电炉炼钢高效洁净低成本生产技术进展

电炉炼钢高效洁净低成本生产技术进展

北京科技大学特殊钢冶炼学术委员会 (暨全国大电炉协调组)2011年10月

交流内容1我国电炉钢生产的现状2电炉炼钢高效洁净低成本生产技术

3用多尺度理论解决现代炼钢问题 4高品质特殊钢发展趋势北京科技大学朱荣

1我国电炉钢生产的现状电炉钢比例下降 2003-2009年间，从17.6%下降到10%。2010年我国

钢产量达到5.8亿吨，电炉钢钢产量仅为6000万吨左右(世界第一)。

我国电炉炼钢以特钢生产为主(70%)电炉炼钢流程的总体装备水平不高电炉炼钢生产成本较高，部分产品市场竞争力较弱

电炉炼钢废钢原料质量差、价格高，难以生产高质量钢材大量采用铁水，电炉转炉化，能源消耗提高与转炉钢相比，能耗低不意味低成本，同品种钢吨高200-500元

电炉传统产品有部分已转向转炉生产北京科技大学朱荣

电炉钢生产技术理念的变革炼钢核心工艺多元原料结构能源结构变化

传统工艺方法废钢+生铁+DRI电能为主+辅助化学能

新工艺理念废钢+生铁+铁水+DRI+铁矿根据原料构成调整能源结构按反应规律分工位进行降低钢水氧化性，采用真空前、后处理(+LF)加快生产节奏优化单元操作、工序组合

提高钢水纯净度同一反应器内耦合进行控制钢中夹杂物电炉脱氧+LF精炼处理提高生产效率扩大装入量

低成本生产技术使用低质原辅料、简化工艺流程北京科技大学朱荣

2电炉炼钢高效洁净低成本生产技术2.1电炉钢生产的高效化

工序单元组合优化，提高生产节奏合理利用金属资源，提高能源利用率

北京科技大学朱荣

提高电炉生产节奏供电时间缩短到25~30min,冶炼周期≤45 min,全废钢冶炼电耗≤350kWh/t,电极消耗≤1kg/t。 超高功率供电，比功率达到1000kVA/t提高化学能输入比例(燃气及铁水),供O2强度~

