废钢预热炼钢的形式及节能效益分析_周兴林
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我公司目前主要电炉的容量在 10t ~ 30t, 平均电 耗为 540kWhPt ~ 570 kWh Pt , 平 均 冶 炼 时 间 为 225min, 其中熔化期时间大约为 120min 左右, 与采用 废钢预热电炉冶炼工艺相比, 电耗较高, 冶炼时间较 长。针对此类小容量电炉, 采用分离式废钢预热技 术更可行。其工艺流程: 废钢预热加热炉( 下简称预 热炉) 将废钢加热到一定温度后, 再投入电炉中继续 加热并熔化。预热炉采取连续式或分批加料的方式 运行, 这主要决定于设计产量及与电炉的配套情况 而定。由于废钢预热温度均匀性要求不高, 因此预 热炉只需采用较为简单的燃烧控制技术, 从而有利 于减少前期投资。
加热 热含量
温度 Pe PMJPt
折算 成电能 PkWhPt
预 热 拆算成电预热耗能+ 综合节
炉耗能 炉电耗 熔炼期耗能 能 率
MJPt PkWhPt PM JPt
P%
20
550
4600
0
700 438. 9 121. 9 877. 8 152. 4 4206
8. 5
800 545. 1 151. 4 1090. 2 189. 2 4110
10. 6
900 632 175. 6 1264 219. 5 4031
12. 4
1000 693. 9 192. 8 1387. 8 241
3974
13. 6
1100 758. 7 210. 8 1517. 4 263. 5 3916
15. 0
1200 822. 6 228. 5 1643. 2 285. 6 3857
81
输入
输出
导体热损
82
合计
12
合计
582
烟气热损 582
据关资料[ 2] 介绍, 当废钢进行预热后, 废钢入炉 前的预热温度为 500 e 时, 可节省电 能 1P4; 温度为 600 e ~ 700 e 时 可 节 省 电 能 1P3; 如 果 温 度 达 到 900 e 时, 则可节约 1P2 的电能, 冶炼时间也将大幅缩 短。
2. 3 节能效益分析
对于整体式废钢预热形式, 由于是直接利用电
炉内的高温炉气, 其节能效果很明确, 更关注的是投
资回收问题, 在此不作论述。而对于分离式废钢预 热形式, 由于要使用外供热, 其节能增产的效果将直
接影响该技术的推广及运行效益。采用分离式废钢
预热技术, 结合我公司电炉的能耗数据, 经计算其节
电炉炼钢生产中, 不同阶段的热效率不一样, 在 实际操作中的变化情况为:
( 1) 开始装入废钢时, 电弧传热效率为 60% 左 右, 随着电弧被废钢埋入, 热效率不断升高, 高峰时 可达到 80% ~ 90% , 当废钢熔化逐渐露出电弧中, 电 弧热效率又不断下降, 低时达到 50% ~ 60% ;
关键词: 节能; 电炉炼钢; 废钢预热 中图分类号:TF478+ 101 文献标识码: A 文章编号: 1674- 0971( 2008) 04- 025- 03
Scraps Preheating in Steelmaking and Analysis on Its Energy Saving Profit
目前有公司在这方面做了很好地探索, 取得了较好 的节能效果。德国 BSW 公司的 80t 交流电炉, 平均 输入电功率为 66MW, 电炉上配天然气烧嘴 3 支, 吹 氧、喷 煤, 平 均电 耗 355kWhPt, 每 炉 冶 炼 时 间 28. 2min。日本 NKK 公司开发的 100t 环保型高效电弧 炉于 2001 年在岸和田制钢投产, 其热平衡数据见表 1。从表 1 数据可看出, 为节约电能, 大量使用了其 它能源, 电能占总能耗的比例只有 25. 7% 。这可看 出对电炉补充外供热对电耗和冶炼时间有较大的影 响。
表 1 100t 电弧炉热平衡数据PkWhPt Table 1 T hermal balance data of 100t electric arc furnace
项 目 能 源名 称
能耗 项目 能 源 名 称 能 耗
电能
150
钢水潜热 370
碳素燃烧放热 332
炉渣
37
金属氧化放热 100
炉体散热
1 电炉炼钢的能耗现状
在电炉炼钢的生产中, 电能主要是对炉料进行
加热和熔化, 在进入氧化期和还原期时由于有炉料 反应放热, 电能消耗相对少。在熔化废钢并将钢水 温度保持在 1520 e 这段时间内, 电炉的热效率仅有 55% ~ 65% [ 1] , 熔 化 期 所 需 要 的 能 量 约 为 360 ~ 380kWhPt, 占总电耗的 60% ~ 70% , 时间约占全炉冶 炼时间的一半多。现在发展的超高功率电炉就是为 了强化熔化期供热而缩短熔化时间和用能, 从而大 大提高生产率。但从实质上来说, 超高功率电炉并 没有提高能源的实际利用效率。
从上述可看出, 利用一次能源直接对废钢进行 加热, 再将加热后的废钢在电炉中利用电能进行熔 化Байду номын сангаас炼, 能更充分地利用能源, 对提高电炉的综合能 耗是一条切实可行的节能措施, 这就是我们所提出 的废钢预热技术。
2. 2 废钢预热的形式 废钢预热技术从设备结构形式来分, 可分为整
体式和分离式。整体式为预热设备与电炉炉体结合 在一起, 形成整体, 或者直接利用电炉体作为废钢预 热设备, 从而可充分利用电炉废气对废钢进行预热,
# 26 #
特 钢技术
第 14 卷第 4 期
加热, 其相对于一次能源而言, 能源利用率并不高, 应不大于 28% 。在目前世界能源日趋紧张, 开展节 约型社会建设, 如此低的能源利用率是不能让人满 意的。
2 废钢预热技术
2. 1 废钢预热技术的提出 在电炉炼 钢生产 中, 如何 提高能源 利用 率呢?
