82 北京科技大学学报 2009年增刊1 表4电弧炉炼钢过程的能量衡算结果 炼过程物耗和能耗的影响如下：①生铁比每增加 收入项 支出项 1%,则金属料消耗增加0.4kg/;氧气消耗增加 能量 供应量/比例/ 能量 消耗量/比例/ 0.5m3/h:电能消耗降低0.8kWh/1;总能量增加 供应项 (kWht)% 消耗项 (kWht)% 1.8kWh/h.②铁水比每增加1%，则金属料消耗增 铁水物理热 92.214.7 钢液物理热 393.662.8 加0.4kg/t;氧气消耗增加0.5m3;电能消耗降低 元素氧化热 163.926.1 炉气带走热 50.4 8.0 4.7kWh/t;总能量增加1.2kWh/t.③DRI比每增 天然气燃烧放热 49.17.8 炉渣带走热 58.7 9.4 加1%，则金属料消耗增加0.3kg/;氧气消耗降低 成渣热 9.9 1.6 烟尘带走热 8.2 1.3 0.03m3/;电能消耗增加2.7kWh/t;总能量增加 电能 311.849.7吸热反应热 6.0 1.0 3.3kWh/t. 冷却水带走热 47.3 7.5 1200 其他热损失 62.7 10.0 1000F 合计 626.9100.0合计 626.9100.0 800 3炉料结构对物耗和能耗的影响 600 ·金属料消耗，kgt 4001 ◆氧气消耗，mn 3.1单位炉料对物耗和能耗的影响 e治炼电耗.kwht 200 总能量，kWh/t 经系统分析和大量150t电弧炉炼钢实际生产 数据，使用工艺模型EAF SPM分别对生铁、铁水和 20 40 60 80 100 DRI代替废钢的治炼过程进行物耗和能耗的模拟计 DRI比% 算，以便定量地讨论炉料结构的影响⑧]，其计算结 图4DRI代替废钢的生产指标变化 果绘于图2~图4. 3.2广泛的四元炉料结构变化对能量需求的影响 1200 电弧炉炼钢常用四元炉料结构的变化范围为： 1000 ◆金属料消耗，kgt 废钢比40%~100%、生铁比0%~45%、铁水比 o-氧气消耗.m北 800 s-冶炼电耗，kwht 0%~60%、,直接还原铁比0%~40%.在150t电弧 →总能量，kWht 炉炼钢的实际生产条件下，以生产1t合格钢水为 600 例，有效供能时间按40min计，借助于建立的工艺 400 模型EAF SPM,计算出因炉料结构的变化所引起的 200 总能量、需氧量及电功率需求的变化，结果列于 表5.由表5可知，每一种炉料无论在各自的波动范 20 40 60 80 100 生铁比% 围内怎么变化，除炉料物理热和化学热之外，其吨钢 电功率需求范围是153~744kW.在实际炼钢过程 图2生铁代替废钢的生产指标变化 中，调整供氧和供电参数，即可满足能量供应量接近 理论需求值， 1200 表5炉料结构变化对吨钢总能量、总需氧量及电功率需求的影响 1000 变动总需 总氧气总能需补加电功率 800 炉料范围/氧量/ 流量/ 量/ 电能/需求/ 600 % m3 (m3h-1)kWh kWh kW 金属料消耗，kgt ·-氧气消耗，mt 40 43.1 65 673.1496.1 744 400 e怡炼电耗，kWhM 废钢 总能量，kWh/M 10029.2 -44 601.5128.3-192 200 0 43.1 多 673.1496.1744 生铁 45 51.9 -78 662.6-102.0-153 20 40 60 80 100 铁水比% 0 43.1 65 673.1496.1744 铁水 -60 51.9 -78 662.6-102.0-153 图3铁水代替废钢的生产指标变化 0 43.1 