蔽 2＃／675 43 50 3 水平进料废钢平熔期 泡沫渣埋弧 4＃／625 45 49 4 水平进料废钢平熔期 半埋弧脱磷 6＃／575 45 45 5 平熔池期 进料完毕后5min且磷到位 6＃／575 45 45 6 平熔池期 保温 15＃／350 20 12 工艺操作说明： （1） 新炉第一炉的第一篮料或电炉不能连续 加料时采用1∗、2∗ 电抗其他平熔池期采用3∗ 电抗． （2） 电流不能超过每档电压对应的最大工作电 流（即额定电流的1∙2倍）． （3） 当平熔池期没有泡沫渣保护的情况电弧 完全暴露给耐火材料炉壁（渣线区）时不能用1＃～ 4＃的高电压以免造成耐火材料炉壁（渣线区）的严 重破坏． （4） 当温度已符合出钢要求时但由于脱碳或 操作等原因还不能出钢时要采用保温电压、电流 如采用15＃的350V 电压及20kA 电流． 5∙5 控制抽气速度及废钢预热效果 对于现有炉料连续预热式电炉国内废气预热 温度很低也就200～300℃．如何提高高温废气的 预热效果一方面要合理、强化用氧；另一方面增加 废钢与高温废气接触的机会及时间． 对于后者可采取适当控制抽气速度以及改变 高温废气的路径让高温废气由废钢料床下部穿过 进行预热这已经引起李振洪［8］ 等业内人士的 关注！ 5∙6 余热回收利用等问题 炉料连续预热式电炉理念就是高效、节能及环 保其中余热再利用是其重要的组成部分之一但国 内的十几座该形式的电炉要么没有考虑余热回收系 统、要么余热回收系统不能正常使用或效果不理想． 莱钢集团特钢公司的50吨电炉利用第四孔排 出的高温废气进行余热回收效果很好其余热锅炉 用于 VD 系统还有余． 另外炉料连续预热式电炉产生二垩英新的公 害值得重视． 6 结束语 （1） 炉料连续预热式电炉过程实现废钢连续加 料、连续预热及连续熔化电弧加热熔池、熔池熔化 ·20· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1
Vol.31 Suppl.1 阎立懿等：炉料连续预热式电炉炼钢技术探讨 .21. 废钢，与普通电炉有着很大的区别，必须对电炉炉衬 (张文怡.Consteel电弧炉连续炼钢设备.工业加热，2005,34 的砌筑、供电、吹氧去碳、造渣脱磷等予以重视 (2):50) [3]Vallomy JA.The First Consteel Unit for Flat Products:Nakorn- (2)由于全程“平熔池期”，给电一开始电弧就 thai strip Mill-Thailand//South East Asia Iron&Steel Institute 加热钢水、就对渣线进行高温辐射，这就必须考虑保 1997 Korea Conference.Seoul,Korea.1997 护渣线，因此，全程造泡沫渣进行埋弧操作特别 [4]Wang S W,Tan Y.Tang RS.Application of 90 t Consteel EAF 重要， Steelmaking Process.Southern Metals.2001(5):8 (3)全程“平熔池期”及“变渣线”现象，要求渣 (王三武，谭英，唐日升.90 t Consteel电炉炼钢工艺的应用 南方金属，2001(5)：8) 线镁碳砖的砌筑要向下加厚(~300mm),增加抵御 [5]Yan L Y.Recent development of energy saving technology of 变渣线的能力· scrap preheating Energy for Metallurgical Industry.1998.17 (4)炉料连续预热式电炉变压器参数的确定， (4):12 即要考虑电弧对废钢的熔化（电压要高些）、又要考 (阁立懿.废钢预热节能技术最新发展.治金能源，1998.17 虑电弧对平熔池的加热及保温的要求（电压要低 (4):12) 些)，供电上应根据电弧的遮蔽状态（废钢或炉渣的 [6]Hua A.Wu P Z.The Consteel process of continuous steelmaking in the electric are furnace.Industrial Heating.2002.31(3):43 遮蔽状态)，来确定电压的大小， (花皑，吴培珍，在电弧炉中连续炼钢作业的康斯迪工艺，工 (5)为了最大限度节能及环保，余热再利用是 业加热，2002,31(3)：43) 必须的，但二垩英新的公害值得重视与研究， [7]Nanjo T,Okino H.Kawabata J.et al.EAF Equipment and Highly Profitable Operation.Beijing:Metallurgical Industry 参考文献 Press,2000 [1]Zhu M Y,Du G.Yan L Y.Modern Metallurgical Science.Bei- (南条敏夫，冲野浩，川端纯一，等。