低等优点。在电炉炼钢中, 电能是其主要用能方式, 如何降低电炉的电耗是其节能的主要思考方向。外
供热源、电炉煤氧混吹、废钢预热等技术对电炉节电 起到了很大的作用。
在上述的几种节能措施中, 由于废钢预热方式 具有投资少、技术要求低、不影响生产、见效快等原 因, 具有一定的发展优势。但由于国内采用废钢预 热节能炼钢的厂家很少, 其具体的节能效果及其影 响因素研究也少。在此, 有必要对废钢预热炼钢的 形式和节能效益及因素进行分析, 为进一步采用此 节能技术进行生产提供一定的技术支持。
16. 2
注: 预热炉的热效率按 50% 计; 电炉 热效率按 80% 计; 上表部 分 数据来源于资料[ 3]
使高温废气的物理热得以回收利用, 并可根据预热 温度的需要再外供热能。分离式结构为预热炉与电 炉炉体分离, 靠外供热能先对废钢进行加热, 废钢达 到一定温度后用专用设备投入电炉中利用电能进行 熔化冶炼。
整体式废钢预热设备与电炉联接的方式可分为 几种方式, 主要有竖炉电弧炉法、双壳式直流电弧炉 和连续加料电弧炉。此种结构形式的最大特点是可 充分利用电炉的高温炉气, 以直接提高电炉的热效 率来实现节能。新日铁公司开发的双壳式电炉, 一 台炉冶炼的同时, 另一台炉利用其废气对废钢预热, 废钢温度可达到 500 e 。因此整体式废钢预热技术 其节能效果更为明显。但由于预热设备与电炉炉体 结合在一起, 在建设过程中影响因素较多, 需对电炉 进行较大的改造, 建设期长并影响生产, 为了充分利 用高温烟气对废钢进行预热, 还需做好炉盖的密封 并增设排烟设备, 投资较大。对于中小容量的电炉 来说, 由于投资大, 节能和产生的效益有限, 采用此 方式受到限制。对于大容量电炉, 采用此方式更为 有利。
Zhou Xinling
( Sichuan Changcheng Special Steel Co. , Ltd. , Pangang Group, Sichuan 621715)
Abstract: This paper analyzed energy consumption condition of electric furnace steelmaking, proposed a method of separated scraps preheating , and the energy saving profit and influence factors of the method was analyzed and evaluated. It suggested that the reasonable scrap preheating temperature should be about 1200 e , and this method of scrap preheating could obtain a better energy saving result, shorten the melting time remarkably, get a better comprehensive effect.
分离式废钢预热设备由于与电炉炉体分离, 不 能利用电炉的高温烟气, 完全靠外供热能将废钢进 行预热, 再将加热后的废钢在电炉中利用电能进行 熔化冶炼, 因此节能效果与整体式结构相比较有所 降低, 但该形式可将废钢预热到更高的温度。其它 优点还表现在: 预热与熔化冶炼分开, 更便于组织生 产; 废钢预热量和加热温度容易控制; 外供能源的利 用率高, 设备使用率高, 可充分发挥设备能力; 可分 别建设, 不影响原电炉的生产; 设备改造投资少, 见 效快。从以上的优点可看出分离式结构更适合对老 电炉、小炉型进行改造, 并可实现多炉共用, 对减少 投资更为有利。
Key Words: Energy saving, Steel- making with electric furnace, Scraps preheating.
