电弧炉炼钢工艺技术与设备

冶炼周期:40min 吨钢电耗:230kwh/t 电极消耗:1.1kg/t
竖炉/用氧 双炉壳
连续加料
更高电压 小电流 更长弧
供电技术发展
直流电弧炉 消除炉衬热点问题，减少电极 消 除 偏 弧 ； 减 少
消耗，搅拌熔池
对电网冲击
高阻抗电弧 利用泡沫渣埋弧操作、提高变 提 高 功 率 因 数 ，
炉
压器水平，降低电极消耗
2、提高金属收得率； 3、解决除尘冷却装置及电极等氧化。 控制方式： 1、结合热平衡及物料平衡； 2、结合原有炉次的供氧曲线； 3、根据冶炼状况，分解不同供氧方式的供氧量； 4、检测冶炼过程炉气成分的变化，调整供氧量。
减轻对电网干扰
无 功 功 率 静 消除或减弱电弧炉冶炼冶炼中电 降低闪烁和谐波
止 式 动 态 补 负荷造成的电压波动与谐波对电
偿
网的危害
冶炼过程计 按冶金模型、热模型进行最佳 合 理 电 气 工 作 点
算机自动化 配料、电热平衡、最佳控制功 动 态 选 择 、 保 证
控制
率等计算，实现控制、管理、 合 理 供 电 制 度 执
600kgce/t，其中氧气转炉炼钢工序能耗仅为 10kgce/t，主要能耗是高炉和炼焦工序。
铁前系统烧结、炼焦和高炉炼铁是能耗大户，也 是污染环境的大户。
相比之下，废钢经电炉熔炼所生产的粗钢吨钢能 耗仅为270kgce/t，而污染的产生及其治理更远 优于高炉/转炉流程。
世界粗钢产量增长情况
世界钢产量预测
供电时间确定
1. C 吨钢电耗，kWh/t 2. W 钢水总重，t 3. P电炉变压器容量，kV.A 4. 变压器利用率， 5. 非通电时间，min
3.2 供 氧
炉门人工吹氧 从1根氧管到3根氧管； 炉门吹氧机械手 强化供氧及安全生产； 炉壁氧燃枪(可加二次燃烧) 辅助能量; EBT氧枪 解决偏心炉的冷区及成分均匀；源自文库炉壁氧气碳粉喷吹模块 可伸入式及固定式； 炉壁及烟道的二次燃烧氧枪
化学反应中各发热元素的来源首先是炉料――废钢和生 铁，还有是由碳枪喷入的碳粉或焦粉。对于普通铁水，每吹入 1m3 的 氧 气 , 所 含 各 元 素 在 1600 ℃ 时 反 应 理 论 发 热 值 约 为 4kwh。
电炉用氧模块化控制技术
在电炉采用多种供氧方式以后，如何做到炉内 均衡供氧是非常重要的。 目的：1、控制吨钢耗氧；
1 电炉炼钢工艺的发展历程
1905年第一台5吨工业炼钢电炉建成 （德国人R.Linberg） 1936年德国制造了可炉盖旋转的炼钢电炉 1936年美国建成了当时最大的100吨炼钢电炉 1964年美国碳化物公司(W.E.Schwabe)和西 北钢铁线材公司(C.G>Robinson)提出电炉超高 功率概念(Ultra High Power简称UHP)，电炉 工业开始走向辉煌。开始与转炉竞争。 1990年后，电炉炼钢技术取得了重大进展。炼钢 技术的进步主要进步集中在电炉炼钢领域。
决策
行
智能电弧炉 利用人工智能，具有三相意识，解 决 电 弧 炉 供 电
也可进行电弧炉综合控制
三相不平衡问题，
减少对电网冲击
普通功率与超高功率电弧炉工作点
配电操作
冶炼阶段根据工艺要求输入的功率是不相同的， 在各个阶段调节输入功率大小，电功率的调节 称为配电操作。 配电操作分：送电、停电、调换电压、调节 电流及电气设备的监护。 配电分手动及自动调节，好的配电制度对缩短 冶炼时间及降低电耗是非常重要的。
世界电炉生产迅速发展动力
社会废钢积累的增长，环境压力。 低生产成本的经济刺激，廉价废钢及廉价电力。 对提高劳动生产率的追求。采用废钢作原料的电 弧炉工艺，流程短，生产率高，全员劳动生产率 高达2700~4000 t /（人·a），几乎是高炉—转 炉流程的3~4倍。
电炉炼钢的其它优势
我国钢铁行业2010年能耗构成的预测值， 矿石 经高炉/转炉流程而成粗钢的单位能耗高于
元 产物
反应热
素
kJ/kg kwh/kg
Al Al2O3 30.995
8.61
Si SiO2 32.157
8.93
Mn MnO 6.992
1.94
Fe FeO 4.775
1.33
C
CO
9.159
2.54
C
CO2 32.761
9.10
相对成本* （参考值）
3.7 3.2 6.0 1.8 0.5～0.6 0.3～0.6
利用余热、能量极限利用
电炉供氧示意图
北京科大电炉炼钢用氧 专利技术内容
电炉炉门多功能吹氧装置 电炉炉壁氧燃助熔及二次燃烧氧枪 电炉炉壁及EBT氧枪 电炉炉顶氧枪 电炉炉壁氧气及碳粉喷吹模块（集束氧枪） 电炉泡沫渣技术 电炉用氧诊断－－电炉用氧模块化控制技术
在吹氧条件下，熔池中 各元素氧化1kg 时所产生的理论热值
现代电炉总能量平衡(装铁水)
3.1 供 电
年代 功率级别 -400kVA/t 60年代 -400kVA/t
流程变迁 变压器容量/产品
RP-EAFMC 30MVA/特殊钢,合金钢
技术指标进步
冶炼周期:180min 吨钢电耗:630kwh/t 电极消耗:6.5kg/t
相关/配 套技术
烧嘴
电气运行
高电压 大电流
短弧
70年代 -500kVA/t
UHP1-EAFLFCC(S)BR 50MVA/30万吨/棒线材
二次冶金 水冷炉壁
DRI
低电压 大电流 更短弧
80年代 -700kVA/t
UHP2-EAFLFCCR 70MVA/50万吨/扁平材,管材
LF/EBT
泡沫渣
高电压 小电流
长弧
90年代 >800kVA/t
UHP3-EAFLFCCCR 100MVA/100万吨/纯净钢,热带
传统电炉总能量平衡
总能量 630kWh/t=100%
电能 410kWh/t(65%)
烧嘴 40kWh/t(6%)
化学反应 180kWh/t(29%)
钢 380kWh/t(60%) 废气 140kWh/t(22%) 损失 10kWh/t(2%) 冷却 50kWh/t(8%) 渣 50kWh/t(8%)
电弧炉技术的发展
2 电炉炼钢主体设备介绍
机械设备
炉壳、炉门、出钢槽或偏心炉底出钢、炉盖， 分水冷和耐材 电极夹持器、电极升降装置 炉盖提升旋转机构、炉体旋转或开出 排烟除尘装置 炉顶加料装置
电气设备
变压器 电抗器 短网 隔离开关及高压断路器 电极升降自动调节装置
3 电炉炼钢的能量来源
电能 化学能。包括炉料带来的 物理热及氧化带来的化学热、 外来输入的燃料。