技术措施

1.5Nm3/t.min废钢预热，平均废钢预热温度≥600℃连续加料，缩短加料时间减少辅助时间，如减少补炉时间等北京科技大学朱荣

电炉高效吹炼技术进步在废钢短缺及电力价格高的条件下，提高电炉配碳(生铁及铁水)的电炉复吹强化技术石灰粉碳粉萤石粉 粉气流

粉气流

(吹氧、喷粉及底吹)是降低电炉炼钢生产成本，增强电炉炼钢生产的竞争力的重要手段。气源

N2/Ar/CO2

电炉底吹控制系统

技术历程

人工吹氧炉壁氧燃烧嘴炉门吹氧机械装置炉壁、EBT氧枪集束射流氧枪供氧+底吹搅拌+喷粉

从1根氧管到3根氧管辅助能量强化供氧及安全生产解决冷区、温度成分均匀助熔、脱碳、喷粉及二次燃烧脱

碳、脱磷钢水温度成分均匀北京科技大学朱荣

电炉炼钢集束 (coherence)供氧技术

前期满足废钢助熔、中期脱碳及二次燃烧与喷碳配合控制改善搅拌条件，脱碳效果好，满足铁水脱碳实现电炉高效化快速冶炼，冶炼时间40min以内

90%铁水吹炼，零电耗及零电极操作脱碳

助熔

传统超音速射流外裹高速低密度介质北京科技大学朱荣

三种射流的速度衰减速度m/s

单孔超音速、环氧超音速、集束射流的衰减情况北京科技大学朱荣

氧气射流对熔池搅拌的影响 (不同流量)500m3/ha-

1450m3/h

1800m3/h

2000m3/h

北京科技大学朱荣教授

水模实验及射流模拟装置

大型水模试验场

冷、热态集束射流试验北京科技大学朱荣

集束射流氧枪全冷料炼钢试验研究

取样助熔

脱碳出钢

北京科技大学朱荣

100吨电炉(60%铁水)与100吨转炉(85%铁水)消耗及成本对比成本项目转炉电炉

消耗

金额,元

消耗

金额,元

1.钢铁料 kg 2.合金料 kg3.铁矿石 kg 4.熔炼费 (1)能源及动力 (2)辅助材料kg (3)耐火材料 5.制造费用

1087.50 17.796.99减煤气回收 81

2827.50 110.346.01 169.04 100.63 40.52 30.89 36.65

1108.53 16.15

2882.18 90.92307.64 246.14

63

28.73 36.91 61.83

变动成本合计注：同品种、废钢和铁水同价

3321.58

3654.35北京科技大学朱荣

原料为85%铁水的电炉与转炉冶炼对比

钢铁料消耗增加氧气的变化增加合金消耗增加电极消耗增加固定电费取消渣量增加设备维护费用提高成本略有下降(废钢因素)

违背了电炉炼钢的初衷，但利用了电炉的柔性调节功能北京科技大学朱荣

高径比对熔池搅拌的影响同是100吨炼钢炉，熔池体积是一致的(13.9m3),但电炉与转炉熔池高径比的区别：

电炉熔池深度h=880mm熔池直径D=5988mm

转炉熔池深度h=1170mm熔池直径D=4372mm

熔池高径比h/D=0.146

熔池高径比D/h=0.2676

转炉熔池高径比是电炉的1.83倍，不利于电炉熔池的搅拌，及废钢的预热，加上电

炉炉门跑渣跑钢，吹炼强度更受限制。根据水模及数模的研究，转炉熔池的搅拌强度是电炉的10-20倍。北京科技大学朱荣

电弧炉炼钢底吹技术进步

脱磷率提高3050%,氧含量下降 100-200ppm

统计

统计炉数

冶炼时间初炼电耗氧气消耗石灰消耗

氮气

氩气

钢铁料

铁水比

min无底吹 736 59

kwh/t136.23

m3/t42.5

kg/t61.5

m3/t

m3/t

Kg/t1113 60.40%

有底吹指标对比价格对比

688

55-4

128-8.23 -4.11

32.4-10.1 -5.85

51.1-10.4 -4

6.0

0.166

109716

60.40%

元/吨

1.8

0.8

-48.0

北京科技大学朱荣

电炉炼钢复吹技术进步

电炉炼钢实现终点自动控制的时间已经不

远解决了终点氧、氮及脱磷等问题电炉高效、洁净及低成本生产路线成为可能目前需解决的问题：底吹砖寿命问题

电炉原料结构变化对底吹工艺的影响

北京科技大学朱荣

提高能量利用效率从某种意义讲，冶炼是一种以能量换取合格钢生产量的过程。冶炼能耗用于

合格钢水的物理热——有用能量380kwh/t~steel或 1368MJ/t~steel

合格钢水与杂质的分离——冶炼操作耗能可利用的余热——物理余热和化学余热热损失北京科技大学朱荣

四种金属料的物料和能量计算(1000kg钢水)炉料结构总物料量用氧总能量收入项物理热化学热总收入热支出钢水炉渣炉尘炉气其它总支出热需补充热能 kg m3 kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh冷废钢100% 1109 12.3 456.4 5.3 60.5 65.8 380.2 17.3 15.4 1.2 42.3 456.4 390.6冷生铁100% 1158 68.9 614.8 6.9 335.6 342.5 380.2 51.8 15.4 44.6 122.8 614.8 272.3热铁水100% 1148 60.0 614.8 355.0 335.6 690.6 380.2 51.8 15.4 44.6 122.8 614.8直还铁100% 1265.0 10.1 571.5 7.1 49.5 56.6 380.2 107.9 14.5 2.2 66.7 571.6 514.9

多余热能

kwh

75.8北京科技大学朱荣

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