随着我国经济的发展, 能源短缺对经济发展的 制约问题成了国家需重点解决的问题。随着近几年 钢铁企业的飞跃式发 展, 电炉 ) ) ) 炉 外精炼 ) ) ) 连 铸短流程新工艺也有了较快的发展, 现国内有多家 大型钢铁厂都采用此流程, 如兴澄特钢、北满、上五、 舞阳等。采用此工艺流程具有投资省、建设快、能耗
能效益见表 2。从 表中数据可看出, 采用 废钢预热
炼钢, 综合节能率在 10% ~ 15% , 节约电耗 150~ 270 kWh Pt。
表 2 预热温度、能耗对 比表
Table 2 Comparison of preheating temperature and
energy consumption
( 2) 再装料时, 热效率为 50% ~ 70% 左右; ( 3) 在精炼期, 热效率大约在 75% 左右。 我们知道, 虽然电能作为优质能源, 使用中具有 很高的效率, 但如果考虑到发电效率, 用电能对炉料
收件日期: 2008- 07- 08 修回日期: 2008- 08- 23 作者简介: 周兴林 ( 1970 年 ) ) 男, 四川资阳人, 工程师, 1992 年毕业于沈阳冶金机械专科学 校, 供职于攀 长钢焊管 钢丝厂设 备能源科, 长期 从 事热工设计及能源管理工作。Tel: ( 0816) 3780124; Email: zzxl911@ 163. com
2008 年第 4 期
周兴林: 炉外废钢预炼效益分析
# 27 #
对于在电 炉上直接 安装烧嘴 外供热量 进行炼 钢, 进行强化加热, 虽然是用一次能源来替代了很大 一部分电能, 但它占用了电炉的冶炼时间。因此有 较好的综合节能效果, 但对提高电炉的生产能力效 果不太明显。而采用分离式废钢预热形式, 能实现 节能又增产的效果。
第 14 卷 总第 57 期 2008 年第 4 期
特钢技术 Special Steel Technology
Vol. 14( 57) 2008, No. 4
废钢预热炼钢的形式及节能效益分析
周兴林
( 四川长 城特殊钢有限公司, 四川江油 621715)
摘 要: 分析了电炉炼钢的能耗情况, 提出 了分离式 废钢预 热形式, 并 对该形式 的节能 效益和 影响因 素进行 了 分析和评估, 提出了合理的废钢预热温度在 1200e 左右, 采用废 钢预热 炼钢的 工艺可 取得较 好地节能 效果, 大幅 缩 短冶炼时间, 取得较好综合效益。
加热 热含量
温度 Pe PMJPt
折算 成电能 PkWhPt
预 热 拆算成电预热耗能+ 综合节
炉耗能 炉电耗 熔炼期耗能 能 率
MJPt PkWhPt PM JPt
P%
20
550
4600
0
700 438. 9 121. 9 877. 8 152. 4 4206
8. 5
800 545. 1 151. 4 1090. 2 189. 2 4110
10. 6
900 632 175. 6 1264 219. 5 4031
12. 4
1000 693. 9 192. 8 1387. 8 241
3974
13. 6
1100 758. 7 210. 8 1517. 4 263. 5 3916
15. 0
1200 822. 6 228. 5 1643. 2 285. 6 3857
81
输入
输出
导体热损
82
合计
12
合计
582
烟气热损 582
据关资料[ 2] 介绍, 当废钢进行预热后, 废钢入炉 前的预热温度为 500 e 时, 可节省电 能 1P4; 温度为 600 e ~ 700 e 时 可 节 省 电 能 1P3; 如 果 温 度 达 到 900 e 时, 则可节约 1P2 的电能, 冶炼时间也将大幅缩 短。
2. 3 节能效益分析
对于整体式废钢预热形式, 由于是直接利用电
炉内的高温炉气, 其节能效果很明确, 更关注的是投
资回收问题, 在此不作论述。而对于分离式废钢预 热形式, 由于要使用外供热, 其节能增产的效果将直
接影响该技术的推广及运行效益。采用分离式废钢
预热技术, 结合我公司电炉的能耗数据, 经计算其节
电炉炼钢生产中, 不同阶段的热效率不一样, 在 实际操作中的变化情况为:
( 1) 开始装入废钢时, 电弧传热效率为 60% 左 右, 随着电弧被废钢埋入, 热效率不断升高, 高峰时 可达到 80% ~ 90% , 当废钢熔化逐渐露出电弧中, 电 弧热效率又不断下降, 低时达到 50% ~ 60% ;
关键词: 节能; 电炉炼钢; 废钢预热 中图分类号:TF478+ 101 文献标识码: A 文章编号: 1674- 0971( 2008) 04- 025- 03
Scraps Preheating in Steelmaking and Analysis on Its Energy Saving Profit
目前有公司在这方面做了很好地探索, 取得了较好 的节能效果。德国 BSW 公司的 80t 交流电炉, 平均 输入电功率为 66MW, 电炉上配天然气烧嘴 3 支, 吹 氧、喷 煤, 平 均电 耗 355kWhPt, 每 炉 冶 炼 时 间 28. 2min。日本 NKK 公司开发的 100t 环保型高效电弧 炉于 2001 年在岸和田制钢投产, 其热平衡数据见表 1。从表 1 数据可看出, 为节约电能, 大量使用了其 它能源, 电能占总能耗的比例只有 25. 7% 。这可看 出对电炉补充外供热对电耗和冶炼时间有较大的影 响。