65 662.6102.0 153 DRI 由图2~图4可知，其他钢铁料代替废钢对冶 -4051.9 -78 ~673.1-496.1-744表4 电弧炉炼钢过程的能量衡算结果 收入项 支出项 能量 供应项 供应量／ （kWh·t —1） 比例／ ％ 能量 消耗项 消耗量／ （kWh·t —1） 比例／ ％ 铁水物理热 92∙2 14∙7 钢液物理热 393∙6 62∙8 元素氧化热 163∙9 26∙1 炉气带走热 50∙4 8∙0 天然气燃烧放热 49∙1 7∙8 炉渣带走热 58∙7 9∙4 成渣热 9∙9 1∙6 烟尘带走热 8∙2 1∙3 电能 311∙8 49∙7 吸热反应热 6∙0 1∙0 冷却水带走热 47∙3 7∙5 其他热损失 62∙7 10∙0 合计 626∙9 100∙0 合计 626∙9 100∙0 3 炉料结构对物耗和能耗的影响 3∙1 单位炉料对物耗和能耗的影响 经系统分析和大量150t 电弧炉炼钢实际生产 数据‚使用工艺模型 EAF SPM 分别对生铁、铁水和 DRI 代替废钢的冶炼过程进行物耗和能耗的模拟计 算‚以便定量地讨论炉料结构的影响［8］‚其计算结 果绘于图2～图4． 图2 生铁代替废钢的生产指标变化 图3 铁水代替废钢的生产指标变化 由图2～图4可知‚其他钢铁料代替废钢对冶 炼过程物耗和能耗的影响如下：① 生铁比每增加 1％‚则金属料消耗增加0∙4kg／t；氧气消耗增加 0∙5m 3／t；电能消耗降低0∙8kWh／t；总能量增加 1∙8kWh／t．② 铁水比每增加1％‚则金属料消耗增 加0∙4kg／t；氧气消耗增加0∙5m 3／t；电能消耗降低 4∙7kWh／t；总能量增加1∙2kWh／t．③ DRI 比每增 加1％‚则金属料消耗增加0∙3kg／t；氧气消耗降低 0∙03m 3／t；电能消耗增加2∙7kWh／t；总能量增加 3∙3kWh／t． 图4 DRI 代替废钢的生产指标变化 3∙2 广泛的四元炉料结构变化对能量需求的影响 电弧炉炼钢常用四元炉料结构的变化范围为： 废钢比40％～100％、生铁比0％～45％、铁水比 0％～60％、直接还原铁比0％～40％．在150t 电弧 炉炼钢的实际生产条件下‚以生产1t 合格钢水为 例‚有效供能时间按40min 计‚借助于建立的工艺 模型 EAF SPM‚计算出因炉料结构的变化所引起的 总能量、需氧量及电功率需求的变化‚结果列于 表5．由表5可知‚每一种炉料无论在各自的波动范 围内怎么变化‚除炉料物理热和化学热之外‚其吨钢 电功率需求范围是153～744kW．在实际炼钢过程 中‚调整供氧和供电参数‚即可满足能量供应量接近 理论需求值． 表5 炉料结构变化对吨钢总能量、总需氧量及电功率需求的影响 炉料 变动 范围／ ％ 总需 氧量／ m 3 总氧气 流量／ （m 3·h —1） 总能 量／ kWh 需补加 电能／ kWh 电功率 需求／ kW 废钢 40 43∙1 65 673∙1 496∙1 744 ～100 ～29∙2 ～44 ～601∙5 ～128∙3 ～192 生铁 0 43∙1 65 673∙1 496∙1 744 ～45 ～51∙9 ～78 ～662∙6 ～102∙0 ～153 铁水 0 43∙1 65 673∙1 496∙1 744 ～60 ～51∙9 ～78 ～662∙6 ～102∙0 ～153 DRI 0 43∙1 65 662∙6 102∙0 153 ～40 ～51∙9 ～78 ～673∙1 ～496∙1 ～744 ·82· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1