炼钢电弧炉设备与高效益 jing:Metallurgical Industry Press,2005 运行.北京：冶金工业出版社，2000) (朱苗勇，杜钢，阁立懿。现代治金学.北京：冶金工业出版社， [8]LiZ H.Consteel EAF and preheating of scrap.Industrial Heat- 2005) ig2006,35(3):33 [2]Zhang W Y.Consteel arc furnace continual steelmaking equip- (李振洪.康斯迪电炉与废钢预热.工业加热，2006,35(3)： ment.Industrial Heating.2005,34(2):50 33)
废钢与普通电炉有着很大的区别必须对电炉炉衬 的砌筑、供电、吹氧去碳、造渣脱磷等予以重视． （2） 由于全程“平熔池期”给电一开始电弧就 加热钢水、就对渣线进行高温辐射这就必须考虑保 护渣线因此全程造泡沫渣进行埋弧操作特别 重要． （3） 全程“平熔池期”及“变渣线”现象要求渣 线镁碳砖的砌筑要向下加厚（～300mm）增加抵御 变渣线的能力． （4） 炉料连续预热式电炉变压器参数的确定 即要考虑电弧对废钢的熔化（电压要高些）、又要考 虑电弧对平熔池的加热及保温的要求（电压要低 些）供电上应根据电弧的遮蔽状态（废钢或炉渣的 遮蔽状态）来确定电压的大小． （5） 为了最大限度节能及环保余热再利用是 必须的但二垩英新的公害值得重视与研究． 参 考 文 献 ［1］ Zhu M YDu GYan L Y．Modern Metallurgical Science．Beijing：Metallurgical Industry Press2005 （朱苗勇杜钢阎立懿．现代冶金学．北京：冶金工业出版社 2005） ［2］ Zhang W Y．Consteel arc furnace continual steelmaking equipment．Industrial Heating200534（2）：50 （张文怡．Consteel 电弧炉连续炼钢设备．工业加热200534 （2）：50） ［3］ Vallomy J A．The First Consteel Unit for Flat Products：Nakornthai strip Mil-l Thailand∥ South East Asia Iron ＆ Steel Institute 1997 Korea Conference．SeoulKorea1997 ［4］ Wang S WTan YTang R S．Application of 90t Consteel EAF Steelmaking Process．Southern Metals2001（5）：8 （王三武谭英唐日升．90t Consteel 电炉炼钢工艺的应用． 南方金属2001（5）：8） ［5］ Yan L YRecent development of energy saving technology of scrap preheating．Energy for Metallurgical Industry199817 （4）：12 （阎立懿．废钢预热节能技术最新发展．冶金能源199817 （4）：12） ［6］ Hua AWu P Z．The Consteel process of continuous steelmaking in the electric arc furnace．Industrial Heating200231（3）：43 （花皑吴培珍．在电弧炉中连续炼钢作业的康斯迪工艺．工 业加热200231（3）：43） ［7］ Nanjo TOkino HKawabata Jet al．EAF Equipment and Highly Profitable Operation．Beijing： Metallurgical Industry Press2000 （南条敏夫冲野浩川端纯一等．炼钢电弧炉设备与高效益 运行．北京：冶金工业出版社2000） ［8］ Li Z HConsteel EAF and preheating of scrap．Industrial Heating200635（3）：33 （李振洪．康斯迪电炉与废钢预热．工业加热200635（3）： 33） Vol．31Suppl．1 阎立懿等： 炉料连续预热式电炉炼钢技术探讨 ·21·