表 1 100t 电弧炉热平衡数据PkWhPt Table 1 T hermal balance data of 100t electric arc furnace
项 目 能 源名 称
能耗 项目 能 源 名 称 能 耗
电能
150
钢水潜热 370
碳素燃烧放热 332
炉渣
37
金属氧化放热 100
炉体散热
1 电炉炼钢的能耗现状
在电炉炼钢的生产中, 电能主要是对炉料进行
加热和熔化, 在进入氧化期和还原期时由于有炉料 反应放热, 电能消耗相对少。在熔化废钢并将钢水 温度保持在 1520 e 这段时间内, 电炉的热效率仅有 55% ~ 65% [ 1] , 熔 化 期 所 需 要 的 能 量 约 为 360 ~ 380kWhPt, 占总电耗的 60% ~ 70% , 时间约占全炉冶 炼时间的一半多。现在发展的超高功率电炉就是为 了强化熔化期供热而缩短熔化时间和用能, 从而大 大提高生产率。但从实质上来说, 超高功率电炉并 没有提高能源的实际利用效率。
从上述可看出, 利用一次能源直接对废钢进行 加热, 再将加热后的废钢在电炉中利用电能进行熔 化Байду номын сангаас炼, 能更充分地利用能源, 对提高电炉的综合能 耗是一条切实可行的节能措施, 这就是我们所提出 的废钢预热技术。
2. 2 废钢预热的形式 废钢预热技术从设备结构形式来分, 可分为整
体式和分离式。整体式为预热设备与电炉炉体结合 在一起, 形成整体, 或者直接利用电炉体作为废钢预 热设备, 从而可充分利用电炉废气对废钢进行预热,
# 26 #
特 钢技术
第 14 卷第 4 期
加热, 其相对于一次能源而言, 能源利用率并不高, 应不大于 28% 。在目前世界能源日趋紧张, 开展节 约型社会建设, 如此低的能源利用率是不能让人满 意的。
2 废钢预热技术
2. 1 废钢预热技术的提出 在电炉炼 钢生产 中, 如何 提高能源 利用 率呢?
低等优点。在电炉炼钢中, 电能是其主要用能方式, 如何降低电炉的电耗是其节能的主要思考方向。外
供热源、电炉煤氧混吹、废钢预热等技术对电炉节电 起到了很大的作用。
在上述的几种节能措施中, 由于废钢预热方式 具有投资少、技术要求低、不影响生产、见效快等原 因, 具有一定的发展优势。但由于国内采用废钢预 热节能炼钢的厂家很少, 其具体的节能效果及其影 响因素研究也少。在此, 有必要对废钢预热炼钢的 形式和节能效益及因素进行分析, 为进一步采用此 节能技术进行生产提供一定的技术支持。
16. 2
注: 预热炉的热效率按 50% 计; 电炉 热效率按 80% 计; 上表部 分 数据来源于资料[ 3]
使高温废气的物理热得以回收利用, 并可根据预热 温度的需要再外供热能。分离式结构为预热炉与电 炉炉体分离, 靠外供热能先对废钢进行加热, 废钢达 到一定温度后用专用设备投入电炉中利用电能进行 熔化冶炼。
整体式废钢预热设备与电炉联接的方式可分为 几种方式, 主要有竖炉电弧炉法、双壳式直流电弧炉 和连续加料电弧炉。此种结构形式的最大特点是可 充分利用电炉的高温炉气, 以直接提高电炉的热效 率来实现节能。新日铁公司开发的双壳式电炉, 一 台炉冶炼的同时, 另一台炉利用其废气对废钢预热, 废钢温度可达到 500 e 。因此整体式废钢预热技术 其节能效果更为明显。但由于预热设备与电炉炉体 结合在一起, 在建设过程中影响因素较多, 需对电炉 进行较大的改造, 建设期长并影响生产, 为了充分利 用高温烟气对废钢进行预热, 还需做好炉盖的密封 并增设排烟设备, 投资较大。对于中小容量的电炉 来说, 由于投资大, 节能和产生的效益有限, 采用此 方式受到限制。对于大容量电炉, 采用此方式更为 有利。
Zhou Xinling
( Sichuan Changcheng Special Steel Co. , Ltd. , Pangang Group, Sichuan 621715)
Abstract: This paper analyzed energy consumption condition of electric furnace steelmaking, proposed a method of separated scraps preheating , and the energy saving profit and influence factors of the method was analyzed and evaluated. It suggested that the reasonable scrap preheating temperature should be about 1200 e , and this method of scrap preheating could obtain a better energy saving result, shorten the melting time remarkably, get a better comprehensive effect.
分离式废钢预热设备由于与电炉炉体分离, 不 能利用电炉的高温烟气, 完全靠外供热能将废钢进 行预热, 再将加热后的废钢在电炉中利用电能进行 熔化冶炼, 因此节能效果与整体式结构相比较有所 降低, 但该形式可将废钢预热到更高的温度。其它 优点还表现在: 预热与熔化冶炼分开, 更便于组织生 产; 废钢预热量和加热温度容易控制; 外供能源的利 用率高, 设备使用率高, 可充分发挥设备能力; 可分 别建设, 不影响原电炉的生产; 设备改造投资少, 见 效快。从以上的优点可看出分离式结构更适合对老 电炉、小炉型进行改造, 并可实现多炉共用, 对减少 投资更为有利。
Key Words: Energy saving, Steel- making with electric furnace, Scraps preheating.
随着我国经济的发展, 能源短缺对经济发展的 制约问题成了国家需重点解决的问题。随着近几年 钢铁企业的飞跃式发 展, 电炉 ) ) ) 炉 外精炼 ) ) ) 连 铸短流程新工艺也有了较快的发展, 现国内有多家 大型钢铁厂都采用此流程, 如兴澄特钢、北满、上五、 舞阳等。采用此工艺流程具有投资省、建设快、能耗
能效益见表 2。从 表中数据可看出, 采用 废钢预热
炼钢, 综合节能率在 10% ~ 15% , 节约电耗 150~ 270 kWh Pt。
表 2 预热温度、能耗对 比表
Table 2 Comparison of preheating temperature and
energy consumption
( 2) 再装料时, 热效率为 50% ~ 70% 左右; ( 3) 在精炼期, 热效率大约在 75% 左右。 我们知道, 虽然电能作为优质能源, 使用中具有 很高的效率, 但如果考虑到发电效率, 用电能对炉料
收件日期: 2008- 07- 08 修回日期: 2008- 08- 23 作者简介: 周兴林 ( 1970 年 ) ) 男, 四川资阳人, 工程师, 1992 年毕业于沈阳冶金机械专科学 校, 供职于攀 长钢焊管 钢丝厂设 备能源科, 长期 从 事热工设计及能源管理工作。Tel: ( 0816) 3780124; Email: zzxl911@ 163. com
2008 年第 4 期
周兴林: 炉外废钢预炼效益分析
# 27 #
对于在电 炉上直接 安装烧嘴 外供热量 进行炼 钢, 进行强化加热, 虽然是用一次能源来替代了很大 一部分电能, 但它占用了电炉的冶炼时间。因此有 较好的综合节能效果, 但对提高电炉的生产能力效 果不太明显。而采用分离式废钢预热形式, 能实现 节能又增产的效果。
第 14 卷 总第 57 期 2008 年第 4 期
特钢技术 Special Steel Technology
Vol. 14( 57) 2008, No. 4
废钢预热炼钢的形式及节能效益分析
周兴林
( 四川长 城特殊钢有限公司, 四川江油 621715)
摘 要: 分析了电炉炼钢的能耗情况, 提出 了分离式 废钢预 热形式, 并 对该形式 的节能 效益和 影响因 素进行 了 分析和评估, 提出了合理的废钢预热温度在 1200e 左右, 采用废 钢预热 炼钢的 工艺可 取得较 好地节能 效果, 大幅 缩 短冶炼时间, 取得较好综合效益。